アイトラッキングと単一ニューロン記録の同時実行による標的選択的ニューロンの同定

要約

出典:Wang, S., et al.ヒトてんかん患者におけるアイトラッキングと単一ニューロンの同時記録。J. Vis. Exp.(2019年)。

このビデオは、アイトラッキングと単一ニューロンの記録を同時に行うことで、標的選択的なニューロンを特定するアッセイを示しています。人間の参加者は、ディスプレイ内のオブジェクトの配列の中からターゲットオブジェクトを識別するタスクを実行し、目の動きが追跡されます。同時に、単一のニューロンの発火率は、脳に埋め込まれた電極を介して記録されます。両方の記録からのデータを相関させて、標的選択性ニューロンの存在を評価します。

プロトコル

人間の福祉に関する制度的、国内的、国際的なガイドラインに準拠して実施され、地元の施設審査委員会によって審査されています。

1. 参加者

1. てんかん発作の位置を特定するために頭蓋内電極の配置を受けている難治性てんかんの脳神経外科患者を募集します。
2. マイクロワイヤーが埋め込まれた深度電極を、臨床的に示されたすべての標的位置(通常は扁桃体、海馬、前帯状皮質、および補足運動野のサブセットを含む)に挿入します。移植の詳細については、以前のプロトコルをご覧ください。
3. 患者がてんかんモニタリングユニットに戻ったら、マクロ録音とマイクロ録音の両方のために記録装置を接続します。これには、ヘッドステージを含むヘッドラップを慎重に準備することが含まれます。次に、患者が手術から回復するのを待ち、患者が完全に目覚めているとき(通常は手術後少なくとも36〜48時間)に検査を行います。

2. 実験的なセットアップ

1. 図1の図に従って、刺激コンピューターを電気生理学システムとアイトラッカーに接続します。
2. リモート非侵襲的赤外線アイトラッキングシステムを使用します(材料の表を参照)。アイトラッキングシステムを頑丈なモバイルカートに置きます(図1A、B)。同じカートに、液晶ディスプレイ(LCD)を保持するフレキシブルアームを取り付けます。リモートモードを使用して、患者の頭と目を追跡します。
3. アイトラッキングカートにフル充電された無停電電源装置(UPS)を装着し、アイトラッキングに関連するすべてのデバイス(患者の前のLCD、アイトラッカーカメラと光源、アイトラッカーホストコンピュータ)を外部電源ではなくUPSに接続します。
4. 患者とLCDスクリーンの間の距離を60〜70 cmに調整し、スクリーンの表面が患者の顔とほぼ平行になるようにLCDスクリーンの角度を調整します。アイトラッカーのカメラが患者の鼻の高さとほぼ同じになるように、患者の頭に対する画面の高さを調整します。
5. 患者にボタンボックスまたはキーボードを提供します。実験を開始する前に、トリガー(トランジスタ-トランジスタロジック、TTL)とボタンの押下が正しく記録されていることを確認してください。

3. 単一ニューロンの記録

1. 取得ソフトウェアを起動します。まず、広帯域(0.1Hz〜8kHz)の局所電位を目視検査し、ラインノイズによって汚染されていないことを確認します。それ以外の場合は、標準的な手順に従ってノイズを除去します。
2. 単一のニューロンを識別するには、信号をバンドパスフィルタリングします(300 Hz〜8 KHz)。8 本のマイクロワイヤから 1 つを各マイクロワイヤ バンドルの参照として選択します。さまざまなリファレンスをテストし、(1) 他の 7 つのチャネルが明確なニューロンを示し、(2) リファレンスにニューロンが含まれないようにリファレンスを調整します。入力範囲を±2,000μVに設定します。
3. データを記録する前に、データをNRDファイル(つまり、後続のオフラインスパイクソートに使用されるブロードバンド生データファイル)として保存できるようにします。サンプリングレートを32kHzに設定します。

4. アイトラッキング

1. アイトラッキングソフトウェアを起動します。頭を固定しないシステムであるため、アイトラッカーが頭の動きを調整できるように、患者の額にステッカーを貼ります。
2. アイトラッカーと患者との間の距離と角度を調整して、ターゲットマーカー、頭の距離、瞳孔、および角膜反射(CR)が準備完了としてマークされるようにします(アイトラッキングソフトウェアで緑色で示されているように)。図 2 は、カメラのセットアップ画面の例を示しています。記録するアイをクリックし、サンプリングレートを500Hzに設定します。
3. 瞳孔とCRの閾値の自動調整を使用します。眼鏡をかけている患者さんは、ガラスからの反射が瞳孔の獲得を妨げないように、照明器とカメラの位置や角度を調整してください。
4. アイトラッカーは、各ブロックの先頭に組み込まれた9ポイントグリッド方式でキャリブレーションします。目の位置 ("+" で表示) が 9 ポイントのグリッドとして正しく登録されていることを確認します。それ以外の場合は、キャリブレーションをやり直します。
5. キャリブレーションを受け入れ、検証を行います。最大検証誤差が 2° <、平均検証誤差が 1° <場合は、検証を受け入れます。それ以外の場合は、検証をやり直します。
6. ドリフト補正を行い、実際の実験に進んでください。

5. タスク

1. この視覚探索タスクでは、以前の研究からの刺激を使用し、前に説明したタスク手順に従います。
2. 参加者にタスクの指示を提供します。参加者に、検索配列で目的の項目を見つけて、できるだけ早く応答するように指示します。参加者に、ターゲットを見つけた場合は回答ボックス(資料の表を参照)の左ボタンを押すように指示し、ターゲットが存在しないと思われる場合は右ボタンを押すように指示します。参加者に、ターゲットが存在する試験とターゲット存在しない試験があることを明示的に指示します。
3. 刺激提示ソフトウェア(資料の表を参照)を起動し、タスクを実行します:1秒間ターゲットキューを提示し、刺激提示ソフトウェアを使用して検索配列を提示します。ボタンの押下を記録し、試行ごとのフィードバック (正解、不正解、タイムアウト) を参加者に提供します。

結果

図 1.実験的なセットアップ。(A)左側のパネルは、異なるシステム間の接続のスケッチを示しています。刺激コンピュータは、中央制御装置として機能します。パラレルポートを介して電気生理学システムに接続し、TTLパルスをトリガーとして送信します。スティミュラスコンピュータは、イーサネットケーブルを介してアイトラッキングシステムに接続し、それを介してアイトラッカーにテキストメッセージを送信し、現在の視線位置をオンラインで受信します。また、スティミュラスコンピュータは、スティミュラススクリーン(VGA)上にスティミュラスを提示し、USBボタンボックスまたはキーボードから患者からの応答を受け取ります。青い線はデバイス間の接続を示し、矢印はデバイス間の通信の方向を示します。右側のパネルには、システム間の信号フローと各システムに保存されたデータが表示されます。(B)システムの主...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
セドラスレスポンスボックス	セドラス (https://cedrus.com/)	RB-844	ボタンボックス
デルのノートパソコン	デル (https://dell.com)	プレシジョン 7520	スティミュラスコンピュータ
EyeLinkアイトラッカー	SRリサーチ (https://www.srresearch.com)	1000 Plus Remote (ラップトップホストコンピュータと LCD アームマウント付き	アイトラッキング
神経リンパス神経生理学システム	神経鼓動 (https://neuralynx.com)	アトラス128	電気 生理 学
オソート	オープンソース	v4.1 (RRID: SCR_015869)	スパイクソートアルゴリズム
心理物理学ツールBX	オープンソース	PTB3 ( RRID: SCR_002881)	心理物理学的実験を実装するためのMatlabツールボックス
MATLAB	MathWorks株式会社	R2016a (RRID: SCR_001622)	データ分析