방법 논문

인간의 결합 침략 피질과인지의 평가를위한 비 침습적 표면 신경 생리학 녹음과 정서적 기능

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DOI:

10.3791/53466

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2016년 5월 19일

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1Institute of Clinical Neuroscience and Medical Psychology, Medical Faculty, Heinrich-Heine-University, 2Department of Neurology, Center for Movement Disorders and Neuromodulation, University Clinic Düsseldorf, 3Department of Neurosurgery, Functional Neurosurgery and Stereotaxy, Center for Movement Disorders and Neuromodulation, University Clinic Düsseldorf

이 논문에서

요약

본 프로토콜은 국소장전위와 비침습적 뇌피질 활동(EEG)의 신경생리학적 기록을 동시에 통해 기저핵의 인지적-정서적 기능을 평가하는 것을 목표로 합니다. 이 절차는 감정적 의미를 지닌 언어 자극을 포함하는 패러다임 또는 인지 통제를 포함하는 플랭커 작업(Flanker task)의 사용에 의해 예시됩니다.

초록

인간의 뇌의 메커니즘에 대해 중요한 정보를 추출하는 비 침습적 뇌파 (EEG), 자기 뇌파 (MEG), 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)인가의 성공에도 불구하고, 이러한 방법은 생리 정보를 제공하기에 불충분 남아 피질 수준의인지 적, 정서적 기능을 반영하는 프로세스. 이러한 관점에서, 이러한 깊은 뇌 자극 (DBS)와 같은 인체에 현대 침습 임상 적 접근은, 피질 하 뇌 활동 국소 기저핵 또는 시상 영역에서 신경 어셈블리의 간섭 활성을 나타내는, 즉 로컬 필드 전위 (LFPs)를 기록하는 데 엄청난 가능성을 제공 . 인간 침습적 방법은 의사 표시 이후에만 적용되므로, 기록 된 데이터를 변경 뇌 회로에 대응한다는 사실에도 불구하고, 유용한 통찰 뇌 진동 관련 손상 뇌 기능의 존재에 대하여 얻을 수있다활동과 실험인지 패러다임의 질문에 답변 질환의 병태 생리. 이 방향에서, 파킨슨 병 (PD) 환자에서 DBS 연구의 증가는 모터의 기능뿐만 아니라, 감정, 의사 결정,주의, 메모리 및 감각적 지각과 같은 상위 레벨 프로세스뿐만 아니라 타겟팅. 최근 임상 시험은 의식 (DOC)의 만성 질환에 대한 강박 장애 (OCD)에 이르기까지 신경 정신 장애에 대한 대안 치료로 DBS의 역할을 강조한다. 따라서, 우리는 (인지 적, 정서적 처리 통 실험 패러다임에 피질 - 피질 하 구조의 역할을 평가하는 결합 침략 (LFP) 및 비 침습적 (EEG) 인간의 두뇌 녹음의 사용에 초점을 예. 정신적 내포 또는 패러다임과 음성 자극 DBS 치료를 받고 환자에 대한 측면 보루 작업 등인지 제어),의.

서론

인간의 침략 신경 생리 학적 기록은 간질 수술과 종양 연구 1시 electrocorticographic 대뇌 피질의 영역에서 레코딩과 소뇌을 대상으로 독창적 인 연구로 거슬러 올라간다. 이러한 기록 절차의 발전에 중요한 이정표가 인간의 뇌 (2)의 깊은 구조 안전하고 효율적인 액세스를 제공하는 정위 기법을 도입하고있다. 이 외에 임상 치료에서, 인간의 뇌 침습적 방법은 (외부 자극, 뇌 심부 자극술을받은 환자에서 인트라 및 수술 침습 녹음 특히 경우에 의해 변조 기록 활동 패턴과 관련하여 DBS를 뇌 기능을 연구하는 다소 독특한 기회를 제공 ) 절차. DBS의 적용과 유용성은 강박 장애 (OCD) 또는 CHRO 등의 조건을 강박하는 파킨슨 병 (PD)에서 다양한 신경 및 신경 정신 질환에 해결 된의식 (DOC)의 NIC 장애.

특히, DBS는 파킨슨 병 3,4,5, 본 태성 진전 6 주 / 일반화 분절 근긴장 7,8,9, 헌팅턴병 10,11 치료 저항성 우울증 12,13 니코틴의 치료에 적용되어왔다 알코올 중독 (14), 알츠하이머 병 15, 16, 투렛 증후군 (17)과 의식 (DOC)의 만성 질환 18,19,20.

신경 정신과의 범위 내에서, DBS는 강박 장애 (OCD) 내부 캡슐 (ALIC)의 전방 사지를 대상으로하는 승인 / CE 마크 치료 및 (복부 캡슐 / 복부 선조체 / 복부 미상을 대상으로 사용 VC / 인 VS), 핵 중격 의지 (NAC)과 시상 핵 (STN) 21. OCD 22 DBS에 대해서는, 최근 연구 강박의 검사기구에 STN의 역할을 강조메모리 기반-패러다임 23,24,25를 이용하여 보내고.

인지 적, 정서적 내포와 패러다임의 영향으로 뇌 활동의 주목할만한, 변조 DOC 26,27,28,29 강조하고있다. 따라서, DBS는 만성 DOC에 대한 전향 적 치료로서뿐만 아니라, 중앙 시상 영역 인트라 및 포스트에서 로컬 필드 전위 (LFP)를 기록하여 피질 활동의 변조를 공부의 가능성을 열어 임상 절차로뿐만 아니라 강조 작동 가능.

환자의 자극 수술 중 임펄스 자극 시험을 정의하면서 DBS에서 전극 신경 외과 주입 안전하게 뇌의 해부학 적 제약 차지하는 정위 기술에 기초한다. 수술 후 LFP 녹음 DBS 전극의 초기 주입 후 임펄스 발생기의 내재화하기 전에 가능합니다. 특히, 본 프로토콜은 centere입니다수술 후 녹음에 라.

LFPs와 조합 피질 뇌 활동의 동시 기록이 비 침습적 뇌파 (EEG) 또는 인 자기 (MEG) (30, 31)에 의해 달성 될 수있다. 이 두 비 침습적 방법은 우수한 시간 해상도로 인해 지원됩니다. MEG는 두개골 효과 (32)에 의해 EEG에 비해 영향을 적게받습니다하지만이 작은 금속 임플란트와 머리의 움직임에 의한 유물에 의해 영향을받는과가 환자의 침대 옆 33에서 사용할 수 있기 때문에, EEG는 유리 나타납니다. 적용 정서적인지 적 패러다임의 질문에 답변 피질 - 피질 뇌의 활동 (LFP 및 EEG / MEG)의 동시 녹음으로 뇌 진동과 행동 사이의 다양한 관계를 시간 - 주파수 결합에 기초하여 설정 될 수있다 (34)를 분석한다. 차례로, 이러한 패턴은 환자의 개별적인인지의 미래의 바이오 마커 및 감정 상태 및 O로 이어질 수개인화 설정을 고려하여 처리 파라미터 ptimization.

특히 대뇌 피질 및 피질 수준의인지 적, 정서적 기능의 평가를위한 인간의 침습적 및 비 침습적 신경 생리 학적 기록 다음 프로토콜 대상 (EEG 및 LFPs).

먼저, 본 프로토콜을 수반하는 동영상에 도시 된 신경 생리 학적 기록 단계는, 소위 우 측면에 작업을 수행하는 운동 장애 (예 1)과 예를 들어 환자와 기록에 대응한다.

둘째, 프로토콜의 단계는 만성 DOC (26)에 게시 된 DBS의 예에서 가져온 분석 및 시료 결과 (예 2)의 방법론에 초점을 맞춤으로써 설명합니다.

이 두 가지 예는 다른 질환과 다양한 실험 패러다임와 DBS 치료 환자에 제안 된 프로토콜의 적용을 강조 표시합니다.

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프로토콜

DBS 절차 및 침입 기록은 대학 병원 뒤셀도르프, 독일의 윤리위원회에 의해 승인되었다.

1. 실험 패러다임 설계 및 환자의 동의

참고 : 실험 패러다임을 디자인 또는 관심의인지 적 / 감정적 인 측면을 대상으로 기존의 실험 패러다임을 선택합니다.

  1. DBS 치료를 받아야 할 환자를 선택합니다. DBS-환자가 연구의 포함 기준을 충족하는지 물어보십시오. 예, 각각의인지 적 패러다임의 수술 기록 및 응용 프로그램을 수행하기 위해 환자 및 / 또는 윤리위원회 (해당하는 경우)에서 서명 정보를 동의를 얻어야합니다.
    참고 : 수술 후 기록은 초기 DBS 수술이 (함께 특수 케이블에 의해 머리에서 해당 외부화와) DBS 전극 이식에 대해 수행 한 후 다음과 같은 일을 배치 받아 두 번째 수술 전에 장소 R 소요DBS 전극과 자극의 영구적 인 주입을 egarding.
    1. 우 측면 태스크 (실시 예 1)에서, 운동 장애가있는 환자로부터 서명 된 동의서를 획득 (예. 헌팅 또는 파킨슨 병)은 수술 후 기록을 수행하기 위해. 우 측면 실험의 목적은 동작 오류 및 피질 및 피질 하 수준에서의 뇌 진동 활동을 반영하는 방법 등의 적응 결정하도록 적응 환자의 능력을 시험하는 것이다.
      주 : 환자의 선택은인지 해결 될 메커니즘은 환자의 장애에 의해 결정된다. DBS-DOC의 경우 - 예 (예 2)에서, 38 세의 나이에 머리 부상으로 고통 여성 DOC 환자가 선택되었다. 때문에 동의서를 제한하는 환자의 조건, DBS 처리 및 실험 참여는 지역 윤리위원회가 단독으로 승인되었다. 상무부의 수술 기록의 주요 목표는 여부를 확인하는 것이 었습니다인지 - 감정 처리와 관련된 뇌 기능은 여전히​​ 의식의 심한 장애를 가진 환자에서 그대로였다.
  2. 자극의 종류 중에서 선택하면 (청각, 시각) 발표한다. 자극 프리젠 테이션 (블록 또는 혼합 디자인)의 순서를 확인합니다. 자극의 지속 시간을 선택, 간 자극 간격 (ISI)과 시련의 수.
    1. 하나의 실시 예로서 응답 오류의 투입에 응답하여 동작을 적용 할 수있는 능력을 검사하는 상기 우 측면 태스크 (실시 예 1도 1A)을 수행한다. 이 작업은 시각적 자극으로 구성 (측면 화살촉이 수직으로 배열).
    2. 추가 (중앙에 원) 임상 시험을 중단 고려 (목표 위와 아래) 두 개의 인접한 화살 (중앙에 화살표) 중 동일 (호환) 또는 반대 (호환) 방향으로 가리키는 대상 자극의 측면.
    3. 왼쪽이나 오른쪽으로 목표를 제시하고, 입술을 눌러 참가자에게자신의 왼쪽 또는 오른쪽 엄지 손가락 ponse 버튼을 누릅니다. 정지 시험에서, 응답하지 않는 참가자를 지시합니다. 현재 flankers 대상 전에 200 밀리 초입니다. 300 밀리의 대상을 표시하고 2,000 밀리 초 (경과 시간이 큐 톤으로 표시됩니다)에 응답 자극 간격을 설정합니다. 이 작업에 120 자극에 각각 4 개의 블록의 총을 제시한다. 현재, (60 %) 호환 (20 %) 호환 및 stop-시험 (20 %) 자극을 무작위로.
      주 : 자극 간격이 값은 모터 비활성화 환자를 고려할 때 놓친 시험 다수 피하기 위해 선택되었다. Flankers과 대상을 동시에 꺼져 있었다. 환자는 가능한 한 빨리 반응하도록 지시 하였다.
      참고 : DBS-DOC의 경우 - 예 (예 2, 그림 1B)에서, 실험 패러다임 중립 비 주소 친숙한 어드레싱 음성 구성은 블록 디자인 (26)을 자극. 자극의 지속 시간은 (무작위 4 5 초 간 자극 간격) 4 초에-설립되었다. 어린 아이조건 80 시험 등이 패러다임 (그림 1B)에서 고려되었다.
  3. 포스트 수술 설정 기록에서 환자의 물리적 제약과 요구를 구상. 환자가 과도한 무도병 운동의 존재 (헌팅턴병) 또는 진동 (파킨슨 병)을 고려하여 컴퓨터 키보드를 활용할 수 있는지 즉, 결정한다.
    1. 반드시 환자 (현지 마취 또는 DBS 수술시 적용되는 정위 헤드 프레임의 원인이 될 수있는 눈을 얼굴과 주위 부종 등) 모니터를보고 전체 실험 기간 동안 편안하게 할 수 있는지 확인합니다. 환자가 이러한 조건을 충족하지 못할 경우, 실험을 수행하지 않는다.

수술 후 피질 (LFPs) 및 표면 (EEG) 녹음 2. 셋업

  1. 방 w의 EEG 장비 (보조 파일에 자료 참조) 설정여기에 실험이 실시됩니다. 뇌파 시스템에 기록 컴퓨터를 연결합니다. (보충 파일 "자료"참조) EEG 기록 소프트웨어를 시작합니다.
  2. 지정하여 뇌파 기록 소프트웨어의 작업 영역을 정의하기 위해 "파일"다음 "새 작업"을 클릭 : 5 kHz의 낮은 컷 - 오프 (DC)과 높은 차단 주파수 (1000 Hz에서), EEG 채널의 샘플링 주파수를 (국제 10/20 시스템에 따라 적어도 : (FZ) 전두 - 중앙, 센트로 중앙) Cz에 (전두 극성 참조 (FPZ) 및 접지 (유양 돌기)와 패러다임 또한 두정 중앙에 따라 (년 Pz) , 후두부 중앙 (T3 / T4), (오즈) 시간, 전두 - 중간 (F3 / F4), 전두 - 측면 (F7 / F8)) (그림 2D) 및 LFP 채널 (LFPL 0, LFPL1, LFPL2, LFPL3 ( 왼쪽 반구, 그림 2C) LFPR0, LFPR1, LFPR2 및 LFPR3 (오른쪽 반구)). 지정된 채널이 현재 녹화 설정되어 있는지 확인하기 위해 "모니터"를 클릭합니다.
    참고 : 홍보작업 공간의 eparation의 사전 주문 실험 시간을 최소화하고, 기록의 구성에 예기치 않은 변화를 감독하기에 좋습니다. 가장 높은 시간 해상도, 올바른 필터 설정, 적절한 샘플링 속도와 관심의 채널의 적절한 선택을 확인하는 것이 좋습니다.
  3. 뇌파 시스템에 병렬 포트를 연결하여 자극 컴퓨터를 설정합니다. 자극 소프트웨어를 시작합니다. 컴퓨터의 모니터의 패러다임의 기능 (시각적 자극) 및 / 또는 스피커 (청각 자극, 사운드 큐)을 확인하려면 "실​​행"을 클릭합니다. 자극 컴퓨터에서 확인 마커 (트리거) 자극과 뇌파 기록 소프트웨어에 대한 자신의 모습을 확인하여 환자의 반응의 프레젠테이션 중에 기록 시스템으로 읽습니다.
    주 : 자극 장치에서 트리거는 적어도 200 마이크로 초 (5 kHz 샘플링 레이트)에 EEG 시스템에 의해 감지 할 지속 시간을 가져야한다. 트리거는 이벤트 RELA의 마커이기 때문에그 기능은 후방의 데이터 분석을위한 중요 지정된 시간에 발생 테드 - 유발 사건 또는 관련 활동. DBS-DOC의 경우 - 예 (예 2)에서, 실험 패러다임 (그림 1B)는 트리거 제시 각 자극의 시작과 끝 부분에 설치되었다 있도록 청각 자극 (익숙한 낯선 목소리)로 구성되었다. 우 측면 태스크의 경우 (도 1A) 트리거 1) flankers 및 목표 자극 등장 2) 환자의 반응 3) 큐 톤 환자에게 알려 들었을 때 순간에 설정 한 응답 시간이 경과했다.
  4. 피부 마커 펜을 사용하고 숙련 된 신경 또는 EEG 전문가의 조언에 따라 nasion 및 inion 사이의 중간 점과 환자의 머리의 정점을 표시합니다. 또한, 10-20 시스템을 사용 EEG 전극 위치를 선택 표시 해주고. 먼저 isoprop으로 선택한 각 위치를 청소하여 두피에 EEG 표면에 전극을 부착일 알코올 패드와 연마 페이스트의 사용 후.
    참고 : 이러한 행동은 DBS 환자의 머리에 붕대의 위치에 의해 제한된다. 그러나 숙련 된 신경과 각 전극 / 채널에 대한 적절한 (대략) 위치를 정의 할 수 있어야한다. 방법 (해당되는 경우) 중 적절한 접촉 이동 머리카락을 보장합니다. 외과 테이프로 고정 자체 접착 전극의 사용으로 인해 배치의 용이성에 사용될 수 있습니다.
  5. 경피적 확장에 외부화 DBS 전극을 연결합니다. 외부 케이블 커넥터에 경피적 확장을 연결합니다. 뇌파 기록 셋업에 따라 뇌파 컨트롤 박스에 외부 케이블 커넥터가 제공하는 각 전극을 연결합니다. 제 1 접지 참조를 연결하여 뇌파 컨트롤 박스에 EEG 두피에 전극을 연결합니다.
  6. 먼저 이소 프로필 알코올 패드 영역을 청소하여 지정된 근육에서 EMG 전극 (참조 및 활성 전극)를 연결합니다. 뇌파 컨트롤 박스에 EMG 전극을 연결합니다.
    주 :이 단계는 선택적이며, 모터 태스크 패러다임으로 간주 될 때 또는 운동 장애를 가진 환자의 경우에서와 같이 근육의 활동을 모니터링 할 필요가있는 경우, 주로 실시했다.
  7. 데이터를 시각화하기 위해 "모니터"를 클릭합니다. 모니터에 표시해야합니다 EEG와 EMG 신호가 이슈 - 무료 터링의 존재와 중첩 된 고주파 성분을 검출하여드립니다. 당신은 생리 학적 기록에있는 장애의 유형에 익숙해 질 때까지 35 및 / 또는 숙련 된 신경이나 신경 과학자로부터 기술 자문을 요청 기록 뇌파 신호와 관련된 유물의 종류 및 기타 요인에 대한 가이드 라인을 확인합니다.
    주 :이 단계는 오프라인 데이터 분석을위한 높은 품질의 신호를 보장하는 것이 중요하다.

3. 포스트 수술의 기록 피질 (LFPs) 및 표면 (EEG) 뇌 활동

  1. 환자에게 지침을 제공합니다. 확인 연평균 확인tient 편안하고 불편 언제든지 실험을 중단 그를 / 그녀를 지시합니다.
  2. 환자가 모니터의 패러다임을 참조 및 / 또는 큐 톤과 소리를들을 수 있도록 자극 소프트웨어의 "실행"을 클릭합니다. 그 / 그녀가 작업에 익숙해 질 때까지 환자와 교육 세션을 수행합니다. 환자가 실험적인 작업을 수행하는 동안 피질 (LFP)과 대뇌 피질 (EEG) 뇌 활동의 동시 녹음을 시작합니다.
    주 : (도 1b)에 기재된 바와 같이 패러다임 블록 디자인 청각 자극 이루어져 DBS-DOC 케이스 예 (실시 예 2)의 경우. 우 측면 태스크 (도 1a)의 경우에, 시각적 자극이 세 가지 조건 (호환 가능 (60 %), 호환 (20 %) 및 정지 재판 (20 %)) 랜덤 각 블록 (혼합 디자인)에서 제시 하였다에 대응 각 블록 (120)의 자극으로 구성하고 패러다임은 4 개의 블록의 전체 구성되었다. 작업이 완료되면데이터는 나중에 오프라인 스크리닝 및 정량 분석​​을 위해 기록 컴퓨터의 하드 디스크에 저장된다.

4. 데이터 분석

주 : EEG 분석 소프트웨어를 사용하여 단계 :

  1. (보충 파일 "자료"참조) EEG 분석 소프트웨어를 열고 폴더 경로 (원시, 역사 및 수출) 및 데이터의 이름을 지정하여 기록 된 데이터를 시각화하는 "새"를 클릭합니다. 관심의 채널을 선택하려면 "편집 채널"을 클릭합니다. 필요한 경우 채널의 이름을 바꿉니다.
  2. 인접 DBS 연락처 참조를 다시 때문에 왼쪽과 오른쪽 반구에 대한 가상 바이폴라 연락처를 만들려면 "채널 전처리"다음 "새 참조"를 클릭합니다. EEG 채널에 대한 가상의 몽타주를 작성하려면이 과정을 반복합니다.
    주 : 양극 재 참조 몽타주 볼륨 전도 효과를 최소화하기 위해 상기 기록 된 신호의 공간적 안정성을 개선하는 것이 중요하다. DBS-DOC (c)의 경우ASE 예 (예 2) 다음과 같은 양극성 채널이 설정 한 DBS : LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, LFPR23 및 EEG : Cz에 / FZ, 년 Pz / CZ, 오즈 / 년 Pz, T3 / Cz에와 T4 / Cz를을 . MEG이 신호는 레퍼런스 자유롭게 기록하면서 EEG 신호가 공통 프레임 워크에서 참이 아닌 임의의 제로 값 신호를 설정하는 참조해야한다는 것을 강조 할 가치가있다. 기존의 뇌파 참조 시스템은 다음과 같습니다 : 두 귀에 전극 사이의 평균, 평균 (모든 채널을 고려) 참조, 2 차원 또는 단일 유양 돌기 기준 및 소음 기준, Cz에 또는 FPZ 참조. 데이터 분석의 목적을 위해 상이한 기준 재 배열은 DBS와 EEG 신호간에 시간 - 주파수 결합 분석을 타겟팅 할 때 양극 접점이 적절한 예를 들어, 이용 될 수있다.
  3. 모터 터링 및 장비 장애에 중점 생리 및 장비 관련 유물에 대한 화면 데이터를 "원시 데이터 검사"를 클릭합니다. 마크 세그먼트가있는 유물이 존재한다.
    엔OTE는 : DBS 외부화 리드를 통해 두피 활동과 동시에 피질의 활동을 기록 할 때, EEG는 현재의 노력이 노이즈 비율로 신호를 향상 지향되고있는 등 MEG 등의 기술보다 노이즈 유물에 대한보다 강력한 나타납니다. 모터 장애 환자는 무도병 등의 불수의 운동에서 고통 기록 된 신호에 모터 터링 유물의 모양을 진전 것으로 인해를 차지해야합니다. 다른 장애는 눈을 깜박 및 장비 관련 유물에 기인한다. DBS-DOC의 경우 예 (예 2)을 중심으로, 유물 검사는 육안 검사에 의해 수행되었으며 유물 수동으로 표시 하였다. 일부 유물은 특정 기준에 의해 인식되지 않을 수 있습니다로 자동 이슈 검사 모드의 유일한 응용 프로그램은 권장하지 않습니다.
  4. 노치 필터를 지정하는 "데이터 필터링"다음 "IIR 필터"를 클릭 : 50 헤르츠 (전원 라인 유물을 다루는)와 버터 워스 (Butterworth) 제로 위상 필터를 정시에 의해된 fying 낮은 및 높은 컷오프 매개 변수를 설정합니다. 지정된 주파수로 기록 된 신호를 다운 샘플링하고 또한 보간 유형을 지정하려면 "변경 샘플링 속도"를 클릭합니다.
    1. DBS-DOC의 예에서, 1.0000 Hz에서, 시간 상수 : 0.1592s, 경사 : 낮은 컷오프를 설정 48dB / 10월; 높은 차단 : 80.0000 Hz에서, 시간 상수 : 0.1592 초 및 48dB / 10월 및 스플라인 보간을 사용하여 512 Hz에서로 다운 샘플링 주파수.
      참고 : (Fieltrip (http://www.fieldtriptoolbox.org/), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab/) 및 SPM8 : 선택적으로, 잘 알려진 오픈 소스 스위트를 기반으로 사용자 정의 스크립트에 의해 필터링을 수행 http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). 첫 번째의 경우, 샘플 스크립트 (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing)에 제공된다. 다른 스위트 룸은 또한이 단계를 수행하는 자세한 설명서를 제공합니다.
      참고 : 임의의 지점에서 다운 샘플링은 나이 퀴 스트 이론에 따라 추가 분석을 위해 사용할 수있는 주파수 공간을 제한합니다. 80 Hz로 주파수 대역을 고려할 때 DBS-DOC 대소 예를 고려하면, 512 Hz에서 선택된 샘플링 주파수가 적당하다.
      참고 : (견학 (http://www.fieldtripbox.org), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab) 및 SPM8 : 또는 잘 알려진 오픈 소스 스위트를 기반으로 사용자 정의 스크립트에 의해 다운 샘플링을 수행 http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). 첫 번째의 경우, 스크립트 예는 (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing)를 제공한다. 다른 스위트 룸은 또한이 단계를 수행하기 위해 문서를 제공합니다.
  5. 다음 "수출"과 "일반 데이터"를 클릭하여 관심의 수출 양극성 채널. 다음 내보내기 데이터 "내보내기"를 클릭하여 마커 (트리거)와 "마커". 는 "TXT"형식을 선택하여 내보낼 파일 이름을 지정합니다.
    참고 :이 (.txt)로 다중화 형식으로 채널을 내보내고도 추천하는 것이 좋습니다 다음 단계로 견학 도구 상자를 사용하려면에드 내 보낸 채널에 대한 정보를 포함하는 "vmrk"파일을 포함합니다. 또한 4 단계에서 선택한 구간에 대응하는 불량 마커를 건너 뛸)가 제공되는 동안 보낸 마커 A (.txt)로 포맷을 사용하도록 제안한다.

참고 : 견학을 사용하여 단계 :

  1. MATLAB을-시작하고 기본적으로 수행되지 않은 경우에 견학 폴더의 경로를 추가하려면 "설정 경로"를 클릭합니다.
  2. 실행하여 견학 내에서 기능과 호환되는 셀 어레이 구조에 (이전에 미리 처리 된 데이터 및 마커를 넣어 스크립트 1 보조 파일을 7 단계에서 EEG와 LFP 파일이 들어있는 디렉토리를 : 지정 놓치지 않고) 채널 이름, 샘플링 주파수, 샘플 시간 시험. (선택적으로) "주석"표시된 코드로 이슈 거부를 수행합니다. 이 스크립트는 NEX에서 사용되는 지정된 파일에 데이터를 저장t 단계.
  3. 실행하여 (관심의 채널에 대한 LFP의 스펙트럼 전력을 계산 스크립트 2 보조 파일을 지정 놓치지 않고)에 의해 생성 된 파일이 포함 된 디렉토리 (스크립트 1), 방법 (웨이블릿 또는 mtmconvol), 윈도우의 폭을의 관심 (FOI), 관심 (토이)의 시간의 시간 및 주파수 기준 보정 (옵션)의 주파수. 통계 분석 및 원하는 p- 값의 타입을 정의한다.
    주 : DBS-DOC 대소 예 (실시 예 2)에서, 전력 분석 자극 고정 웨이블릿 시간 주파수 분석을 고려하여 수행 하였다 (Morlet 웨이블릿 (폭 = 5)) 해닝 테이퍼 4-80 Hz의 주파수 범위 -1 초 4 사이의 시간. 그 때문에 웨이블릿 시간과 주파수 가변 해상도를 가지고있다. 웨이블릿을 선택할 때, 우리는 시간과 스펙트럼 해상도 사이의 트레이드 오프를 결정한다. 특히 Morlet 웨이블렛은 정현파 형상의 무게를 갖는다시계열 로컬 진동 성분을 포착 가능 가우시안 커널 에디션. 폭 파라미터 작게 만들기 주파수 해상도의 대가로과 반대의 시간 해상도를 증가시킬 것이다. 주어진 주파수 F에서의 스펙트럼 대역폭은 동일하다 F / 폭 × 2 웨이블릿 기간 (/ F가 / 파이 폭과 동일 동안 (F = 40 Hz에서 폭 = 5 스펙트럼 대역폭은 16 Hz에서입니다) F = 40 Hz의 폭 = 5 웨이블릿 기간) 39.8 msec이다. 기반의 클러스터 (시간 및 주파수 변수) 랜덤 방식은 조건 (a 양면 시험에서 0.05의 P-레벨) (39) 사이의 통계 분석에 사용 하였다. 이 단계를 수행함으로써 얻어진 출력의 예로서,도 4a 및도 4d에서 보는주십시오. 시간 - 주파수 응답을 분석 개방 소스 소프트웨어 견학에 기초하여 정의 된 스크립트 (http://www.fieldtriptoolbox.org/)에 의해 수행 하였다. 할 수있는이 단계를 수행하는 스크립트를 사용자 지정하는 방법에 대한 구체적인 내용http://www.fieldtriptoolbox.org/reference/ft_freqanalysis에서 발견 될 수있다.
  4. (실행하여 피질과 대뇌 피질의 신호 사이의 일관성을 계산 스크립트 3 보조 파일을 지정합니다 잊지 않고) : 세그먼트 길이, 중첩 비율, 관심의 주파수를. 통계 분석에 관해서는 분석의 종류와 원하는 p- 값을 지정합니다.
    참고 : 진폭 (40)의 일정 비율에 일관성 분석 방법이 시계열 사이의 선형 관계를. DBS-DOC 대소 예 (실시 예 2)에서 50 % 오버랩 1 초 세그먼트 1, 25 Hz에서의 주파수 간격에 집중하여 간섭의 계산에 사용 하였다. 클러스터 기반 (시간 및 주파수 변수) 랜덤 방식은 간섭 성의 피험자 내 분석 (양면 시험에서 0.05의 P-레벨) (41)를 사용 하였다. 더욱이, 간섭의 허수 부분 (42)을 계산 하였다.
    BASIC 단계는 간섭 분석을위한 스크립트에 설명되어 있습니다 (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/coherence)을 사용자 정의합니다. 이 단계를 수행함으로써 얻어진 출력의 예로서,도 4B를 보면주십시오.
  5. 참조 (43)의 보조 파일로 사용할 수있는 소프트웨어 구현을 실행하여 교차 주파수 위상 진폭 커플 링 (PAC)를 계산합니다.
    주 : DBS-DOC 케이스 예 (실시 예 2)에서, 크로스 - 주파수 분석 PAC 양극성 채널의 상이한 조합에 대한 기록 전체 자유 이슈를 이용하여 계산 하였다. 설정 - 업 동안 비 상당한 커플 링 (0.1 페이지 수준)을 0으로 다른 통계 수준에서 유의 한 커플의 결정을 사용할 수 있기 때문에 특히, 정규화 직접 PAC는 (ndPAC) 43 선호했다. 결과적으로, 주파수는 위상 및 진폭 결합 그들의 중요도에 기초하여 선택 될 수있다위한 범위이다. DBS-DOC 케이스 예에서, 위상 주파수 범위 WA 간주의 3-22 Hz로는 진폭, 주파수 범위는 35-80 Hz로 설정하고있다. PAC 분석을 위해 선택된 LFP-EEG 채널은 단계 5.5에서 수행 간섭 분석에 기초하고 LFPR23 EEGFzPz이었다. 이 단계를 수행함으로써 얻어진 출력의 예로서,도 4C를 보면주십시오.

figure-protocol-1
그림 1 : 실험 패러다임 샘플 (A) (예 1) 우 측면에 작업 :. 목표 자극 (중앙에 화살표가) (목표 위와 아래) 중 하나를 가리키는 두 개의 인접한 화살표로 측면에 동일한 (호환) 또는 반대 (호환) 방향, 정지 시험 (중앙에 원)도 고려되었다. 대상이 왼쪽 또는 오른쪽으로 지적되는 경우, 참가자는 참가자가 응답하지 않는 지시 정지 시험에서 각각 자신의 왼쪽 또는 오른쪽 엄지 손가락으로 응답 버튼을 눌러 있습니다. 플로리다여기에 사용 nker 작업은 교수 C. Beste와 그의 그룹 (승인 참조)에 의해 처음 프로그램 버전에서 수정되었습니다. (B) (예 2) DBS-DOC의 경우-예에서 사용 된 감정 -인지 음성 패러다임. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

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결과

DBS-DOC의 경우 (예 2)의 경우, 우리가 지금 DBS 주입 대상 현지화에 데이터를 제공, LFP 전극과 EEG의 개략도는 설정, EEG 및 LFP 활동 (원시 데이터) 대표 분석 결과의 예시 녹음 :

도 2a는 해부학 아틀라스 (36)에 투사 계획 궤적 (검은 선), 부 (30), 관상 동맥을 보여줍니다, 전방 접합면 (AC) (레드 라인 : AC-PC면) 뒤에 10.7 mm. (: 10mm 아틀라스 격자 크기) 내부 = IML 수질 라미 thalami 및 RT = 망상 시상 핵 레드 원은 최하 15mm의 영역 목표로 표시 한. VA = ventroanterior 시상 핵, AV = anteroventral 시상 핵, AM = 전내 시상 핵, 빠 = fasciculosus 핵, IthA는 = intert...

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토론

두피 EEG와 MEG 같은 비 침습적 뇌 기록 기술과 대조적으로, 제안 된 조합 침습 및 비 침습적 신경 생리 학적 기록 워크인지 감정적 태스크 관련 피질 및 피질 영역에서 정보를 추출하기 위해 새로운 기회를 제공한다. 그러한 정보 (44)를 작동하는 다중 주파수 대역 및 뇌와 관련 조직의 상이한 차원에서 뇌 활동 진동에 의해 반사된다. 우리의 기록 프레임 워크에 관련된 포함 두뇌 진동 패턴 피질 진동 활동 (LFPs), 특정 주파수 대역, 피질 위상 진폭 커플 링에 대뇌 피질의 활동 사이의 선형 상관 관계의 변화와 피질 영역을 나타내는 피질 - 피질 일관성의 변화 (PAC) 위상 결합 상 (PPC). 특히, PAC 및 PPC의 관련성은 서로 다른 주파수 대역의 진동과의 관계 및 상호 작용으로 강조뇌의 기능을 이해하는데 유용한 것으로 밝혀졌다. PAC의 경우, 저주파 진동의 위상은 따라서 느린 리듬의 위상과 빠른 리듬의 진폭 포락선의 동기 얻어진 고주파 발진 전원에 관한 것이다. PPC는 고주파 진동의

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공개 사항

저자는 더 경쟁 재정적 이해 관계가 없음을 선언합니다.

감사의 글

이 작품은 ERA-NET 신경 세포 / BMBF 독일 (TYMON)에 의해 지원되었다. 출판 비용은 대학 병원 뒤셀도르프에서 보조금이 적용됩니다. 여기에 사용되는 측면 보루 작업은 처음 프로그램 교수 C. Beste에 의해 버전과 그의 그룹 47에서 수정되었습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
BrainAmp AmplifierBrain Products GmbH, Gilching Germany수량: 2
BrainVision Recorder SoftwareBrain Products GmbH, Gilching Germany1 라이센스 
BrainVision 분석기 소프트웨어 Brain Products GmbH, Gilching 독일1 라이센스 
광섬유 케이블 및 USB 커넥터Brain Products GmbH, Gilching Germany이것들은 위에 나열된 장비와 함께 제공됩니다
. 전극 입력 상자 (64 채널)Brain Products GmbH, Gilching Germany수량: 1
EEG gel Natus Inc수량 : 1
이소 프로필 알코올Sch ü LKE & Mayr GmbH, 독일수량: 1
스킨 준비 젤Weaver and Co, 미국수량: 1
MATLAB   Math-Works, Natick, Massachusetts, USA1 라이선스
FieldTrip 도구 상자http://www.fieldtriptoolbox.org/오픈 소스
매크로전극 (모델 3387 사중극 DBS 리드)Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA수량: 2
멸균 경피 연장 와이어 (모델 3550-05) Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA수량: 2
트위스트 락 케이블 (모델 3550-03) Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA수량: 2
맞춤형 커넥터, DIN 428092 터치 프루프 커넥터수량: 2
Vercise Lead kit DB -2201 Boston Scientific수량: 2
연락처 확장 키트 NM-3138 Boston Scientific수량: 2
O.R. cabel & extension SC-4100 A Boston Scientific수량: 2
커넥터  터치 프루프로 Twente 의료 시스템 국제 변환기수량 : 2
CT 스캐너 모델 PQ2000 (수술 후 CT 스캔)Philips Healthcare GmbH Hamburg수량 : 1
프리젠 테이션 소프트웨어 (플랭커 작업)Neurobehavioral systems Inc.라이센스 1개 
MEG 시스템Elekta Neuromag Inc대안
고밀도 EEG 센서 네트 (128 또는 256 채널)Electrical Geodesics Inc (EGI), 미국대안
개의 개의

참고문헌

  1. Foerster, O., Altenburger, H. Elektrobiologische Vorgänge an der menschlichen Hirnrinde. Dtsch. Zschr. Nervenheilk. 135, 277-288 (1934).
  2. Spiegel, E. A., Wycis, H. T., Marks, M., Lee, A. J. Stereotaxic apparatus for operations on the human brain. Science. 106, 349-350 (1947).
  3. Okun, M. S. Deep-Brain Stimulation for Parkinson's disease. N. Engl. J. Med. 367, 1529-1538 (2012).
  4. Groiss, S. J., Wojtecki, L., Südmeyer, M., Schnitzler, A. Deep Brain Stimulation in Parkinson's disease. Ther. Adv. Neurol. Disord. 2 (6), 20-28 (2009).
  5. Kalia, S. K., Sankar, T., Lozano, A. M. Deep brain stimulation for Parkinson's disease and other movement disorders. Curr. Opin. Neurol. 26 (4), 374-380 (2013).
  6. Della Flora, E., Perera, C. L., Cameron, A. L., Maddern, G. J. Deep brain stimulation for essential tremor: a systematic review. Mov. Disord. 25 (11), 1550-1559 (2010).
  7. Volkmann, J., Benecke, R. Deep brain stimulation for dystonia: patient selection and evaluation [Review]. Mov. Disord. 17 (3), 112-115 (2002).
  8. Hu, W., Stead, M. Deep brain stimulation for dystonia. Transl. Neurodegener. 21 (3(1)), (2014).
  9. Mentzel, C. L., Tenback, D. E., Tijssen, M. A., Visser-Vandewalle, V. E., van Harten, P. N. Efficacy and safety of deep brain stimulation in patients with medication-induced tardive dyskinesia and/or dystonia: a systematic review. J. Clin. Psychiatry. 73 (11), 1434-1438 (2012).
  10. Huys, D., et al. Management and outcome of pallidal deep brain stimulation in severe Huntington's disease. Fortschr. Neurol. Psychiatry. 81, 202-205 (2013).
  11. Hartmann, C. J., Groiss, S. J., Vesper, J., Schnitzler, A., Wojtecki, L. Brain Stimulation in Huntington’s disease. Neurodegener. Dis. Manag. , (2016).
  12. Morishita, T., Fayad, S. M., Higuchi, M. A., Nestor, K. A., Foote, K. D. Deep brain stimulation for treatment-resistant depression: systematic review of clinical outcomes. Neurotherapeutics. 11 (3), 475-484 (2014).
  13. Lakhan, S. E., Callaway, E. Deep brain stimulation for obsessive-compulsive disorder and treatment-resistant depression: systematic review. BMC Res. Notes. 4 (3), 60(2010).
  14. Luigjes, J., et al. Deep brain stimulation in addiction: a review of potential brain targets. Mol. Psychiatry. 17, 572-583 (2012).
  15. Hardenacke, K., et al. Deep brain stimulation as a tool for improving cognitive functioning in Alzheimer's dementia: a systematic review. Front. Psychiatry. 4 (159), (2013).
  16. Laxton, A. W., Stone, S., Lozano, A. M. The Neurosurgical Treatment of Alzheimer's Disease: A Review. Stereotact. Funct. Neurosurg. 92, 269-281 (2014).
  17. Schrock, L. E., et al. Tourette syndrome deep brain stimulation: A review and updated recommendations. Mov. Disord. 30 (4), 448-471 (2015).
  18. Schiff, N. D., et al. Behavioral improvements with thalamic stimulation after severe traumatic brain injury. Nature. 448, 600-603 (2007).
  19. Yamamoto, T., Katayama, Y. Deep brain stimulation therapy for the vegetative state. Neuropsychol. Rehabil. 15, 406-413 (2005).
  20. Yamamoto, T., Kobayashi, K., Kasai, M., Oshima, H., Fukaya, C., Katayama, Y. DBS therapy for the vegetative state and minimally conscious state. Acta Neurochir. Suppl. 93, 101-104 (2005).
  21. Lipsman, N., Giacobbe, P., Lozano, A. M. Deep brain stimulation in obsessive-compulsive disorder: neurocircuitry and clinical. Handb. Clin. Neurol. 116, 245-250 (2013).
  22. Mallet, L., et al. Stimulation of subterritories of the subthalamic nucleus reveals its role in the integration of the emotional and motor aspects of behavior. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104 (25), 10661-10666 (2007).
  23. Rotge, J. Y., et al. A challenging task for assessment of checking behaviors in obsessive-compulsive disorder. Acta Psychiatr. Scand. 117 (6), 465-473 (2008).
  24. Clair, A. H., et al. Excessive checking for non-anxiogenic stimuli in obsessive-compulsive disorder. Eur. Psychiatry. 28 (8), 507-513 (2013).
  25. Burbaud, P., et al. Neuronal activity correlated with checking behaviour in the subthalamic nucleus of patients with obsessive-compulsive disorder. Brain. 136, 304-317 (2013).
  26. Wojtecki, L., et al. Modulation of central thalamic oscillations during emotional-cognitive processing in chronic disorder of consciousness. Cortex. 60, 94-102 (2014).
  27. Menon, D. K., et al. Cortical processing in persistent vegetative state, Wolfson Brain Imaging Centre Team. Lancet. 352 (200), (1998).
  28. Monti, M. M., et al. Willful modulation of brain activity in disorders of consciousness. New. Engl. J. Med. 362, 579e589(2010).
  29. Owen, A. M., Coleman, M. R., Boly, M., Davis, M. H., Laureys, S., Pickard, J. D. Detecting awareness in the vegetative state. Science. 313, 1402(2006).
  30. Hirschmann, J., et al. A direct relationship between oscillatory subthalamic nucleus-cortex coupling and rest tremor in Parkinson's disease. Brain. 136, 3659-3670 (2013).
  31. Hirschmann, J., et al. Differential modulation of STN-cortical and cortico-muscular coherence by movement and levodopa in Parkinson's disease. Neuroimage. 68, 203-213 (2013).
  32. Okada, Y., Lähteenmäki, A., Xu, C. Experimental analysis of distortion of magnetoencephalography signals by the skull. Clin. Neurophysiol. 110, 230-238 (1999).
  33. Vaughan, T. M., McFarland, D. J., Schalk, G. The Wadsworth BCI Research and Development Program: at home with BCI. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 14, 229-233 (2006).
  34. Gross, J. Analytical methods and experimental approaches for electrophysiological studies of brain oscillations. J. Neurosci. Methods. 228, 57-66 (2014).
  35. Pivik, R. T., Broughton, R. J., Coppola, R., Davidson, R. J., Fox, N., Nuwer, M. R. Guidelines for the recording and quantitative analysis of electroencephalographic activity in research contexts. Psychophysiology. 30, 547-558 (1993).
  36. Mai, K. M., Assheuer, J. K., Paxinos, G. Atlas of the human brain (2nd edition). , Elsevier: Academic Press. (2004).
  37. Yelnik, J., et al. A three-dimensional, histological and deformable atlas of the human basal ganglia. I. Atlas construction based on immunohistochemical and MRI data. NeuroImage. 34, 618-638 (2007).
  38. Bardinet, E., et al. A three-dimensional histological atlas of the human basal ganglia. II. Atlas deformation strategy and evaluation in deep brain stimulation for Parkinson disease. J. Neurosurg. 110, 208-219 (2009).
  39. Maris, E., Oostenveld, R. Non-parametric statistical testing of EEG- and MEG-data. J. Neurosci. Methods. 164, 177-190 (2007).
  40. Halliday, D. M., Rosenberg, J. R., Amjad, A. M., Breeze, P., Conway, B. A., Farmer, S. F. A framework for the analysis of mixed time series/point process data-theory and application to the study of physiological tremor, single motor unit discharges and electromyograms. Prog. Biophys. Mol. Biol. 64, 237-278 (1995).
  41. Maris, E., Schoffelen, J. M., Fries, P. Nonparametric statistical testing of coherence differences. J. Neurosci. Methods. 163, 161-175 (2007).
  42. Nolte, G., Bai, O., Wheaton, L., Mari, Z., Vorbach, S., Hallet, M. Indentifying true brain interaction from EEG data using imaginary part of coherency. Clin. Neurophysiol. 115, 2292-2307 (2004).
  43. Ozkurt, T. E., Schnitzler, A. A critical note on the definition of phase-amplitude cross-frequency coupling. J. Neurosci. Methods. 201, 438-443 (2011).
  44. Schutter, D. J., Knyazev, G. G. Cross-frequency coupling of brain oscillations in studying motivation and emotion. Motiv. Emot. 36 (1), 46-54 (2012).
  45. Palva, J. M., Palva, S., Kaila, K. Phase synchrony among neuronal oscillations in the human cortex. J. Neurosci. 25 (15), 3962-3972 (2005).
  46. Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: open source software for advanced analysis of MEG, EEG, and invasive electrophysiological data. Comput. Intell. Neurosci. 156869, (2011).
  47. Beste, C., Mückschel, M., Elben, S., Hartmann, C. J., McIntyre, C. C., Saft, C., Vesper, J., Schnitzler, A., Wojtecki, L. Behavioral and neurophysiological evidence the enhancement of cognitive control under dorsal pallidal deep brain stimulation in Huntington’s disease. Brain. Struct. Funct. 220, 24441-24448 (2015).

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