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

본 절차의 전반적인 목표는 심부 및 표면 신경원으로부터의 동시 기록을 통해 상호 작용하는 뇌 구조의 인지 및 정서 기능을 평가하는 것입니다. 이 방법은 인간 신경생리학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어, 뇌 활동 패턴과 뇌 기능 사이의 관계, 특히 접근이 매우 어려운 심부 뇌 영역과 관련된 관계 등을 밝힐 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 뇌심부 자극술(deep brain stimulation)을 받는 환자의 프레임워크를 사용하여 인지 및 정서 과제 수행 중 인간의 피질 및 피질하 구조에 대한 실시간 정보를 추출할 수 있다는 점입니다. 본 섹션의 기록 단계에서는 플랭커 과제(flanker task)를 수행하는 운동 장애 환자에 집중합니다. 그러나 다음 섹션의 분석 단계에서는 인지 및 정서적 언어 패러다임을 듣는 만성 의식 장애 환자에 집중합니다.

먼저 테스트 룸에 뇌전도(electroencephalography) 또는 EEG 장비를 설치합니다. 기록용 컴퓨터를 EEG 시스템에 연결하고 EEG 기록 소프트웨어를 실행합니다. 파일(File)을 클릭한 다음 새 작업 영역(New Workspace)을 선택하여, 샘플링 주파수를 5 kHz로 설정하고, 저역 차단 및 고역 차단 주파수, 국제 10-20 시스템에 따른 EEG 채널, 그리고 국소 전위(local field potential) 또는 LFP 채널을 지정하여 EEG 기록 소프트웨어의 작업 영역을 정의합니다.

Monitor를 클릭하여 지정된 채널이 기록을 위해 설정되었는지 확인하십시오. 다음으로, 자극 컴퓨터를 설정하고 EEG 시스템의 병렬 포트 연결 상태를 점검하십시오. 자극 소프트웨어를 실행하십시오.

컴퓨터 모니터에서 패러다임의 기능이 제대로 작동하는지 확인하려면 Run을 클릭하십시오. 자극 제시 중 및 피험자의 반응 중에 EEG 기록 소프트웨어에서 트리거가 나타나는지 확인함으로써, 자극 컴퓨터의 트리거가 기록 시스템으로 전송되는지 확인하십시오. 피부 마커 펜을 사용하여 나시온(nasion)과 이니온(inion)의 중간 지점을 환자 머리의 정점으로 표시하십시오.

그 다음, 10-20 시스템에 따라 선택한 EEG 전극 위치를 표시합니다. 선택된 각 부위를 이소프로필 알코올 패드와 연마 페이스트로 세척합니다. 그런 다음, EEG 표면 전극을 두피에 부착합니다.

또는 공간 제약에 따라 다채널 EEG 넷을 사용할 수 있습니다. 표면 뇌 활동을 평가하는 또 다른 고급 방법으로는 자기뇌파측정법(MEG)을 사용할 수 있습니다. 뇌심부자극술(DBS) 전극의 경피적 연장 케이블을 외부 케이블 커넥터에 연결하십시오.

EEG 기록 설정에 따라 외부 케이블 커넥터에서 제공되는 각 전극을 EEG 제어 박스에 연결하십시오. EEG 두피 전극을 EEG 제어 박스에 연결하십시오. 다음으로, 환자에게 flanker 과제에 대한 지침을 제공하십시오.

환자가 편안한 상태인지 확인하고, 불편함이 느껴지면 언제든지 실험을 중단하도록 안내하십시오. 자극 소프트웨어의 Run을 클릭하여 환자가 모니터에서 패러다임을 볼 수 있게 합니다. 환자가 과제에 익숙해질 때까지 교육 세션을 수행하십시오.

마지막으로, 환자가 flanker 과제를 수행하는 동안 피질하 LFP와 피질 EEG 뇌 활동의 동시 기록을 시작하십시오. 먼저 EEG 분석 소프트웨어를 엽니다. 'New'를 클릭하고 폴더 경로와 데이터 이름을 지정하여 정서 인지 언어 패러다임에서 기록된 데이터를 시각화합니다.

관심 채널을 선택하려면 편집 채널(Edit Channels)을 클릭하십시오. 그런 다음 채널 전처리(Channel Preprocessing)를 클릭하고 새 참조(New Reference)를 클릭하여 인접한 DBS 접점을 재참조하면, 좌우 뇌 반구에 대한 가상 쌍극자 컨텍스트가 생성됩니다. 원시 데이터 검사(Raw Data Inspection)를 클릭하여 운동 지터링 및 장비 간섭에 중점을 두고 생리학적 및 장비 관련 아티팩트가 있는지 데이터를 스크리닝하십시오.

아티팩트가 존재하는 구간을 표시하십시오. 그다음 Data Filtering을 클릭하고 IIR Filters를 선택하여 노치 필터를 지정하고, 저역 및 고역 차단 파라미터를 지정하여 Butterworth zero phase 필터를 선택하십시오. Change Sampling Rate를 클릭하여 기록된 신호를 지정된 주파수로 다운샘플링하고, 보간 유형을 지정하십시오.

Export를 클릭한 다음 Generic Data를 클릭하여 관심 있는 양극성 채널을 내보냅니다. Export를 클릭한 다음 Markers를 클릭하면 데이터 내보내기가 실행됩니다. T-X-T 형식을 선택하여 내보낼 파일의 이름을 지정하십시오.

다음으로, MATLAB을 실행하고 'Set Path'를 클릭하여 필드 트립 폴더 경로를 추가합니다. 우선 스크립트 1에서 EEG 및 LFP 파일의 경로와 이름을 지정한 다음, 이 스크립트를 실행하여 스크립트 2에 필요한 데이터 구조가 포함된 파일을 생성함으로써 관심 채널의 LFP 스펙트럼 전력을 계산합니다. 그 다음, 스펙트럼 분석 방법, 주파수, 관심 시간 범위 및 기선 보정과 같은 스펙트럼 분석 파라미터와 분석 유형 및 P value와 같은 통계 파라미터를 지정한 후 스크립트 2를 실행합니다.

그 다음, 세 번째 스크립트를 실행하여 피질하 및 피질 뇌 신호 사이의 일관성을 계산하되, 실행 전에 세그먼트 길이, 중첩 백분율, 관심 주파수 및 분석 유형을 지정해야 합니다. 마지막으로, 여기에서 확인할 수 있는 참고 문헌의 보충 파일로 제공되는 소프트웨어 구현 프로그램을 실행하여 교차 주파수 위상-진폭 결합을 계산하십시오. 본 프로토콜은 여기에 제시된 패러다임 동안 시상에서의 정서적 인지 기능을 평가하였습니다.

중립적인 비지칭 발화와 친숙한 지칭 발화 자극을 사용하였습니다. 여기서 중심 시상 내 진동 활동의 자극 잠금 변조를 분석한 결과, 중립 지칭 조건과 친숙 지칭 조건을 대조했을 때 첫 1초 이내에 우측에서 베타 파워가 증가하는 것이 나타났습니다. LFP 2, 3에 해당하는 파워 변화 분석에서는 첫 1초 이내의 초기 베타 증가와 더불어 후기 데이터 변조가 확인되었습니다.

또한, LFP 23의 4~6.5 Hz, 2.6~2.8초 구간에서 익숙한 주소 지정 조건(familiar addressing condition) 시 세타파의 유의미한 증가가 나타났습니다. 이 기술을 숙달하면 적절히 수행했을 때 1시간 이내에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도할 때, 이 기술로 제공되는 기록의 공간 해상도는 국소 전위(local field potential) 및 EEG 전위 수준이라는 점을 기억하는 것이 중요합니다.

이 영상을 시청하신 후에는 인지 및 정서 기능을 평가하기 위해 인간을 대상으로 침습적 및 비침습적 신경생리학적 기록을 병행하여 수행하는 방법에 대해 충분히 이해하시게 될 것입니다.