定位脳波を使用して、ディープ皮質の機能と下構造の調査：前帯状皮質からの教訓は、

本手順の全体的な目的は、脳深部から電気生理学的信号を記録することです。まず、目的とする標的領域に電極を留置します。次に、患者のベッドサイドにデータ収集装置を設置し、最後に患者に対して簡単な認知タスクの遂行方法を指示します。

患者がタスクを遂行している間に、電極を通じて電気生理学的信号を記録します。最終的に、マルチテーパースペクトル解析を用いて、認知タスクの困難度に応じた背側前帯状皮質における局所フィールド電位活動の変動を実証します。硬膜下グリッド植込みなどの他の記録手法に対するステレオ脳波検査（stereo EEG）の利点は、脳内の深部構造にアクセスできることです。

これは、てんかん発作がこれらの深部構造から生じていると考えられる場合の臨床的な利点となるだけでなく、通常は到達できない脳領域へのアクセスが可能になるため、研究の観点からも有用です。また、本手法は特に皮質深部や皮質下構造から発生する発作の局在診断に適しているため、患者の選定が極めて重要になります。このような記録は、例えば「発作はどこから始まるのか」といった、てんかん分野における重要な疑問への回答を得るのに役立ちます。

てんかん発作はどこに広がり、それらの領域をどのようにマッピングすればよいのでしょうか。標準的なEEG（脳波）技術を用いてこれを行います。この手法はてんかんや発作の発生源に関する知見を提供できるだけでなく、認知、記憶、社会的認識といった神経科学の他の側面にも応用可能です。一般的に、この手法に不慣れな人は、電気生理学的信号の取得が複雑であるため、データ収集の段階で困難に直面することがあります。

CTスキャン後、患者を手術室に戻し、通常の滅菌法に従って術野を準備します。次に、スキャンから得られたプリントアウト済みの定位座標を用いて、側方垂直面および前後面における最初の深部電極の座標をヘッドフレームに設定します。これらの座標は共同執刀医によって確認され、必要に応じて修正されます。手術室のコンピュータワークステーションを使用し、ガイドブロックを用いて皮膚上の挿入部位を特定し、マーキングペンでこの位置をマークします。

マーキングした切開線に局所麻酔薬を1〜2 mL注入します。次に、11番メスを用いて、マーキングした切開線に沿って頭蓋骨まで切開し、コーティングされたオペレーターで方向を制御したモノポーラ焼灼器を使い、ガイドブロックを用いて真皮および深部組織を焼灼します。適切な軌道を維持するため、2.1 mmのツイストドリルビットとハンドヘルド電動ドリルを用いてバーホールを作成します。

ガイドブロックで軌道を案内しながら、コーティング済みのリジッドオペレータープローブで誘導し、モノポーラ電気焼灼器を用いて硬膜を開きます。穴にアンカーボルトをねじ込み、アンカーボルトを通してあらかじめ測定したスタイレットプローブを挿入し、電極用の経路を作成します。その後、電極を慎重に計算済みの深さまで進め、電極が定位置に到達したら、アンカーボルトにキャップを締めて電極を固定します。

すべての電極に対して適切な留置軌道を確保するため、滅菌ドレープをかけた透視装置を術野に導入し、AP透視像を取得します。次に、電極を臨床用EEGシステムに接続し、インピーダンスが適切であることを確認します。最後に、ドレッシングを貼付します。

定位固定ヘッドフレームを取り外し、患者を麻酔から覚醒させます。行動タスクのセットアップのために、適切な行動解析ソフトウェアを開き、マルチソース干渉タスクを実行するように設計された条件ファイルを設定します。4種類の試行をすべて同頻度で含めるには、「条件設定」ボタンを押し、目的の条件ファイルを選択してください。

次に、ディスプレイボックスの「test」をクリックして、行動表示モニターをテストします。テスト用の視覚刺激が2〜3秒間表示されるはずです。続いて、ボタンボックスをデータ収集ボードのアナログ入力および電源に接続します。

9本に分かれたリボンケーブルを使用し、そのうち8本をデータ収集ボードのデジタルIOセクションのポート0から7に接続します。9本目のリボンは、ボードのデジタルPFIセクションのポート0に接続してください。その後、ニューラル信号プロセッサソフトウェアで希望のサンプリングレートを設定します。

例えばここでは、目的のサンプリングレートを50,000 samples per secondに設定し、エイリアシングおよびオンラインダウンサンプリングを1000 samples per secondに設定します。アンプを光ファイバーケーブルで神経信号プロセッサに接続し、さらに神経信号プロセッサを光ファイバーケーブルでデータストリーマーおよび神経データ収集コンピュータの光PCIカードに接続して、セットアップを完了させます。データ収集を確実に成功させるためのポイントは、記録をスムーズに進められるよう、患者の部屋に入る前に信号処理セットアップのテストを行うことです。

行動モニターの準備が整ったら、研究用リグを患者の部屋に運び、ポータブルテーブルを用いて患者の正面にモニターを設置します。標準的なDVIケーブルでモニターを行動制御用コンピューターに接続し、録画用リグを邪魔にならない場所に配置します。

次に、研究録画用と臨床システム用を分離するスプリッターボックスに研究システムを接続します。その後、ボタンボックスを患者に渡し、対応するボタンを押してターゲットを特定するように指示します。最後に、「run」をクリックしてタスクを開始し、ニューラル信号プロセッサソフトウェアを用いて記録パラメータを制御しながら、患者に150試行を1ブロックとする計2ブロックを完了させます。

立体視EEG電極留置の対象となる患者が選定されると、T2強調およびT1コントラスト強調のボリュームMRI撮影が行われます。その後、ボリュームMRIシーケンスの立体定位ナビゲーションを用いて、立体視EEG電極の刺入経路が計画されます。この手法により、ここに示す背側前帯状皮質のような皮質深部の構造から局所電位を収集することが可能となり、これは一般的な表面電極留置では不可能なことです。

十分な回数のマルチソース干渉タスク試行の後、背側前帯状皮質の立体視EEG電極から得られた局所フィールド電位データを前処理し、以降の下流解析に向けて、局所フィールド電位データをQ提示に合わせます。さらに、局所フィールド電位データの位置合わせが完了すると、これらを平均化して、試行タイプ間における平均電気生理学的反応の変化を検討することができます。その後、マルチテーパースペクトログラムを作成し、周波数帯域の経時的な変化を調査します。

実際に、頭皮EEG研究では、背側前帯状皮質で観察される活動に異なる周波数帯域が関与していることが示唆されています。時間周波数解析は、背側前帯状皮質で観察される電気生理学的変化を、対応する適切な行動と結びつけるための重要な手法です。習得すれば、大きな問題なく約2〜3時間で完了します。

この手順を行う際は、記録対象となる皮質または皮質下領域に合わせて認知タスクを調整することが重要です。本手順の後には、時間周波数解析などの他のデータ解析手法を適用することができます。これにより、異なる時間帯におけるさまざまな種類の神経振動の影響を解明することが可能になります。

このビデオを視聴することで、定位的に配置した電極とデータ収集装置を用いて、脳深部から電気生理学的信号を記録する方法について十分に理解できるはずです。