Name: 딥 뇌 자극 수술을받은 깨어 인간 내부 수술 행동 작업 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-01-06T16:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 4 s
Description: 배우세요 딥 뇌 자극 수술 중 마이크로전극 기록을 이용한 깨어 있는 인간 뇌의 정보 인코딩 연구 방법입니다. 위험과 보상이 STN 신경 활동에 미치는 영향을 분석하여 인지 신경과학에 기여합니다.

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1. 제목 채용 동의 <ol><li> 그 / 그녀가 내부 수술 연구 (기관 검토에 정의된 기준을 충족하는 경우 시상 하부 핵 (STN) 내화물 파킨슨 질환에 대한 깊은 뇌 자극 (DBS)에 대한 임상 평가 및 동의에 따라 각 환자의 정보를 결정하기 위해 검토 위원회)는 매사 추세츠 종합 병원에서 프로토콜을 승인했습니다. </li><li> 그것은 피사체가 연구 기준을 충족 결정하는 경우, 연구 그룹의 의사 회원 (가 아닌 운영 외과)은 연구에 참여 가능성을 논의하기 위해 환자를 접근한다. </li><li> 연구에 참여에 대한 동의서 그런 다음 검토 및 주제 설명합니다. 중요한 것은 연구의 설명이 연구에 참여 자발적이고 어떤 시점에서 그 / 그녀가 참여에서 철수하는 옵션을 가지고 강조합니다. 또한, 그것은 다음에 참여하거나 연구에 철회들의 토론이 의료 그 / 그녀가 받게 될 것입니다에 아무런 영향을 미치지 않습니다 것을 강조합니다. </li><li> 그것은 피사체가 이해하고 연구에 참여하는 동의 결정하는 경우, 그 / 그녀는 승인 정보를 동의를 표적과 연구에 등록됩니다. </li></ol> 2. 행동 교육 및 릭 설정 <ol><li> 파킨슨 질환에 대한 DBS 수술의 일환으로, 과목은 수술을하기 전에 어느 날 병원에 입원하고 있습니다. 따라서, 이것은 행동 작업에 대한 주제를 훈련 기회를 제공합니다. 그것이 "학습 효과"confounds을 (토론 참조) 제거, 피사체가 작업을 수행하기 위해 배우와 규칙을 편안하게 개발할 수있는 동안 기간을 제공하는 본 교육은 필수적입니다. </li><li> 휴대용 행동 장비는 수술을하기 전에 밤 주제의 병원 객실로 이동합니다. </li><li> 이 장비는 피사체가 내부 수술 연구의 하루에 수행하는 데 필요한 동일한 행동 과제를 갖추고 있습니다. <ol><li> 이 예제에서는 제목은 "전쟁"의 게임과 비슷한 카드 게임을하도록 요청합니다. 이 게임에서는, 주제는 자신의 카드가 컴퓨터의보다 높은 여부로 (중 20달러 또는 $ 5) 베팅해야합니다. 이 작업의 목적은 분석에 STN에의 연결을 인코딩에 대한 보상 및 위험의 역할입니다. 제목을 incentivize하기 위하여 그들은 그들이 그들의 승리 비율을 지급됩니다 그렇게 말했 있습니다. </li><li> 잠재적인 조합 (그리고 결과 confounds)을 줄이는 수단으로, 하나의 소송만이 짝수 카드 (예 : 2, 4, 6, 8, 스페이드 10) 사용됩니다. 따라서, 작업의 잠재력 결과와 기대는 쉽게 계산하고 분석할 수 있습니다. </li><li> 각 재판에서, 주제는 먼저 자신의 임의로 처리 카드, 미지의 컴퓨터의 카드 뒷면을 묘사한 화면을 봅니다. 화면은 다음 두 $ 5와 $ 20, 옵션을 내기 보여줍니다. 그 / 그녀의 카드의 상대적인 강도에 따라 피사체가 화면이 그 / 그녀의 카드와 공개 컴퓨터의 카드를 보여주 후 버튼을 눌러와 내기를 나타냅니다. 최종 화면이 명시적으로 는데요 금액을 묘사. </li></ol></li><li> 주제들은 완전히 게임의 규칙을 이해하고 편안한 수준에서 수행할 때까지 게임을 허용합니다. </li></ol> 3. 인트라 수술 - 실험 설정 <ol><li> 일단 제목이 수술 테이블에 위치하고 있으며, 행동​​, 데이터 수집 및 신호 처리 장비를 포함한 장비가 수술실로 데려입니다. 릭 위치는 고려 정상적인 작업 흐름과 수술실 설정에 관한 불임 문제를 고려합니다. </li><li> 이러한 rigs의 구성 요소가 조립하고 각 레코딩 세션에 대해 해체 있으므로, 그것은 모든 장비의 연결을 확인하는 것이 매우 중요합니다. 각 구성 요소가 데이터 수집 시스템에 연결되어로 따라서, 하나는 데이터의 무결성을 검사해야합니다. 이러한 절차는 중요 녹화 시간 동안 이러한 문제를 해결하는 데 방지하기 위해 조기 수술이 이루어져야합니다. <ol><li> 첫째, 인수 및 신호 처리 장비를 부팅하십시오. 수집 장비의 입력에 신호 처리 장비의 출력을 연결합니다. 본 연구의 경우, 우리는 수술하는 동안 대상의 두뇌에 고급 것입니다 세 파라 sagittally 중심 전극에 대응하는 세 엑스트라 세포 액션 잠재력 채널을 습득합니다. 수집 시스템은 신호를 인수하도록 한 번에 증폭기의 하나를 켭니다. </li><li> 적절한 어댑터를 사용하여 편안하게 볼 수있는 위치에 또는 테이블에 모니터를 고정합니다. </li><li> 입력 장치 (조이스틱 버튼 상자, 키패드 등) 고용 경우, 녹음이 얻을 수있는 두뇌의 측면에 상대적 laterality에주​​의를 기울이고,이 장치를 위치. 제목의 손을 편안하게 입력 장치를 작동 위치 있는지 확인하십시오. S로 마취를 요청해보십시오장치의 올바른 작동을 보장하기 위해 반면에 펄스 산소 모니터를 ecure. 이 작업에서 우리는 단추 상자를 사용합니다. </li><li> 행동 시스템을 부팅하고 행동 이벤트 마커가 수집 장비에 의해 캡처되고 있는지 확인합니다. </li><li> 행동 작업을 시작하고 피사체가 작업의 몇 가지 실험을 재생할 수 있습니다. 이 시간 동안 수집 시스템이 버튼을 상자에 입력하고 행동 장비에 의해 생성되는 행동 마커를 캡처되었는지 확인합니다. </li><li> 모든 연결이 작동하는 경우, 행동 작업 및 수집 장비를 중지합니다. </li></ol></li></ol> 4. 시상 하부 핵의 뉴런의 분리 <ol><li> 수술의 목적은 만성 DBS는 STN의 모터 지역으로 이어지는 곳으로하고 있습니다. 이 배치는 stereotactic 이미징 및 neuophysiological 녹음의 결합을 통해 이루어진다. </li><li> stereotactic 계획과 수술 자체의 내용은 물론 기관에 걸쳐 다양하지만 일반적인 과정은 비슷합니다. 우리 기관에서, 코스먼 - 로버츠 - 웰스 stereotactic 프레임과 fiducial 케이지가 적용 머리 CT 촬영이 얻어진다. fiducials와 중부 표준시는 이전에 얻은 체적 두뇌 신경 네비게이션 시스템에서 MRI (; 또는 BrainLab VectorVision, Feldkirchen, 독일 StealthStation, Medtronics, 미네 아 폴리스, MN)와 병합됩니다. 대상 뇌 영역의 좌표는 (이 경우에는 STN) 프레임 기반의 좌표로 변환됩니다. 수술실에서 환자는 반 reclined 위치에 편안하게 위치하고, 준비 및 표준 수술 기법을 사용 draped 있습니다. 왼쪽 STN의 좌표는 환자에 위치하는 프레임으로 프로그램입니다. 피부는 베인 및 철회합니다. 버 구멍이 배치하고, 작은 듀럴 자리가 만들어집니다. microdrive에 연결된 캐뉼러 위치로 데려와 캐뉼러의 끝 타겟 위 25mm까지 고급 있습니다. </li><li> 캐뉼러이 두뇌에 고급되면, 내부 stylets이 제거되고 높은 임피던스 (0.3-1 메가 옴)로 변경이됩니다 microelectrodes (FHC, 보든, ME). 신호 처리 장비의 사전 증폭기는 각 전극에 연결되고 차동 레퍼런스 채널 바깥 정맥에 연결되어 있습니다. </li><li> 신호 처리 장비에 앰프가 켜져 있으며 추가 - 세포 신호가 평가됩니다. 또한, 각 전극에 대한 임피던스는 두뇌에 더 발전하기 전에 검사합니다. </li><li> 두뇌에 천천히 의사는 진보 전극을 (0.05-0.4 mm 단계). 전극은 STN으로 계산 대상에서 25mm를 시작 고급 있습니다. 꼬리가있는 핵, 시상, 조나 inserta를 통해 마지막으로 STN에 통과 전극이 궤도가 발생합니다. </li><li> 전극은 STN를 입력하면, 생리학은의 연결 신호 응답 모터 여부를 설정하는 수단으로 환자의 contralateral 팔다리를 조작합니다. 외과 의사와 실험자이 전극 '위치에 만족하는 경우, 행동 작업이 시작할 수 있습니다. </li></ol> 5. 데이터 수집 <ol><li> 행동 작업을 시작하기 전에, 그것은 microelectrodes의 깊이와 격리 신경 세포 (S)의 모터 응답을 문서화하는 것이 중요합니다. </li><li> 주제는 다음 작업이 시작됩니다 지시합니다. 버튼 상자가 여전히 편안하게 위치하고 모니터 완전히 볼 수있다는 것을 확인하십시오. </li><li> 데이터 수집을 시작하고 행동 작업을 시작하기 전에 적어도 1 분 기본 활동을 습득. </li><li> 피사체가 작업을 수행으로 그것은 캡처된 데이터를 모니터하는 것이 중요합니다. 인수의 중단과 함께, 작업을 중단하고 문제가 정류되어야합니다. </li><li> 현재 연구에서, 대상은 각 STN 깊이 120 재판을 수행하도록 요청합니다. </li><li> 작업은 STN의 각 깊이에 대해 여러 번 수행할 수 있지만 제한이 내부 수술 연구 (토론에서 추가 설명)의 기간에 있습니다. 우리는 환자의 불편과 수술의 부당한 연장을 방지하기 위해 30 분 실험 녹화 시간을 제한하고 있습니다. 또한, 주제는 행동 작업이 중지되고 수술 다시 시작되는 경우에는 언제든지 추가로 녹음을 거부할 수있는 기회가 있습니다. </li><li> 연구가 완료되면, 데이터가 백업된 이후 분석을 위해 보관됩니다. </li></ol> 6. 데이터 분석 <ol><li> 첫째,의 연결 신호는 상용 소프트웨어를 사용하여 개별 스파이크 타임 스탬프로 차별하고 있습니다. </li><li> 행동 작업 코드는 다음 해석되며,의 연결 활동 시간 기록은 Matlab의 스크립트 코드를 사용하여 정렬됩니다. </li></ol> 대표 결과 : 그림 1은 위에서 설명한 전쟁 게임 중에 기록된 하나의 STN 신경 세포의 대표 결과를 묘사. t조합 패널은 작업 네 개의 behaviorally 관련 epochs 중심 rasters를 묘사 : 전에 각각의 재판을 고정 기간, 대상의 카드의 프레 젠 테이션은 제목을 나타내는 버튼을 눌러 내기 및 컴퓨터의 카드의 프리젠 테이션. 하단 패널은 페리 - 자극 시간 histograms (PSTHs) (50 석사 용기) binned을 나타냅니다. 이 신경 세포는 주제의 카드를 제시 견고하게 응답하지 않지만, 그 해고는 버튼을 누르면 주변에 상당히 증가합니다. 컴퓨터의 카드가 포인트 발사는 기본 수준으로 감소되는, 발표 때까지이 활동은 지속. <img src="/files/ftp_upload/2156/2156fig1.jpg" alt="그림 1" data-altupdatedat="1787634011000" data-alt="그림 1"> 그림 1. 대표 STN 신경 세포. Rasters (상단 패널)와 페리 - 자극 시간 histograms (PSTHs)는 대표적인 단일 STN 신경 세포에 대한 그려져 아르 behaviorally 관련 epochs를 중심으로. 이 신경 세포의 해고는 피사체가 베팅의 표시 버튼을 누르면 당시 주위에 크게 증가한다.

<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>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

깊은 뇌 자극 수술은 인간의 두뇌에 개별 뉴런의 활동을 검토하는 귀중한 기회를 제공합니다. 이 기회를 날짜하려면 다른 깊은 핵의 활동을 특징 짓는 여러 가지 설명이 연구를 허용하고 있습니다. 최근 내부 수술 작업 행동과 인식의 다양한 측면을 해결하기 위해 점점 더 정교 해지고 있습니다. 현재 프로토콜의 목적은 성공적인 내부 수술 행동 작업 구현을위한 가이드를 제공하는 것입니다. 작업과 연구의 목적 목표는 물론 수술 대상 핵에 따라 달라집니다. DBS 수술을위한 응용 프로그램과 대상의 증가 correspondingly 다양한 증가 감안할 때, 우리는 개별 뉴런의 수준에서 인간의 두뇌 기능을 공부 급성장 기회를 기대하고 있습니다. 인트라 수술 연구를 구현할 때 고려해야 할 요소와 중요한 단계는 여러 가지가 있습니다. 제일 중요 한건, 이러한 연구에 상당한 시간 제한이있다, 이것은 각 과목에 대해 수집 수있는 행동 실험의 제한된 수의 결과. 따라서 작업을 디자인할 때, 하나는 신중...

*이 상품 비교 장비 또는 소프트웨어에 의해 대체할 수 있다고 나타냅니다; ** 그 대신 국가 인스 트루먼 트의 구성 요소 (참조 사용할 수 있습니다 나타냅니다 <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> 호환성을 위해); *** 참조 <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> 특정 요구 Matlab의 toolboxs하십시오.

딥 뇌 자극 수술을받은 깨어 인간 내부 수술 행동 작업

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

깊은 뇌 자극 (DBS)은 이식 전극을 통해 두뇌의 특정 목표에 만성, 고주파 전기 자극을 이끌고 수술입니다. 깊은 두뇌 자극 처음 Benabid 외 의해 치료 양상으로 구현되었습니다. 1980 년대 말에, 그가 진동 1의 치료에 대한 시상의 복부 중간 핵을 자극하기 위해이 기술을 사용할 때. 현재 프로 시저 같은 파킨슨병, dystonia, 그리고 필수적인 떨림과 같은 질병에 대한 의료 관리에 적절하게 대응하지 못할 환자를 치료하는 데 사용됩니다. 파킨슨병의 치료에 대해이 절차의 효능은 잘 구동, 무작위 통제 실험 2에서 증명되었습니다. 현재, 미국 식품 의약청 의학 내화물 필수 떨림, 파킨슨병, 그리고 dystonia 환자에 대한 치료로 DBS을 승인했습니다. 또한, DBS는 현재와 같은 강박 장애, 주요 우울증 장애 및 간질과 같은 다른 정신 및 신경 장애의 치료를위한 평가되고 있습니다. DBS은 삶의 질을 개선하여 사람들을 돕기 위해 표시되지 않은, 그것은 또한 인간의 두뇌를 연구하고 이해하는 독특한 기회 연구자를 제공합니다. Microelectrode 레코딩은 일상적으로 해부 학적 타겟팅의 정밀도를 향상시키기 위해 DBS 수술하는 동안 수행됩니다. 피사체가 행동 작업을 수행하는 동안 개별 뉴런의 발사 패턴 따라서 기록하실 수 있습니다. 설명 해고 버스트 속도를 포함한 부분, 그리고 주파수 변조 3 초점을 맞춘 이러한 데이터를 사용하여 초기 연구. 최근 연구는 4,5의 연결 활동과 관련하여 행동의 인지적 측면에 초점을 맞추고있다. 이 문서는 행동 작업을 수행하고 DBS 케이스 기간 동안 깨어있는 환자의 연결 데이터를 기록하는 데 사용되는 내부 수술 방법에 대한 설명을 제공합니다. electrophysiological 데이터를 수집하는 과정 우리의 박람회는 현재 범위와 내부 수술 인간 실험의 한계를 밝게합니다.

깊은 뇌 자극 수술은 깨어있는 인간의 두뇌에 정보를 인코딩을 검사하는 독특한 기회를 제공합니다. 이 문서는 동시에 같은 EMG, 단일 유닛의 연결 활동 및 / 또는 지역 필드 잠재력으로 생리 데이터를 수집하면서인지 및 행동 작업을 수행하는 데 사용되는 내부 수술 방법을 설명합니다.

뇌심부자극술(Deep brain stimulation, DBS)은 뇌의 특정 표적 부위에 만성적인 고주파 전기 자극을 전달하는 외과적 수술 절차로, ...

심부 뇌 자극술은 행동 과제를 수행하는 피험자로부터 미세 전극 기록을 통해 깨어 있는 인간 뇌의 정보 처리와 코딩을 조사할 수 있는 기회를 제공합니다. 본 사례에서는 피험자가 먼저 위험과 보상이 포함된 간단한 컴퓨터 카드 게임을 하도록 훈련을 받습니다. 그 후 피험자는 심부 뇌 자극 수술 준비를 거치며, 뇌의 표적 영역에 미세 전극이 삽입됩니다.본 사례에서는 피험자가 카드 게임을 반복하는 동안 STN 신경 신호를 기록합니다. 수집된 데이터는 STN의 신경 인코딩에서 위험과 보상의 역할을 보여줍니다.실험의 목표는 수술 대상이 되는 뇌핵에 따라 달라질 수 있습니다. 초기에는 DVS가 주로 본태성 진전, 파킨슨병, 근긴장이상증과 같은 운동 장애 치료에 사용되었습니다. 최근에는 우울증 및 강박 장애의 치료법 연구를 위해 사용되고 있습니다.이 작업은 운동 및 보상 의존적 구성 요소를 모두 포함하고 있으며, 우리는 뇌의 운동 시스템과 변연계의 접점에 위치한 시상하핵에서 이를 기록했습니다. 이 환자는 62세 여성분이며, 매우 친절하신 분입니다.이 환자는 약 10년 동안 파킨슨병을 앓아왔습니다. 떨림, 경직, 서동증과 같은 파킨슨병의 전형적인 증상들을 보이고 있습니다. 초기에는 약물 치료에 좋은 반응을 보였는데, 이는 실제 파킨슨병임을 시사하는 긍정적인 징후입니다.하지만 많은 사례에서 그렇듯이, 시간이 흐름에 따라 약물의 효과가 떨어지게 됩니다. 기본적으로 환자들의 상태가 취약해져서, 약 복용을 중단하면 파킨슨병의 매우 심각한 증상이 나타납니다. 떨림이 발생하고, 근육이 경직되며, 움직임이 느려집니다.그리고 환자가 약물을 복용하면, 과도하게 움직이게 되는 디스키네지아(dyskinesia)라는 다른 종류의 운동 장애가 발생하며, 더 이상 적절한 중간 지점이 존재하지 않게 됩니다. 바로 이때가 수술이 유용한 중재 방법이 되는 시점인데, 수술을 통해 이러한 심각한 온-오프 변동(on off fluctuations)을 실제로 제거하고 환자의 상태를 안정적으로 유지할 수 있기 때문입니다. 기본적으로 환자들은 약물을 복용했을 때 얻을 수 있는 최선의 상태를 유지하게 됩니다.이것이 수술의 목적입니다. 그리고 수술 자체에서는 잠재적으로 공략 가능한 뇌의 두 부위를 대상으로 하는데, 그중 하나는 시상하핵이라고 불리는 부위입니다.오늘 우리가 수행한 내용은 여기까지입니다. 그리고 그중 하나는 globus palus internist라고 불리며, 두 가지 모두 대략 비슷하게 효과적입니다.우리는 여러 가지 방법을 조합하여 이를 타겟팅합니다. CT와 MRI를 사용하여 입체정위적으로 타겟팅하며, 미세 전극 기록을 통해 생리학적 특성을 이용하여 타겟팅합니다.그리고 이러한 과정은 매우 중요한데, 매우 높은 공간 해상도로 핵의 경계와 상하 경계를 알려주기 때문입니다. 또한 이를 통해 우리가 핵의 운동 영역에 위치해 있는지 확인합니다. 마지막으로 영구 전극을 삽입했을 때, 다시 한번 자극을 주어 정확한 위치에 있는지 확인합니다. 즉, 환자를 치료하기 위해 이 모든 과정을 기본적으로 수행하게 됩니다.어차피 미세 전극 기록을 수행하고 있으므로, 미세 전극이 삽입되어 있는 동안 이 기회를 활용할 수 있습니다. 이는 다른 방법으로는 절대 불가능한, 인간 뇌의 신경 세포 활동을 연구할 수 있는 드문 기회입니다. 따라서 어차피 기록을 수행하고 전극이 삽입되어 있는 상태이므로, 추가로 20~30분 정도 시간을 들여 우리가 관심 있는 실험들을 진행하는 것입니다.이러한 실험들은 일반적으로 운동 제어, 의사 결정, 학습 또는 동기 부여와 같은 주제들을 다룹니다. 그리고 거의 모든 실험에서 비디오 화면과 함께, 피험자가 조이스틱을 움직이거나 버튼을 누르는 것과 같은 간단한 과제를 수행하게 됩니다. DBS 수술 중에는 미세 전극 기록이 일상적으로 수행되는데, 이는 연구자가 피험자가 행동 과제를 수행하는 동안 개별 뉴런의 발화 패턴을 기록할 수 있는 독특한 기회를 제공합니다.파킨슨병 치료를 위한 DBS 수술의 일환으로, 환자들은 수술 하루 전에 입원합니다. 이는 수술 전 환자가 행동 과제를 연습할 수 있는 기회를 제공합니다. 이러한 기회는 행동 과제가 인지적으로 까다로운 경우 매우 유용하다는 것이 입증되었습니다.수술 당일, 피험자가 수술 전날 밤에 훈련을 받은 경우를 대비하여 이동식 행동 실험 장치를 설치합니다. 이 장치에는 피험자가 수술 중에 수행해야 하는 것과 정확히 동일한 행동 과제가 설정되어 있습니다. 본 예시에서는 피험자가 'War' 게임과 유사한 카드 게임을 수행하도록 요청받습니다. 게임에서 피험자는 자신의 카드가 컴퓨터의 카드보다 높을지 여부에 대해 20 또는 5를 배팅합니다.본 작업의 목적은 잠재적 조합과 그로 인한 교란 변수를 줄이기 위해, 안구 핵의 신경 인코딩에서 보상과 위험의 역할을 평가하는 것입니다. 각 시행에서는 단일 문양의 짝수 카드만 사용됩니다. 피험자는 먼저 무작위로 배정된 자신의 카드와 알 수 없는 컴퓨터 카드의 뒷면이 표시된 화면을 봅니다.그 후 화면에는 피험자 카드의 상대적 강도에 따라 5와 20이라는 두 가지 베팅 옵션이 표시됩니다. 피험자가 버튼을 눌러 베팅 금액을 선택하면, 화면에 피험자의 카드와 공개된 컴퓨터의 카드가 나타납니다. 마지막 화면에는 획득하거나 잃은 금액이 명시적으로 표시됩니다.피험자는 규칙을 완전히 이해하고 편안한 수준으로 수행할 수 있을 때까지 게임을 플레이합니다. 이제 훈련 다음 날의 수술 중 실험 설정을 살펴보겠습니다. 피험자가 수술대에 위치하면, 행동 데이터 수집 및 신호 처리 장비가 포함된 리그를 수술실로 가져옵니다.장치 배치는 수술실 환경과 관련된 일반적인 작업 흐름 및 멸균 문제를 고려하여 이루어져야 합니다. 각 기록 세션마다 이러한 장치의 구성 요소를 조립하고 분해하므로, 모든 장비 연결 상태를 확인하는 것이 매우 중요합니다. 따라서 각 구성 요소를 데이터 획득 시스템에 연결할 때, 먼저 데이터 부팅, 획득 및 신호 처리 장비의 무결성을 확인하십시오.신호 처리 장치의 출력을 데이터 수집 장치의 입력단에 연결하십시오. 본 연구에서는 수술 중 피험자의 뇌로 삽입된 3개의 병렬 방향 전극에 대응하는 3개의 세포 외 활동 전위 채널을 수집합니다. 앰프를 하나씩 켜서 수집 시스템이 신호를 제대로 수집하고 있는지 확인하십시오.적절한 어댑터를 사용하여 모니터를 보기 편한 위치의 수술대(OR table)에 고정하십시오. 피험자의 손이 과제 수행 중에 사용할 입력 장치를 조작하기 편한 위치에 있는지 확인하십시오. 이제 행동 분석 시스템을 부팅하고, 행동 이벤트 마커가 데이터 수집 장치에 의해 캡처되고 있는지 확인하십시오.행동 과제를 시작하고 이 시간 동안 피험자가 과제의 시도(trial)를 몇 차례 수행하도록 합니다. 실험 설정 및 준비가 완료된 상태에서 획득 시스템이 버튼 박스 입력과 행동 장치에서 생성된 행동 마커를 정확히 캡처하고 있는지 확인하십시오. 이제 STN 뉴런을 외과적으로 분리하는 과정을 살펴보겠습니다.수술의 목적은 STN의 운동 영역에 만성 DBS 리드를 배치하는 것입니다. 위치 결정은 Mass General Hospital에서 정위 영상 촬영과 신경생리학적 기록을 결합하여 이루어집니다. Cosman Roberts Wells 정위 프레임과 피듀셜 케이지를 장착한 후 머리 CT 스캔을 수행합니다.기준 표식(fiducials)이 포함된 CT를 신경 항법 시스템에서 이전에 획득한 뇌 volumetric MRI와 병합합니다. 수술실에서 환자는 반쯤 누운 자세로 편안하게 위치시키며, 표준 수술 기법에 따라 소독 및 드레이핑을 수행합니다. 왼쪽 STN의 좌표를 프레임에 입력한 후, 해당 프레임을 환자에게 장착합니다.외과 의사가 피부를 절개하고 견인합니다. 천공을 낸 후 경막에 작은 개구부를 만듭니다. 마이크로 드라이브에 연결된 캐뉼라를 위치시키고, 캐뉼라 끝이 목표 지점 25 millimeters 위에 올 때까지 진입시킵니다.캐뉼라를 뇌 내부로 진입시킨 후, 내부 스타일을 제거하고 고임피던스 미세 전극으로 교체합니다. 신호 처리 장치와 전치 증폭기를 각 전극에 연결하고, 차동 참조 채널을 외부 캐뉼라에 연결합니다. 신호 처리 장치에서 증폭기를 켜고 세포 외 신호를 평가합니다.또한, 전극을 뇌 속으로 더 진입시키기 전에 각 전극의 임피던스를 확인합니다. 모든 확인이 완료되면, 외과의는 전극을 0.05에서 0.4 mm 간격으로 천천히 뇌 속으로 진입시킵니다. 전극은 계산된 목표 지점에서 25 mm 떨어진 곳부터 S St N을 향해 진입합니다. 이 궤적을 통해 전극은 CAU eight nucleus, 시상, zona Serta를 거쳐 최종적으로 SDN에 도달하게 됩니다.전극이 SDN에 진입하면, 생리학자는 신경 신호가 운동 반응성을 보이는지 확인하기 위해 환자의 반대측 사지를 조작합니다. 외과의와 실험자가 전극의 위치에 만족하면 행동 과제를 시작할 수 있습니다. 행동 과제를 시작하기 전, 마이크로 전극의 깊이와 분리된 뉴런의 운동 반응성을 기록하는 것이 중요합니다.다음으로, 피험자에게 과제가 시작될 것임을 안내하십시오. 버튼 상자가 여전히 편안한 위치에 있고 모니터가 완전히 보이는지 확인하십시오. 데이터 수집을 시작하고, 행동 과제를 시작하기 전 최소 1분 동안 기저 활동 데이터를 수집하십시오.피험자가 과제를 수행하는 동안 캡처된 데이터를 모니터링하는 것이 중요합니다. 데이터 수집에 중단이 발생하면 과제를 중단하고 문제를 해결해야 합니다. 각 깊이별로 과제를 여러 번 반복하여 수행할 수 있습니다.하지만 STN의 경우, 환자의 불편함을 방지하고 수술 시간이 과도하게 길어지는 것을 막기 위해 실험적 기록은 30분으로 제한됩니다. 이제 시작하겠습니다. 전구를 쥐고 손을 폈다 쥐었다 해보시겠어요?좋습니다. 오른발을 돌려보세요. 저를 따라 하세요. 저는 타피오카 푸딩을 좋아합니다.저는 캔자스주 토피카행 기차를 탔습니다. 여기에는 워 게임(war game) 동안 기록된 단일 STN 뉴런의 대표적인 결과가 제시되어 있습니다. RA는 과제 내에서 행동적으로 관련이 있는 네 가지 시점, 즉 피험자의 카드가 제시되기 전의 고정 기간, 피험자의 베팅을 나타내는 버튼 누르기, 그리고 여기에서는 자극 시점 히스토그램으로 표시된 컴퓨터 카드의 제시 시점을 중심으로 묘사되었습니다.이 뉴런은 피험자의 카드가 제시될 때는 강력하게 반응하지 않으나, 버튼을 누르는 시점 전후로 발화가 유의미하게 증가합니다. 이러한 활동은 컴퓨터의 카드가 공개될 때까지 지속되며, 그 시점에서 발화는 기저 수준으로 감소합니다. 이 기술은 뇌 내 개별 뉴런의 반응을 측정합니다.또한 이는 기능적 자기공명영상(fMRI)이나 뇌자도(MEG)와 같이 집단 반응을 측정하는 다른 신경 활동 측정법과 결합될 수 있습니다. 이 기술을 숙달하면 수술실에서 25분 이내에 설정 및 구현이 가능합니다. 수술실 내에서 사람을 대상으로 연구를 진행하는 것은 멸균 유지 시간과 무엇보다 중요한 환자의 안녕을 포함하여 여러 가지 제약 사항이 따릅니다.따라서 연구의 모든 단계에서 이러한 점들을 유념하시기 바랍니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Medicine

의학

출처: Selvakumar, T., et al., 전시상핵의 심부 뇌 자극 후 쥐 해마의 유전자 발현 변화 분석. J. vis. 경험. (2015년)이 비디오는 쥐의 뇌에 전극을 이식하여 신경 활동을 조절하고 해마와의 의사소통을 강화하여 신경 생존 및 신경 발생을 지원하는 심부 뇌 자극(DBS)을 적용하는 절차를 보여줍니다.

쥐 모델에서 해마 신경 활동에 대한 심부 뇌 자극의 효과

이 비디오는 주의력 기반 시각 자극 테스트 중에 뇌파검사(EEG) 및 뇌심부 자극(DBS) 전극을 사용하여 피질 및 피질하 신경 활동을 기록하는 과정을 보여줍니다.

전극 시스템을 사용하여 피질 및 피질하 신경 활동을 기록하다

이 프로토콜은 설치류에서 동시에 기능성 자기 공명 영상과 깊은 두뇌 자극을위한 표준 방법을 설명합니다. 이러한 실험 도구를 함께 사용은 거의 모든 뇌 대상에 전기 자극에 대한 응답으로 글로벌 다운 스트림 활동의 탐사 할 수 있습니다.

설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

두개의 전극 이식 환자는 환자가 행동 작업을 수행하는 동안 뇌의 여러 영역에서 신경 학적 데이터를 기록 할 수있는 독특한 기회를 제공한다. 여기서, 우리는이 환자 집단에 대한 액세스, 다른 기관에서 재현 할 수 이식 환자에서의 기록 방법을 제시한다.

두개 내 전극 피사체에 행동 작업 수행

뇌심부자극술(DBS) 수술의 치료 효과의 기저에 있는 메커니즘에 대한 조사가 필요합니다. 본 원고에 제시된 방법은 DBS 수술 후 신경발생을 촉진할 수 있는 후보 유전자의 유전자 발현 프로파일을 분석하여 DBS에 의해 유발되는 세포 이벤트를 조사하는 실험적 접근 방식을 설명합니다.

전방 시상 핵의 깊은 뇌 자극 후 쥐 해마의 유전자 발현 변화 분석

정위 뇌파 (SEEG)은 발작 초점을 현지화하기 위해 간질 수술에 사용되는 수술 방법이다. 또한 뇌 기능을 연구 할 수있는 독특한 기회를 제공한다. 여기에서 우리는 SEEG 인간을 대상으로인지 과정을 조사하는 데 사용할 수있는 방법에 대해 설명합니다.

정위 뇌파를 사용하여 깊은 피질의 기능 및 피질 하 구조 조사 : 전방에 cingulate 피질 수업

이 기사는 IV 메스암페타민 의존성 치료를 위해 약물 사용 환경과 시간적, 공간적으로 분리된 두개내 전기 자극의 전달에 대해 설명합니다.

정맥 필로폰 자기 관리에 깊은 뇌 자극의 효과를 평가하기위한 일반적인 방법

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.

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

이 문서는 개별 신경 외과 환자에서 중요한 인지 기능을 지원하는 뇌영역을 식별하도록 설계된 다중 모달 뇌 매핑 프로그램의 개요를 제공합니다.

로체스터 대학 의료 센터의 번역 뇌 매핑: 개인화된 뇌 매핑을 통해 마음 보존

우리는 생체 내 FDG-PET를 이용한 급성 심부 뇌 자극에 의해 유도 된 대사 신경 조절을 평가하는 전임상 실험 방법을 설명합니다. 이 원고에는 정위 수술에서 자극 치료의 적용, PET 이미지의 획득, 처리 및 분석에 이르기까지 모든 실험 단계가 포함되어 있습니다.

생체 내 쥐의 심부 뇌 자극에 의해 유도 된 활동 패턴을 밝히기위한 양전자 방출 단층 촬영

배우세요 딥 뇌 자극 수술 중 마이크로전극 기록을 이용한 깨어 있는 인간 뇌의 정보 인코딩 연구 방법입니다. 위험과 보상이 STN 신경 활동에 미치는 영향을 분석하여 인지 신경과학에 기여합니다.

딥 뇌 자극 수술을받은 깨어 인간 내부 수술 행동 작업

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