Name: 脳深部刺激術を受けた覚醒ヒトにおける術中行動作業 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-01-06T16:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: 学ぶ脳深部刺激術を用いた覚醒ヒトの術中行動作業による神経活動記録法。STNニューロンのリスク・報酬符号化を解析し、認知神経科学への貢献を示す。

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1。被験者の募集と同意<ol><li>彼/彼女が術中試験（治験審査で定義された基準を満たしている場合、視床下核（STN）難治性のパーキンソン病のための脳深部刺激（DBS）のための臨床評価との同意に続いて、各患者の情報を決定するために検討され理事会は）マサチューセッツ総合病院のプロトコルを承認した。 </li><li>それは対象者が調査基準を満たしていると判断された場合、研究グループの医師のメンバー（ではないオペレーティング外科医）は、研究への参加の可能性を議論するために患者に近づく。 </li><li>研究に参加するための同意書は、日と対象に説明されています。重要なことは、研究の説明は、研究への参加は自発的であり、どの時点でも彼/彼女が参加から撤退するオプションを持っていることを強調している。また、それはその後の研究に参加するか、または撤回する彼らの議論は、彼/彼女が受け取る医療に影響がないことを強調されている。 </li><li>それは被験者が理解し、研究に参加することに同意するものと判断された場合、彼/彼女は承認されたインフォームドコンセントに署名し、試験に登録されています。 </li></ol> 2。行動訓練とリグのセットアップ<ol><li>パーキンソン病のためのDBSの手術の一環として、被験者は、手術前日に入院している。したがって、これは行動課題で被験者を訓練する機会を提供しています。それは主題が"学習効果"困惑を（議論を参照してください）​​削除し、タスクを実行し、そのルールと快適性を開発するために学ぶことができる期間を提供するので、このトレーニングは不可欠です。 </li><li>ポータブル行動リグは、手術前の夜に対象者の病室に持って来られる。 </li><li>このリグは、被験者が術中試験の日に実行するために必要な正確な同じ行動課題を装備しています。 <ol><li>この例では、主題は"戦争"のゲームに似たカードゲームをプレイするように求められます。このゲームでは、被験者は自分のカードがコンピュータに比べて高いかどうかの（どちらか$ 20または$ 5）賭けに必要です。このタスクの目的は、アッセイにSTNの神経符号化に関する報酬とリスクの役割です。主題を奨励するために、それらが彼らの賞金の割合が支払われると言われて。 </li><li>潜在的な組み合わせ（と、その結果混乱させる）を低下させる手段として、単一の訴訟の唯一の偶数番号のカードは（例えば2、4、6、8、スペードの10）が使用されます。このように、タスクの潜在的な結果や期待は簡単に計算し、分析することができます。 </li><li>各試験では、被験者は最初にランダムに配らカード、および未知のコンピュータのカードの裏を描いた画面を見ている。画面には、2つの賭けのオプション、5ドルから20を示す。彼/彼女のカードの相対的な強さに基づいて、被験者は画面が彼/彼女のカードと明らかにコンピュータのカードを表示した後、ボタンを押すだけで賭け金を示している。最後の画面では、明示的に勝敗量を示しています。 </li></ol></li><li>被験者は、彼らは完全にゲームのルールを理解し、快適なレベルで実行されるまでゲームをプレイするために許可されています。 </li></ol> 3。術中 - 実験のセットアップ<ol><li>被験者が手術台上に配置されると、行動、データ収集と信号処理装置を含むリグは手術室に持ち込まれている。リグの位置は、手術室の設定に関連して考慮し、通常の作業の流れと不妊の問題を考慮しなければなりません。 </li><li>これらのリグの部品が組み立てられ、それぞれのレコーディングセッションのために分解されているとして、それはすべての機器の接続を確認することが重要です。各コンポーネントは、データ収集システムに接続されているしたがって、1つはデータの整合性を確認する必要があります。これらの手順は、重要な録音時にこれらの問題を解決することを防ぐために早期の手術で行われる必要があります。 <ol><li>最初に、取得と信号処理装置を起動する。買収のリグの入力に信号処理のリグの出力を接続してください。本研究の場合には、我々は手術中に被験者の脳に進出される3つのパラsagittally指向の電極に対応する三つの細胞外活動電位のチャネルを買収する。収集システムが信号を取得していることを確認する時にアンプの1つをオンにします。 </li><li>適切なアダプタを使用して、見やすい位置でORテーブルにモニターを固定します。 </li><li>入力デバイス（ジョイスティック、ボタンボックス、キーパッド、等）採用されている場合は、記録が得られる元となる脳の側に相対的な左右差に着目し、このデバイスを配置します。被験者の手を快適に入力デバイスを操作するために配置されていることを確認します。 sに麻酔科医を求めることを検討デバイスの正しい動作を保証する一方、パルス酸素代謝モニターをecure。このタスクでは、ボタンボックスを使用してください。 </li><li>行動システムを起動し、行動イベントマーカーを取得リグによって取得されていることを確認してください。 </li><li>行動のタスクを起動し、被験者がタスクのいくつかの臨床試験を再生することができます。この時間の間に、収集システムは、ボタンボックスの入力と行動のリグによって生成された行動のマーカーをキャプチャしていることを確認してください。 </li><li>すべての接続が機能している場合、行動課題と買収のリグを停止します。 </li></ol></li></ol> 4。視床下核の神経細胞の分離<ol><li>手術の目的は、慢性的なDBSは、STNのモーター領域に導く配置することです。この配置は、定位的イメージングとneuophysiological録音の組み合わせによって達成される。 </li><li>定位の計画と手術自体の詳細はもちろん、金融機関によって異なるでしょうが、一般的なプロセスは同様です。我々の施設で、コズマン-ロバーツ - ウェルズの定位フレームと基準ケージが適用され、頭部CTスキャンが得られる。フィデューシャルとCTは、以前に得られた体積脳神経ナビゲーションシステム上でMRI（;またはBrainLab VectorVision、Feldkirchenの、ドイツStealthStation、Medtronics、ミネアポリス、ミネソタ州）にマージされます。ターゲットの脳の領域の座標は（この場合はSTN）フレームベースの座標に変換されます。手術室では、患者は半リクライニングポジションで快適に位置づけ、および整形処理と標準的な外科的手法を用いて掛けている。左STNの座標は、患者の上に位置しているフレーム、中にプログラムされています。皮膚を切開し、収納されます。バリ穴が配置され、小さな硬膜開口部が作成されます。マイクロドライブに接続されたカニューレを所定の位置に持って来、カニューレの先端がターゲット上に25ミリメートルになるまで進めています。 </li><li>微小電極（FHC、ボードン、ME） - カニューレを脳内に進出されると、内部のスタイレットは、ハイインピーダンス（1メガオーム0.3）で削除と置き換えられます。信号処理のリグのプリアンプは、各電極に接続され、差動の基準チャネルは、外側のカニューレに接続されています。 </li><li>信号処理のリグではアンプの電源がオンになっていると細胞外信号が評価されている。さらに、各電極のインピーダンスは、脳にさらに進む前にチェックされます。 </li><li>脳内へ徐々に外科医は、進歩の電極を（0.05〜0.4ミリメートルのステップ）。電極は、STNに向かって計算されたターゲットから25mmを開始進めています。尾状核、視床、帯insertaを通して、そして最終的にはSTNに渡す電極のこの軌跡は結果。 </li><li>電極はSTNを入力したら、生理学、神経細胞の信号は、モータから応答があるかどうかを確立する手段として、患者の対側肢を操作します。外科医と実験者は電極の位置に問題がなければ、行動タスクを開始することができます。 </li></ol> 5。データ収集<ol><li>行動のタスクを開始する前に、それが微小電極の深さと単離ニューロン（s）のモーターの応答性を文書化することが重要です。 </li><li>被験者は、その後、タスクが開始されることが指示されます。ボタンボックスがまだ快適に配置し、モニター完全に表示されていることを確認してください。 </li><li>データ収集を開始し、行動タスクを開始する前に少なくとも1分間、ベースラインのアクティビティを取得する。 </li><li>被験者がタスクを実行するとして、それは、キャプチャされたデータを監視することが重要です。買収を中断させることで、タスクが停止し、問題が是正されるべきである。 </li><li>現在の研究では、被験者は各STNの深さを120試験を実行するように求められます。 </li><li>タスクは、STNの各深さのために複数回行うことができますが、これらの術中研究の期間（議論で詳細に説明）には制限があります。私たちは、患者の不快感や手術の過度の延長を防ぐために、30分に実験的な録音時間を制限する。また、被験者が行動のタスクを停止し、手術が再開されている場合には、いつでも、さらに録音を拒否する機会を持っています。 </li><li>調査が完了すると、データをバックアップし、その後の分析のためにアーカイブされます。 </li></ol> 6。データ解析<ol><li>最初に、神経の信号は市販のソフトウェアを使用して、個々のスパイクのタイムスタンプに区別されています。 </li><li>行動課題コードが解析され、神経活動のタイムスタンプは、Matlabのスクリプトコードを使用して整列されます。 </li></ol>代表的な結果： 図1は、前述の戦争のゲーム中に記録された単一のSTNニューロンから代表的な結果を示しています。トンオペアンプのパネルは、タスクの4つの行動の関連エポックを中心にラスタを表しています：前に、各トライアルの固定期間、対象者のカードの提示は、主題を示すボタンを押すと、賭け、そしてコンピュータのカードの提示です。下のパネルには、周囲の刺激時間のヒストグラム（PSTHs）（50ミリ秒のビン）ビンを表します。このニューロンは、対象のカードの提示に確実に応答しませんが、その発射は、ボタンプッシュの周りに大幅に増加します。コンピュータのカードは、ポイントの発火がベースラインレベルに減少する時、明らかにされるまで、この活動は続きます。 <img src="/files/ftp_upload/2156/2156fig1.jpg" alt="図1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="図1"> 図1。代表的なSTNニューロン。ラスタ（上部パネル）と行動の関連エポックを中心に周囲の刺激時間のヒストグラム（PSTHs）は代表的な単一のSTNニューロンのために描かれています。このニューロンの発火は、対象の賭けを示すボタン押しの時間のまわり大幅に増加します。

<ol><li>Benabid, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+%28thalamotomy+and+stimulation%29+stereotactic+surgery+of+the+VIM+thalamic+nucleus+for+bilateral+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Combined (thalamotomy and stimulation) stereotactic surgery of the VIM thalamic nucleus for bilateral Parkinson disease.</a> Appl. Neurophysiol. 50 (1-6), 344-344 (1987).</li>
<li>Deuschl, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized+trial+of+deep-brain+stimulation+for+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22N.+Engl.+J.+Med%22%5BJournal%5D)">A randomized trial of deep-brain stimulation for Parkinson's disease.</a> N. Engl. J. Med. 355 (9), 896-896 (2006).</li>
<li>Gale, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+symphony+to+cacophony%3A+Pathophysiology+of+the+human+basal+ganglia+in+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci.+Biobehav.+Rev%22%5BJournal%5D)">From symphony to cacophony: Pathophysiology of the human basal ganglia in Parkinson disease.</a> Neurosci. Biobehav. Rev. , (2007).</li>
<li>Williams, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+anterior+cingulate+neurons+and+the+integration+of+monetary+reward+with+motor+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Human anterior cingulate neurons and the integration of monetary reward with motor responses.</a> Nat. Neurosci. 7 (12), 1370-1370 (2004).</li>
<li>Zaghloul, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+substantia+nigra+neurons+encode+unexpected+financial+rewards%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Human substantia nigra neurons encode unexpected financial rewards.</a> Science. 323 (5920), 1496-1496 (2009).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されません。

脳深部刺激の手術は、人間の脳内の個々のニューロンの活動を調べるために貴重な機会を提供しています。この機会を現在までにさまざまな深い核の活動を特徴づける多数の記述研究を許可しています。最近では、術中のタスクが動作し、認知のさまざまな側面に対処するために、より巧妙化して。現在のプロトコルの意図は成功した術中行動タスクを実装するためのガイドを提供することです。タスクと研究の目的の目的は、もちろん手術の対象となる核によって異なります。 DBSの手術のためのアプリケーションとターゲットの対応種類の増加の増加を考えると、我々は個々のニューロンのレベルで人間の脳機能を研究するための急成長機会を期待しています。 要因と術中の研究を実施する際に考慮する必要がある重要なステップがいくつかあります。何よりも、かなりの時間制限は、各被験者のために収集することができる行動の臨床試験の限られた数の結果これらの研究、にあります。したがって、タスクを設計するとき、人は思慮深く効果を確認するのに十分な統計的検出力を確保するためのタスク内の条件の数を制限する必要があります。この限界を克服する方法はたくさんあり​​ます...

*この項目は、同等の機器やソフトウェアでの代用できることを表します。 **は、その代替ナショナルインスツルメンツのコンポーネントが（を参照して使用することができます示します<a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a>互換性のために）; ***を参照してください<a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a>特定の必要なMatlabのtoolboxsのために。

脳深部刺激術を受けた覚醒ヒトにおける術中行動作業

Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

脳深部刺激（DBS）は、埋め込み電極を介して脳内の特定のターゲットへの慢性的な、高頻度電気刺激を指示する手術です。脳深部電気刺激は、最初Benabid らの治療法として実装されていました。1980年代後半に、彼は振戦1の治療のための視床中間腹側核を刺激するためにこのテクニックを使用した場合。現在のところ、プロシージャは、パーキンソン病、ジストニア、および本態性振戦などの疾患のために医学的管理に適切に応答しなかった患者を治療するために使用されます。パーキンソン病の治療のため、この手順の有効性はよく駆動、無作為化対照試験2で実証されている。現在、米国食品医薬品局（FDA）は、医学的に難治性の本態性振戦、パーキンソン病、およびジストニア患者に対する治療として、DBSを承認した。さらに、DBSは現在、強迫性障害、大うつ病性障害、および癲癇のような他の精神神経疾患の治療のために評価されている。 DBSは、唯一の生活の質を改善することにより、人々を助けることが示されていない、それはまた人間の脳を研究し、理解するためにユニークな機会を研究者に提供します。微小電極記録は日常的に解剖学的ターゲティングの精度を高めるためにDBSの手術中に実行されます。被験者が行動のタスクを実行している間、個々のニューロンの発火パターンは、したがって、記録することができます。焼成とバースト率、および周波数変調3を含む記述的な側面に焦点を当て、これらのデータを使用して初期の研究。最近の研究では、4,5神経活動との関係における行動の認知的側面 ​​に焦点を当てている。この記事では、行動のタスクを実行し、DBSケースの間に目を覚まし患者に神経データを記録するために使用される術中の方法の説明を提供します。電気生理学的データの取得プロセスの私達の博覧会は、現在のスコープと術中人体実験の限界を点灯します。

脳深部刺激の手術は目を覚まし、人間の脳内の情報の符号化を検討するユニークな機会を提供しています。この記事では、同時にそのようなEMG、シングルユニット神経活動および/または局所電場電位などの生理学的データを取得しながら認知と行動のタスクを実行するために使用される術中の方法を説明します。

脳深部刺激療法（DBS）は、脳内の特定の標的に対して、...を通じて慢性的かつ高周波の電気刺激を送る外科的手法である。

脳深部刺激療法（DBS）の手術は、行動タスクを実行している被験者から微小電極記録を行うことで、覚醒状態にあるヒトの脳における情報処理とコーディングを調べる機会を提供します。本例では、まず被験者にリスクと報酬を伴う簡単なコンピューターカードゲームをプレイするトレーニングを行います。その後、被験者に脳深部刺激の手術準備を整え、脳の標的領域に微小電極を挿入します。本事例では、被験者がカードゲームを繰り返す際のSTN神経信号を記録します。収集されたデータは、STNにおける神経符号化に対するリスクと報酬の役割を実証しています。実験の目的は、手術の標的となる核によって異なります。当初、DVSは主に本態性振戦、パーキンソン病、ジストニアなどの運動障害に用いられていました。より最近では、うつ病や強迫性障害の治療法の研究に使用されています。このタスクには運動成分と報酬依存的な成分の両方が含まれており、私たちは脳の運動系と辺縁系の接点に位置する視床下核において記録を行いました。この患者さんは62歳の女性で、非常に親切な方です。彼女は約10年前からパーキンソン病を患っています。振戦、強剛、動作緩慢といったパーキンソン病の典型的な特徴が見られます。当初は薬剤への反応が良好であり、これは真正のパーキンソン病であることを示す良い兆候です。しかし、多くの症例で見られるように、時間の経過とともに薬剤の効果が低下します。基本的には患者が「ブリトル（脆弱）」な状態になり、投薬が切れるとパーキンソン病の非常に激しい症状が現れます。震えが生じ、筋強剛が見られ、動作が緩慢になります。そして、薬剤を服用すると、今度はジスキネジアと呼ばれる別の種類の運動障害が現れます。これは動きすぎてしまい、心地よい中間地点がなくなる状態です。そのため、手術が有効な介入手段となるのはこのような時であり、深刻なオン・オフ変動を実質的に解消し、患者さんの状態を安定させることができます。基本的には、薬剤服用時の最良の状態を維持できるようになります。以上が手術の目的です。手術においては、脳内の2つの潜在的なターゲット部位を対象としています。その一つが、視床下核と呼ばれる部位です。以上が本日の手順です。そのうちの一つはglobus palus internistと呼ばれます。そして、両者はほぼ同等の効果があります。これらの部位を標的とするために、私たちは複数の手法を組み合わせて使用しています。CTおよびMRIを用いて定位的にアプローチし、さらにマイクロ電極記録による生理学的評価を用いて標的を決定します。これらは非常に重要です。なぜなら、非常に高い空間分解能で、核の上限および下限の境界を把握できるからです。また、単に境界を確認するだけでなく、核の運動領域に確実に位置しているかを確認するためでもあります。そして最後に、永久電極を留置

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