Name: ヒトてんかん患者における同時アイトラッキングとシングルニューロン記録 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 43 s
Description: 学ぶ ヒトてんかん患者におけるアイトラッキングとシングルニューロン記録の同時手法。側頭葉内側の視覚探索に応答するニューロンを同定し、眼球運動と神経活動の関連を解明する臨床応用技術です。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

私たちは、すべての患者さんの参加に感謝します。この研究は、ロックフェラー神経科学研究所、自閉症科学財団、ダナ財団(S.W.)、NSFキャリア賞(1554105~米国)、NIH(R01MH110831およびU01NS098961から米国)によって支援されました。資金提供者は、研究の設計、データ収集と分析、出版の決定、または原稿の準備に役割を持ちはありませんでした。私たちは、ジェームズ・リー、エリカ・クアン、シーダーズ・シナイ・シミュレーション・センターのスタッフに、デモンストレーションビデオの制作に協力してくださったことに感謝します。

1. 参加者
<ol><li>脳内電極の配置を受けている難治性てんかん患者を募集し、てんかん発作を局所化する。</li>
	<li>埋め込まれたマイクロワイヤーを持つ深度電極を、通常、扁桃体、海馬、前頭皮質および補助運動領域のサブセットを含む、臨床的に示された標的位置に挿入する。以前のプロトコル2の移植の詳細を参照してください。</li>
	<li>患者がてんかん監視ユニットに戻ったら、マクロとマイクロ記録の両方の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必要があります (詳細については、前述の説明を参照してください 2)。その後、患者が手術から回復するのを待ち、患者が完全に目を覚ましているとき(通常、手術後少なくとも36~48時間)に検査を行う。</li>
</ol>2. 実験的なセットアップ
<ol><li>刺激コンピュータを電気生理学システムとアイトラッカーに接続します。</li>
	<li>リモート非侵襲的な赤外線アイトラッキングシステムを使用してください(「材料の表」を参照)。アイトラッキングシステムを堅牢なモバイルカート(図1A、B)に配置します。同じカートに、LCDディスプレイ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。</li>
	<li>完全に充電された無停電電源装置(UPS)をアイトラッキングカートに置き、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。ソース。</li>
	<li>患者とLCDスクリーンの間の距離を60〜70 cmに調整し、画面の表面が患者の顔にほぼ平行になるようにLCDスクリーンの角度を調整する。アイトラッカーのカメラが患者の鼻の高さに近いするように、患者の頭部に対する画面の高さを調整します。</li>
	<li>ボタンボックスまたはキーボードを患者に提供します。実験を開始する前に、トリガー(TTL)とボタン押下が正しく記録されていることを確認します。</li>
</ol>3. シングルニューロン記録
<ol><li>取得ソフトウェアを起動します。まず、ブロードバンド(0.1 Hz ~ 8 kHz)のローカルフィールド電位を目視で検査し、回線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、標準の手順に従ってノイズを除去します (「ディスカッション」を参照)。</li>
	<li>単一ニューロンを識別するには、バンドパスフィルタ信号(300 Hz - 8 KHz)。各マイクロワイヤバンドルの基準として、8つのマイクロワイヤのいずれかを選択します。異なる参照をテストし、(1)他の7チャンネルが明確なニューロンを示し、(2)参照にニューロンが含まれないように参照を調整します。入力範囲を ±2,000 μV に設定します。</li>
	<li>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す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 32 kHz に設定します。</li>
</ol>4. アイトラッキング
<ol><li>アイトラッキングソフトウェアを起動します。ヘッド固定フリーシステムなので、患者の額にステッカーを貼り、アイトラッカーが頭の動きに合わせて調整できるようにします。</li>
	<li>アイトラッカーと患者の間の距離と角度を調整して、ターゲットマーカー、頭部距離、瞳孔、角膜反射(CR)が準備完了としてマークされます(アイトラッキングソフトウェアに緑色で示すように)。図2は、カメラの設定画面の良い例を示しています)。記録する目をクリックし、サンプリングレートを500 Hzに設定します。</li>
	<li>瞳孔と CR しきい値の自動調整を使用します。眼鏡をかけている患者の場合は、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。</li>
	<li>各ブロックの先頭に組み込みの 9 ポイント グリッド方式でアイ トラッカーを調整します。目の位置(「+」と表示)が9点グリッドとしてうまく登録し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行います。</li>
	<li>キャリブレーションを受け入れ、検証を行います。最大検証エラーが < 2° で、平均検証エラーが < 1°の場合は、検証を受け入れます。それ以外の場合は、検証を再実行します。</li>
	<li>ドリフト補正を行い、実際の実験に進みます。</li>
</ol>5. タスク
<ol><li>このビジュアル検索タスクでは、前の研究14の刺激を使用し、8 の前に説明したタスク手順に従います。</li>
	<li>参加者にタスクの指示を提供します。参加者に、検索配列内のターゲット項目を見つけて、できるだけ早く応答するように指示します。ターゲットが存在しないと思う場合は、応答ボックスの左ボタン(「材料の表」を参照)を押し、右ボタンを押す必要があります。ターゲットプレゼントとターゲット不在の試験があることを参加者に明示的に指示します。</li>
	<li>刺激プレゼンテーションソフトウェア(材料の表を参照)を開始し、タスクを実行する:1 sのターゲットキューを提示し、刺激プレゼンテーションソフトウェアを使用して検索配列を提示します。ボタンを押すと、参加者に対して試行錯誤のフィードバック (正しい、正しくない、またはタイムアウト) を提供します。</li>
</ol>6. データ分析
<ol><li>取得およびアイトラッキングシステムは異なるクロック上で動作するため、行動ログファイルを使用して、電気生理学記録とアイトラッキングのための位置合わせタイムスタンプを見つけます。さらなる分析に進む前に、電気生理学の記録とアイトラッキングからのトリガーを一致させる。時間スタンプと分析ウィンドウに従ってデータのセグメントを別々に抽出し、電気生理学の記録とアイトラッキングを行います。</li>
	<li>半自動テンプレートマッチングアルゴリズムOsort26を使用し、2、26の前に説明した手順に従って、単一ニューロンを同定する。さらに分析2に進む前に、並べ替えの品質を評価します。</li>
	<li>眼球運動データを分析するには、まずアイトラッカーからEDFデータをASCII形式に変換します。また、固定とサッカデを抽出します。次に、ASCIIファイルを読み込み、(1)タイムスタンプ、(2)アイ座標(x,y)、(3)瞳サイズ、(4)イベントタイムスタンプのMATファイルに保存します。連続録画を各トライアルに解析します。</li>
	<li>スパイクと動作8の相関関係を分析するには、前述の手順に従います。</li>
</ol>

<ol><li>Fried, I., Rutishauser, U., Cerf, M., Kreiman, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFried%2C+I+%22Single+Neuron+Studies+of+the+Human+Brain%3A+Probing+Cognition%22">Single Neuron Studies of the Human Brain: Probing Cognition</a>. , MIT Press. Boston. (2014).</li>
<li>Minxha, J., Mamelak, A. N., Rutishauser, U. Surgical and Electrophysiological Techniques for Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMinxha%2C+J+%22Extracellular+Recording+Approaches%22">Extracellular Recording Approaches</a>. Sillitoe, R. V. , Springer New York. New York, NY. 267-293 (2018).</li>
<li>Rutishauser, U., Mamelak, A. N., Schuman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Trial+Learning+of+Novel+Stimuli+by+Individual+Neurons+of+the+Human+Hippocampus-Amygdala+Complex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Single-Trial Learning of Novel Stimuli by Individual Neurons of the Human Hippocampus-Amygdala Complex.</a> Neuron. 49, 805-813 (2006).</li>
<li>Rutishauser, U., Ross, I. B., Mamelak, A. N., Schuman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+memory+strength+is+predicted+by+theta-frequency+phase-locking+of+single+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Human memory strength is predicted by theta-frequency phase-locking of single neurons.</a> Nature. 464, 903-907 (2010).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurons+in+the+human+amygdala+selective+for+perceived+emotion%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Neurons in the human amygdala selective for perceived emotion.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 111, E3110-E3119 (2014).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+amygdala+parametrically+encodes+the+intensity+of+specific+facial+emotions+and+their+categorical+ambiguity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">The human amygdala parametrically encodes the intensity of specific facial emotions and their categorical ambiguity.</a> Nature Communications. 8, 14821(2017).</li>
<li>Minxha, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fixations+Gate+Species-Specific+Responses+to+Free+Viewing+of+Faces+in+the+Human+and+Macaque+Amygdala%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Fixations Gate Species-Specific Responses to Free Viewing of Faces in the Human and Macaque Amygdala.</a> Cell Reports. 18, 878-891 (2017).</li>
<li>Wang, S., Mamelak, A. N., Adolphs, R., Rutishauser, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Encoding+of+Target+Detection+during+Visual+Search+by+Single+Neurons+in+the+Human+Brain%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Encoding of Target Detection during Visual Search by Single Neurons in the Human Brain.</a> Current Biology. 28, 2058-2069 (2018).</li>
<li>Holmqvist, K., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHolmqvist%2C+K+%22Eye+tracking%3A+A+comprehensive+guide+to+methods+and+measures%22">Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures</a>. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2011).</li>
<li>Liversedge, S. P., Findlay, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saccadic+eye+movements+and+cognition%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">Saccadic eye movements and cognition.</a> Trends in Cognitive Sciences. 4, 6-14 (2000).</li>
<li>Rehder, B., Hoffman, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eyetracking+and+selective+attention+in+category+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Cognitive+Psychology%22%5BJournal%5D)">Eyetracking and selective attention in category learning.</a> Cognitive Psychology. 51, 1-41 (2005).</li>
<li>Blair, M. R., Watson, M. R., Walshe, R. C., Maj, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extremely+selective+attention%3A+Eye-tracking+studies+of+the+dynamic+allocation+of+attention+to+stimulus+features+in+categorization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Psychology%3A+Learning%2C+Memory%2C+and+Cognition%22%5BJournal%5D)">Extremely selective attention: Eye-tracking studies of the dynamic allocation of attention to stimulus features in categorization.</a> Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition. 35, 1196(2009).</li>
<li>Rutishauser, U., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probabilistic+modeling+of+eye+movement+data+during+conjunction+search+via+feature-based+attention%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vision%22%5BJournal%5D)">Probabilistic modeling of eye movement data during conjunction search via feature-based attention.</a> Journal of Vision. 7, (2007).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autism+spectrum+disorder%2C+but+not+amygdala+lesions%2C+impairs+social+attention+in+visual+search%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Autism spectrum disorder, but not amygdala lesions, impairs social attention in visual search.</a> Neuropsychologia. 63, 259-274 (2014).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atypical+Visual+Saliency+in+Autism+Spectrum+Disorder+Quantified+through+Model-Based+Eye+Tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Atypical Visual Saliency in Autism Spectrum Disorder Quantified through Model-Based Eye Tracking.</a> Neuron. 88, 604-616 (2015).</li>
<li>Wang, S., Tsuchiya, N., New, J., Hurlemann, R., Adolphs, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preferential+attention+to+animals+and+people+is+independent+of+the+amygdala%5BTitle%5D)+AND+%22Social+Cognitive+and+Affective+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Preferential attention to animals and people is independent of the amygdala.</a> Social Cognitive and Affective Neuroscience. 10, 371-380 (2015).</li>
<li>Fried, I., MacDonald, K. A., Wilson, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+Neuron+Activity+in+Human+Hippocampus+and+Amygdala+during+Recognition+of+Faces+and+Objects%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Single Neuron Activity in Human Hippocampus and Amygdala during Recognition of Faces and Objects.</a> Neuron. 18, 753-765 (1997).</li>
<li>Kreiman, G., Koch, C., Fried, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Category-specific+visual+responses+of+single+neurons+in+the+human+medial+temporal+lobe%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Category-specific visual responses of single neurons in the human medial temporal lobe.</a> Nature Neuroscience. 3, 946-953 (2000).</li>
<li>Squire, L. R., Stark, C. E. L., Clark, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Medial+Temporal+Lobe%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The Medial Temporal Lobe.</a> Annual Review of Neuroscience. 27, 279-306 (2004).</li>
<li>Chelazzi, L., Miller, E. K., Duncan, J., Desimone, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+neural+basis+for+visual+search+in+inferior+temporal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A neural basis for visual search in inferior temporal cortex.</a> Nature. 363, 345-347 (1993).</li>
<li>Schall, J. D., Hanes, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+basis+of+saccade+target+selection+in+frontal+eye+field+during+visual+search%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neural basis of saccade target selection in frontal eye field during visual search.</a> Nature. 366, 467-469 (1993).</li>
<li>Wolfe, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+Can+1+Million+Trials+Tell+Us+About+Visual+Search%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Psychological+Science%22%5BJournal%5D)">What Can 1 Million Trials Tell Us About Visual Search?</a> Psychological Science. 9, 33-39 (1998).</li>
<li>Wolfe, J. M., Horowitz, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+attributes+guide+the+deployment+of+visual+attention+and+how+do+they+do+it%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Review+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">What attributes guide the deployment of visual attention and how do they do it?</a> Nature Review Neuroscience. 5, 495-501 (2004).</li>
<li>Sheinberg, D. L., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noticing+Familiar+Objects+in+Real+World+Scenes%3A+The+Role+of+Temporal+Cortical+Neurons+in+Natural+Vision%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Noticing Familiar Objects in Real World Scenes: The Role of Temporal Cortical Neurons in Natural Vision.</a> The Journal of Neuroscience. 21, 1340-1350 (2001).</li>
<li>Bichot, N. P., Rossi, A. F., Desimone, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+and+Serial+Neural+Mechanisms+for+Visual+Search+in+Macaque+Area+V4%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Parallel and Serial Neural Mechanisms for Visual Search in Macaque Area V4.</a> Science. 308, 529-534 (2005).</li>
<li>Rutishauser, U., Schuman, E. M., Mamelak, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Online+detection+and+sorting+of+extracellularly+recorded+action+potentials+in+human+medial+temporal+lobe+recordings%2C+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Online detection and sorting of extracellularly recorded action potentials in human medial temporal lobe recordings, in vivo.</a> Journal of Neuroscience Methods. 154, 204-224 (2006).</li>
</ol>

著者は利益相反を宣言しない。

このプロトコルでは、同時アイトラッキングを用いて単一ニューロン記録を使用する方法を説明し、この方法を使用してヒトMTLの標的ニューロンを同定する方法を説明した。
セットアップには、タスクを実行するコンピュータ (刺激コンピュータ)、アイ トラッカーを実行するコンピュータ、および取得システムを実行するコンピュータの 3 台が含まれます。3つのシステム間で同期するために、パラレルポートを使用して刺激コンピュータから電気生理学システムにTTLトリガを送信します(図1C)。同時に、刺激コンピュータはイーサネットケーブルを使用して同じTTLLをアイトラッカーに送信します。刺激コンピュータは、例(図1D)のドッキングステーション上にパラレルポートを持っているか、または代わりに、PCI Express並列ポートカードまたは同様のデバイスを持っている必要があります。
フレキシブルアームを取り付けた刺激コンピュータとアイトラッ...

人間のシングルニューロンの記録は、異常な空間的および時間的分解能1で人間の脳の機能を探索するためのユニークで強力なツールです。最近、単一ニューロンの記録は、人間の認知の中心にある認知プロセスの直接調査を可能にするため、認知神経科学の分野で広く使用されています。これらの記録は、深度電極が一時的に焦点てんかんの疑いのある患者の脳に移植されるてんかん病巣の位置を決定する臨床必要性によって可能である。このセットアップでは、ハイブリッド深度電極の先端から突き出たマイクロワイヤーを使用してシングルニューロン記録を得ることができます(ハイブリッド深度電極の挿入に関与する外科的方法の詳細な説明は、前に提供されていますプロトコル2)とりわけ、この方法は、人間の記憶3、4、感情5、6、および注意7、8を研究するために使用されている。
アイトラッキングは、認知タスク中の視線位置と目の動き(固定とサッカデ)を測定します。ビデオベースのアイトラッカーは、通常、角膜反射と瞳孔の中心を時間の経過とともに追跡する機能として使用します。視線位置は、ほとんどの自然な行動の間に注意の焦点を示すので、アイトラッキングは、視覚的な注意を研究するための重要な方法です10,11,12.アイトラッキングは、健康な個人13および神経集団14、15、16における視覚的注意を研究するために広く使用されている。
シングルニューロンの記録とアイトラッキングの両方が人間で個別に広く使用されていますが、同時に両方を使用する研究はほとんどありません。その結果、人間の脳内のニューロンが目の動きにどのように反応するか、または現在固定された刺激に敏感であるかどうかは、まだほとんど知られていません。これは、同時に単一ニューロン記録を伴うアイトラッキングが標準的なツールとなっているマカクでの研究とは対照的です。眼球運動に対するニューロン反応を直接調べるために、ヒトの単一ニューロン記録とアイトラッキングを組み合わせました。ここでは、このような実験を行うためのプロトコルを説明し、その結果を具体例で説明する。
オブジェクト表現17、18、メモリ3、19の両方におけるヒト中間側頭葉(MTL)の確立された役割にもかかわらず、MTLニューロンが機能として変調されているかどうかはほとんど不明である。行動に関連する目標に対するトップダウンの注意。このようなニューロンを研究することは、目標関連情報がボトムアップの視覚プロセスにどのように影響するかを理解するために重要です。ここでは、ガイド付きビジュアル検索を使用してニューロンを記録しながら、アイトラッキングの有用性を実証し、目標指向行動20、21、22、23を研究するよく知られたパラダイム、24歳,25.この方法を用いて、我々は最近、ターゲットニューロンと呼ばれるニューロンのクラスを説明し、現在出席した刺激が継続的な検索8の目標であるかどうかを示す。以下では、この前の科学的研究を再現するために必要な研究プロトコルを提示する。この例に従って、プロトコルは任意の視覚的な注意タスクを研究するために簡単に調整できることに注意してください。

<table><tbody><tr><td>セドラス レスポンスボックス</td><td>セドラス (https://cedrus.com/)</td><td>RB-844</td><td>ボタンボックス</td></tr><tr><td>デル ノートパソコン</td><td>デル (https://dell.com)</td><td>プレシジョン 7520</td><td>刺激コンピュータ</td></tr><tr><td>EyeLink アイトラッカー</td><td>SR 研究 (https://www.sr-research.com)</td><td>1000 Plus 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リモート</td><td>アイトラッキング</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks</td><td>Inc R2016a (RRID: SCR_001622)</td><td>データ解析</td></tr><tr><td>神経生理学 神経生理学システム</td><td>神経心理学 (https://neuralynx.com)</td><td>ATLAS 128</td><td>電気生理学</td></tr><tr><td>Osort</td><td>オープンソース</td><td>v4.1 (RRID: SCR_015869)</td><td>スパイクソートアルゴリズム</td></tr><tr><td>心理物理学 Toolbx</td><td>オープンソース</td><td>PTB3 ( RRID: SCR_002881)</td><td>心理物理学実験を実装するためのMatlabツールボックス</td></tr></tbody></table>

ヒトてんかん患者における同時アイトラッキングとシングルニューロン記録

Simultaneous Eye Tracking and Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients

難治性てんかん患者からの頭蓋内記録は、活動的な行動中の個々のヒトニューロンの活性を研究するユニークな機会を提供する。行動を定量化するための重要なツールは、視覚的な注意を研究するために不可欠なツールであるアイトラッキングです。しかし、アイトラッキングは侵襲的な電気生理学と同時に使用することは困難であり、その結果、このアプローチはほとんど使用されていません。ここでは、ヒトにおける同時アイトラッキングを用いて単一ニューロン記録を行うための実証済みの実験プロトコルを提示する。システムがどのようにつながっているか、ニューロンや眼球の動きを記録するのに最適な設定について説明します。この方法の有用性を説明するために、この設定によって可能になった結果を要約します。このデータは、メモリガイド付きビジュアル検索タスクでアイトラッキングを使用して、ターゲットニューロンと呼ばれる新しいクラスのニューロンを記述する方法を示しています。最後に、このセットアップの潜在的な問題の重要性と解決策について説明します。我々のプロトコルと結果は、ヒトにおける同時アイトラッキングを伴う単一ニューロン記録が、人間の脳機能を研究する効果的な方法であることを示唆している。これは、動物の神経生理学と人間の認知神経科学の間の重要な欠落リンクを提供します。

上記の方法の使用法の使用方法を説明するために、次に、最近公開したユースケースについて簡単に説明します8.患者が視覚探索タスクを行っている間に、ヒト中間側頭葉(MTL;扁桃体および海馬)から228個の単一ニューロンを記録した(図3A,B)。この作業の間、ニューロンの活性が標的と気晴らしの固定を区別するかどうかを調べた。
まず、ボタンを押すと反応を整列させたとき、標的現行試験と目標不在試験との差異活性を示すニューロンが見つかった(図3C,D)。重要なことに、同時アイトラッキングでは、固定ベースの解析が行われました。このような標的ニューロンを選択するには、固定開始前の200ミリ秒から始まり、固定オフセット後に200ミリ秒を終了...

ヒトにおける同時アイトラッキングを用いて単一ニューロン記録を行う方法について述べた。この方法の有用性を実証し,このアプローチを用いて,視覚検索の標的をコードするヒト中間側頭葉のニューロンを得る方法を示す.

Intracranial recordings from patients with intractable epilepsy provide a unique opportunity to study the activity of individual human neurons during ...

私たちの技術の主な利点は、ベッドサイドに深度電極を埋め込んだ患者のケース位置、瞳孔サイズ、および単一ニューロンの同時記録を可能にすることです。これにより、人間の脳に、その活動が目の動きに敏感で、現在固定されている刺激のアイデンティティに敏感なニューロンがあるかどうかを判断することができます。この技術は特定の疾患を研究するようには設計されていませんが、異常な眼球運動やその他の眼運動異常をもたらす神経疾患の研究に適しています。この手順を実証するには、私の研究室の研究員であるナンド・チャンドラバディアとジェームズ・リーです。そして、シダーズ・シナイの神経診断技術者エリカ・クアン。まず、電極を記録システムに接続し、患者を直立して座ります。次に、刺激コンピュータを電気生理システムとアイトラッカーに接続します。リモート非侵襲赤外線アイトラッキングシステムを堅牢なモバイルカートに設置します。次に、LCDディスプレイを保持するフレキシブルアームをカートに取り付けます。アイトラッキングカートに完全に充電された無停電電源装置を設置し、アイトラッキングに関連するすべてのデバイスを外部電源ではなく電源に接続します。患者に接続されたIVデバイスがバッテリで動作しており、壁に差し込まれていないことを確認します。アイトラッキングソフトウェアを起動します。患者と液晶画面の間の距離を60〜70センチメートルに調整します。また、画面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。眼トラッカーが頭の動きに合わせて調整できるように、患者の額にステッカーを貼ります。今度は、眼トラッカーのカメラが患者の鼻の高さ程度になるように、患者の頭部に対して画面の高さを調節する。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、トリガとボタンの押下が正しく記録されていることを確認します。取得ソフトウェアを起動します。まず、ブロードバンドローカルフィールドの電位を視覚的に調べ、回線ノイズによって汚染されていないか確認します。それ以外の場合は、標準の手順に従ってノイズを除去してください。単一ニューロンを識別するために、バンドパスは300ヘルツから8キロヘルツまでの信号をフィルタリングします。各マイクロワイヤバンドルのリファレンスとして、8 本のマイクロワイヤのいずれかを選択します。記録する前に、データを nrd ファイルとして保存できます。ターゲットマーカー、ヘッド距離、瞳孔、角膜反射が準備完了としてマークされるように、アイトラッカーと患者の間の距離と角度を調整します。これは、アイトラッキングソフトウェアで緑色で示されています。記録する目をクリックし、サンプリングレートを500ヘルツに設定します。瞳孔と角膜反射のしきい値の自動調整を使用します。各ブロックの先頭に組み込みのグリッド方式でアイトラッカーを調整します。目の位置がグリッドとしてうまく登録されたことを確認します。それ以外の場合は、キャリブレーションをやり直します。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 度未満で、平均検証誤差が 1 度未満の場合は、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。次に、ドリフト補正を行い、実際の実験に進みます。このビジュアル検索タスクでは、このグループで行われた以前のスタディの刺激を使用し、前に説明したタスク手順に従います。参加者にタスクの指示を提供します。検索配列内のターゲット項目を見つけ、できるだけ早く応答するように参加者に指示します。ターゲットが見つからない場合は、応答ボックスの左ボタンを押し、ターゲットが存在しないと思う場合は右ボタンを押します。参加者に対して、ターゲット存在試験とターゲット不在試験があることを明示的に指示します。刺激プレゼンテーションソフトウェアを起動し、タスクを実行します。1秒間の目標キューを提示し、刺激表示ソフトウェアを使用して検索配列を提示します。ボタンを押して記録し、試用版のフィードバックを参加者に提供します。この方法の使用法を説明するために、患者が視覚探索タスクを実行している間にヒト内側側頭葉から228個の単一ニューロンが記録された。このタスクの間に、ニューロンの活性が標的と散気器の固定を区別するかどうかを調査した。応答がボタンプレスで整列すると、ターゲット-存在試験とターゲット不在試験の間に差異活性を示すニューロンが見つかりました。黒い線は検索キューの発症とオフセットを表します。このニューロンは、ターゲット存在試験の発射速度を増加させるが、標的不在試験では増加しなかった。逆に、このニューロンは標的存在試験の発射率を低下させるが、標的不在試験では減少しなかった。内側側頭葉ニューロンのサブセットは、標的の固定と散気者の間で有意に異なる活動を示した。さらに、そのような標的ニューロンの1つのタイプは、気晴らしに対するターゲットに対するより大きな応答を有し、他方は標的に対する気晴らしに対するより大きな応答を有した。この結果は、内側側頭葉ニューロンのサブセットが、現在の固定が標的に着陸したかどうかをコード化することを示している。アイトラッカーが録音にノイズを入れないようにすることが重要です。実験を行う前に、ノイズを除去する必要があります。ノイズが続く場合は、被験者に刺激を表示するために使用される画面に外部電源があることを確認します。ハイエンドのオーディオアプリケーションに通常使用される高品質の電源用の交換電源。この手順に従って、スパイクと眼球運動の分析が行われ、研究者が眼球運動に対する神経応答を調査することを可能にする情報をデータから抽出する。この方法は、ニューロンがシーン内の興味深いオブジェクトに対して固定をまとめて駆動する方法など、固定の分析を必要とする多くの未回答の質問を探索する方法を開きます。

simultaneous-eye-tracking-single-neuron-recordings-human-epilepsy

Research

JoVE Journal

Behavior

行動

我々は侵襲的なてんかんの監視を受けているヒトから研究目的electrocorticographic信号を収集するための手法を提案する。我々は、データ収集、信号処理と刺激プレゼンテーションのためBCI2000ソフトウェアプラットフォームを使用する方法を示します。具体的には、SIGFRIED、リアルタイム脳機能マッピングのためのBCI2000ベースのツールを示しています。...

神経科学の研究とリアルタイム機能皮質マッピングのためのヒトElectrocorticographic（ECOG）信号を記録

この動画では、てんかん薬の静脈注射中の神経学的および心肺異常を評価するためのマルチシステムモニタリング方法を紹介します。ビデオEEG、ECG、酸素濃度計、カプノグラフィーのパラメータを同時にモニタリングすることで、てんかん発作に伴うリアルタイムの生理学的変化を理解することができます。...

ウサギのてんかん異常のマルチシステムモニタリング:誘発発作中の同時ビデオEEG,ECG,カプノグラフィー,および酸素濃度計記録の方法

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。...

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

ここでは、人間のてんかん皮質組織のマルチ電極アレイの録音を実行する方法について説明します。発作と発作事象の癲癇組織切除、スライス標本と多電極アレイ記録は詳細に実証される。...

人間のてんかん術後皮質組織の多電極アレイ録音

頭蓋内電極を移植した患者は、患者が行動のタスクを実行している間、脳の複数の領域からの神経学的データを記録するためのユニークな機会を提供する。ここでは、この患者集団へのアクセス権を持つ他の機関では、再現することができ植え込ま患者から記録する方法を提示する。...

頭蓋内電極を有する被験者に行動タスクの実行

このプロトコルでは、共局在脳波 (EEG) や麻酔下のラットにおける潜在的なマルチ-層流のローカル...

共局在脳波および齧歯動物のローカル フィールド電位の同時記録

ここでは、脳を記録し、心臓の同時ビデオを用いたマウスで計測される生体信号プロトコルを提案脳波 (EEG) や心電図 (ECG)。また発作、パワー スペクトル、心機能および心拍変動の結果として得られる脳波心電図の分析手法について述べる.

てんかんのマウス ・ モデルにおける Neurocardiac 機能障害を識別するために監視同時ビデオ脳波心電図

本稿では、容易に入手可能な医療製品を利用して、脳波と機能的磁気共鳴画像の同時利用時に、良質の脳波(EEG)データを取得するための簡単なプロトコルを提供します。...

同時脳波と機能MRIにおける脳波データの確実な取得

本プロトコールは、複数の脳構造から 同時に生体内の...

複数の脳構造から同時に 生体内 記録のための局所電界電位微小電極の構築

この記事では、臨床と研究の両方の設定で使用できる脳波と機能的磁気共鳴画像(EEG-fMRI)の同時記録手順について詳しく説明します。臨床レビューのために画像アーチファクトを除去するためのEEG処理手順も含まれています。本研究は,間期におけるてんかんの例に着目した。...

てんかんの臨床レビューのための脳波と機能的磁気共鳴画像の同時診断のための機器のセットアップとアーチファクト除去

脳磁図法(MEG)と高密度脳波法(HD-EEG)が同時に記録されることはめったにありませんが、確認的で補完的な情報が得られます。ここでは、MEGとHD-EEGを同時に記録するための実験設定と、薬剤耐性てんかんの小児のてんかん原性および雄弁な脳領域の局在化を目指したこれらのデータの解析方法を紹介します。...

薬剤耐性てんかん小児の術前評価における電磁源イメージング

学ぶ ヒトてんかん患者におけるアイトラッキングとシングルニューロン記録の同時手法。側頭葉内側の視覚探索に応答するニューロンを同定し、眼球運動と神経活動の関連を解明する臨床応用技術です。

ヒトてんかん患者における同時アイトラッキングとシングルニューロン記録

さらに動画を探す