Methodenartikel

Bestudering van de functie van Deep Corticale en subcorticale structuren met behulp van stereotactische Electroencephalography: Lessen uit de anterior cingulate cortex

DOI:

10.3791/52773

⸱

15 april 2015

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Neurosurgery, Columbia University Medical Center, New York Presbyterian Hospital, 2Department of Neurology, Columbia University Medical Center, New York Presbyterian Hospital, 3Columbia University Medical Center, New York Presbyterian Hospital, 4School of Medicine, King's College London

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stereotactische Electroencephalography (SEEG) is een operatietechniek gebruikt bij epilepsie chirurgie te helpen lokaliseren beslag brandpunten. Het biedt ook een unieke gelegenheid om de hersenfunctie te onderzoeken. Hier beschrijven we hoe SEEG kunnen worden gebruikt om cognitieve processen bij mensen te onderzoeken.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stereotactische Electroencephalography (SEEG) is een techniek die gebruikt wordt om inbeslagneming brandpunten bij patiënten te lokaliseren met medisch onbehandelbare epilepsie. Deze procedure houdt de chronische plaatsing van meerdere diepte elektroden in hersengebieden typisch toegankelijk via subduraal roosterelektrode plaatsing. SEEG biedt dus een unieke gelegenheid om de hersenfunctie te onderzoeken. In dit artikel tonen we hoe SEEG kunnen worden gebruikt om de rol van de dorsale anterieure cingulate cortex (Dacc) in cognitieve controle te onderzoeken. We een beschrijving van de SEEG procedure, waaruit de chirurgische plaatsing van de elektroden. We beschrijven de componenten en procedures ter verhoging van de lokale veld potentieel (LFP) gegevens opnemen van toestemming onderwerpen terwijl ze bezig zijn met een gedrags-taak. In het voorbeeld, onderwerpen spelen een cognitieve interferentie taak, en we laten zien hoe signalen worden geregistreerd en geanalyseerd van elektroden in de dorsale anterieure cingulate cortex, een gebied intimlijk betrokken bij de besluitvorming. We sluiten met verdere suggesties manieren waarop deze werkwijze kan worden toegepast voor het onderzoeken van menselijke cognitieve processen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Epilepsie is een veel voorkomende neurologische aandoening die gekenmerkt wordt door meerdere recurrente aanvallen in de tijd, goed voor 1% van de wereldwijde last van ziekten 1. Anti-epileptische geneesmiddelen niet aanvallen beheersen 20 - 30% van de patiënten 2,3. In deze medisch onbehandelbare patiënten, wordt epilepsiechirurgie vaak aangegeven 4,5. De beslissing om door te gaan met een operatie nodig lokaliseren van de inbeslagname focus, een voorwaarde voor het formuleren van een chirurgische plan. Aanvankelijk zijn niet-invasieve technieken die gebruikt worden om lateralize en lokaliseren van de inbeslagname focus. Elektro-encefalogram (EEG), bijvoorbeeld, opgenomen maatregelen corticale elektrische activiteit van elektroden op de hoofdhuid en vaak voldoende informatie over de locatie van het beslag focus. Bovendien kan magnetische resonantie imaging (MRI) discrete laesies, zoals hippocampale sclerose, de klassieke pathologie in de meest voorkomende vorm van medisch hardnekkige epilepsie, mesiale t demonstrerenemporal kwab epilepsie (MTLE).

Vaak echter de invasieve opwerken staat is een aanval aandacht identificeren. In deze gevallen is invasief electrocorticography (ECoG) met intracerebrale elektroden nodig om de focus te lokaliseren en begeleiden verdere chirurgische behandeling 6. ECoG is een neurofysiologische techniek om elektrische activiteit meten met elektroden in direct contact met de hersenen. Rasters of stroken oppervlak (subduraal) elektroden op het oppervlak van de hersenen, een proces dat een craniotomie (verwijdering van een botdeksel) en grote opening van de dura vereist geplaatst. Deze oppervlakte-elektroden kunnen via vermeende (en) beslaglegging begin geplaatst. De distale einden van de elektroden tunnel door kleine openingen in de huid en verbonden met het controleapparaat in het epilepsie bewakingseenheid (EMU). In de EMU, wordt de patiënt gecontroleerd op klinische epileptische activiteit door middel van continue video en ECoG opnames. Deze techniek is nuttig voor het opvangen lange termijn (dagen tot weken) opnames van ictal en interictale elektrische ontladingen over relatief grote gebieden van de corticale oppervlak. Hoewel deze intracraniële opnames zijn van onschatbare waarde klinisch voor het onderzoeken van inbeslagneming brandpunten en vermeerdering, ze bieden ons ook de gelegenheid om de cognitieve functie en neurofysiologie bij mensen die een speciaal ontworpen gedragstaken onderzoeken.

ECoG gebruik subduraal rasterelektroden werd gebruikt om verschillende aspecten van corticale functies, zoals sensorische en taalverwerking onderzoeken. Als één van de vele voorbeelden, Bouchard et al toonden de tijdelijke coördinatie van de orale musculatuur bij de vorming van lettergrepen gesproken taal ventrale sensorimotorische cortex, een gebied geïdentificeerd als de menselijke spraak sensorimotorische cortex 7. Bovendien ECoG met subduraal raster plaatsing werd ook gebruikt om de mechanismen die de mens in staat zijn om Atten studerend aan een bepaalde stem in een menigte: de zogenaamde 'cocktail party effect' 8,9. ECoG opnames aangetoond dat er twee verschillende neuronale bands die dynamisch bijhouden toespraak stromen, zowel lage frequentie fase en high-gamma amplitude schommelingen, en dat er verschillende verwerking locaties - een 'modulatie' site dat beide luidsprekers tracks, en een 'selectie' site die de bijgewoond prater 5 tracks.

Een andere nieuwe toepassing van ECoG met subdurale plaatsing van de elektroden is het potentieel voor gebruik met Brain Computer Interfaces (BCI), die "decoderen" neuronale activiteit met het oog op een externe uitgang rijden. Deze technologie heeft het potentieel waardoor patiënten met ernstige hersenen of het ruggenmerg letsel te communiceren met de wereld en manipuleren prothesen 10,11.

Terwijl subduraal raster plaatsing sterk heeft bijgedragen aan ons begrip van superoppervlakkige corticale gebieden en is nuttig bij het identificeren corticale epileptogene foci, deze techniek vereist een craniotomie en de bijbehorende risico's en het algemeen beperkt tot het bestuderen van het buitenoppervlak van de hersenen. Stereotactische elektro-encefalografie (SEEG) is een techniek die de beoordeling van diepe epileptogene foci 12 mogelijk maakt. Met een lange geschiedenis van gebruik in Frankrijk en Italië, het wordt ook steeds vaker gebruikt in de VS 13. SEEG betreft de plaatsing van meerdere elektroden (meestal 10-16) diep in de stof van de hersenen door middel van kleine (enkele mm) spiraalboor braam gaten. Voordelen van SEEG dan subduraal raster plaatsing onder de minder invasieve karakter, het gemak van het onderzoek van bilaterale hemisferen wanneer dat nodig is, en de mogelijkheid om driedimensionale kaarten van inbeslagneming voortplanting te genereren. Bovendien zijn deze elektroden kan de identificatie van diepe epileptogene foci die voorheen moeilijk te identificeren met oppervlakte-elektroden waren. Deze procedure ook provides de mogelijkheid om neurofysiologische en functie van diepe corticale structuren zoals het limbische systeem, de mesoparietal cortex, de mesotemporal cortex en de orbitofrontale cortex, die voorheen moeilijk rechtstreeks onderzoeken bij mensen te onderzoeken.

Deze paper toont aan hoe SEEG kan worden gebruikt om de cognitieve functie onderzoeken in de dorsale anterieure cingulate cortex (Dacc). De Dacc is een algemeen onderzocht hersengebied, maar het is ook een van de meest slecht begrepen. Beschouwd als een belangrijke regio voor humane cognitie, is het waarschijnlijk dat de Dacc is centraal in de dynamische neurale verwerking van beslissingen in het kader van continu veranderende eisen gesteld door de omgeving 14. Studies in zowel primaten 15,16 en mensen 17 suggereren dat de Dacc integreert potentiële risico's en voordelen van een bepaalde actie, met name in situaties van meerdere gelijktijdige tegenstrijdige eisen 18-21, en ​​modulates deze beslissingen in het kader van eerdere acties en hun resultaten 14,22,23.

De Multi-Source Interferentie Task (MSIT), een Stroop-achtige gedragstaak, wordt vaak gebruikt om de verwerking conflict in de Dacc onderzoeken. De MSIT taak activeert de Dacc door het aantrekken van neuronen die betrokken zijn bij meerdere domeinen van de verwerking gereguleerd door de Dacc 24,25. Deze taak specifiek activeert de Dacc door het testen van kenmerken van de besluitvorming, doeldetectie, novelty detectie, foutdetectie, respons selectie en stimulus / respons concurrentie. Bovendien, de MSIT taak introduceert meerdere dimensies van cognitieve storingen, die worden gebruikt in deze studie Dacc neurale reacties gelijktijdig conflicterende stimuli met SEEG onderzoeken.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zorg ervoor dat elke patiënt wordt beoordeeld op geschiktheid voor het onderzoek, en de juiste patiënten moeten worden ingestemd voor deelname aan de studie volgens de lokale IRB procedures.

1. Selectie van patiënten voor SEEG en Onderzoek

  1. Patiënt selectie voor SEEG
    Opmerking: Epilepsie patiënten moeten klinisch worden beoordeeld door een multidisciplinair team bestaande uit epileptologen, neuropsychologen en neurochirurgen.
    1. Zorg ervoor dat de patiënt medisch refractaire focale epilepsie, gedefinieerd als niet reageren op minstens 2 adequate studies van anti-epileptische medicatie.
    2. Ervoor te zorgen dat niet-invasieve technieken hebben gefaald om de epileptogene foci lokaliseren.
    3. Bevestig met multidisciplinair team dat de patiënt niet geschikt is voor het onderzoek alleen met subdurale raster elektroden.
    4. Bevestig met multidisciplinair team dat er klinisch vermoeden van een diepe inbeslagneming onset zone.
  2. Patiënt selectie voor onderzoekstaak
    1. Zorg ervoor dat onderwerp is in de leeftijd tussen 13 en 65 jaar.
    2. Verkrijgen toestemming of instemming (samen met toestemming van de ouders, indien onder de leeftijd van 18 jaar) van de patiënt.
    3. Zorg ervoor dat proefpersonen in staat zijn om deel te nemen aan de taak en samen te werken met het testen.

2. Voorbereiding en Implantatie Techniek

  1. Voer een volumetrische T2 en contrastversterkte volumetrische T1 MRI preoperatief en de beelden naar de stereotactische navigatiesoftware, volgens het protocol van de fabrikant.
    1. Plan de diepte elektrode doelstellingen op basis van de MRI en klinische verdenking van inbeslagneming brandpunten.
      Opmerking: De voorbeelden zijn gebaseerd op de BrainLab navigatiesoftware en zijn dus specifiek voor dit systeem. Echter, elke stereotactische navigatiesoftware gebruikt diepte elektroden trajecten en plaatsing plannen.
    2. Definieer de anatomische regio van belang alshet richtpunt binnen de functie "stereotactische Planning" in de stereotactische navigatiesoftware.
    3. Gebruik bijvoorbeeld Dacc als het doelwit van belang. Om zijn traject, drukt definiëren "Nieuwe Traject" en druk op "target" en klik op de Dacc. Centreer de doelgroep in het midden van Dacc door het onderzoeken Dacc in alle 3 vliegtuigen (axiale, coronale en sagittale) en te klikken op het midden van Dacc in elk vlak.
      1. Definieer het ingangspunt op de hoofdhuid binnen de functie "stereotactische Planning" in de stereotactische navigatiesoftware.
    4. Kies bijvoorbeeld een punt op de hoofdhuid lijkt de kortste weg naar het Dacc zijn. Druk op "entry" en kies het punt op de hoofdhuid om de invoer punt te maken.
    5. Klik en sleep de "doel" en "invoer" verwijst naar de gedefinieerde traject wijzigen om corticale en subcorticale vasculaire structuren, alsook eventuele welsprekende ce voorkomenrebral regio.
    6. Herhaal dit voor alle geplande diepte elektrode targets (figuur 1).
    7. Toegeven dat de patiënt op de ochtend van de operatie, breng aan de operatiekamer, en veroorzaken onder narcose 26,27.
    8. Bevestig een Cosman-Roberts-Wells (CRW) stereotactische headframe aan het hoofd van de patiënt met schedel schroeven.
    9. Het verkrijgen van een volumetrische CT met de headframe op zijn plaats.
    10. Laad de volumetrische CT en MRI-beelden in de stereotactische navigatiesoftware via de "Load en Import" functie.
    11. Klik op de functie "lokalisatie" in de stereotactische navigatiesoftware.
    12. Lokaliseren van de CRW headframe met één van de door de stereotactische navigatiesoftware zijn gedefinieerd als het headframe en dan het indrukken van de "localizer Toewijzen" knop afbeeldingen te klikken op.
    13. Klik op de functie "AC / PC Localization" binnen de stereotactische navigatiesoftware.
    14. Identify de voorste en achterste commissuren op basis van hun anatomische locatie.
    15. Wijzen de voorste en achterste commissuren via de "Set AC / PC-systeem" functie binnen de stereotactische navigatiesoftware.
    16. Klik op de functie "Afbeelding Fusion" binnen de stereotactische navigatiesoftware.
    17. De CT-beelden met de MRI-beelden samen te voegen in de stereotactische navigatiesoftware 28,29. Klik op de gepaarde volumetrische CT en MRI-beelden onder het tabblad "Fusion" en klik vervolgens op "Auto Fusion".
      Opmerking: Dit plaatst de MRI binnen het stereotactische frame van coördinaten.
    18. Klik op de functie "stereotactische Planning" in de stereotactische navigatiesoftware en bevestig de geplande trajecten uit stappen 2.1.2 - 2.1.6.
    19. Kies de volumetrische CT als de stereotactische verwijzing onder het tabblad "stereotactische functies".
    20. Klik op het pictogram "print" in tHij verticale kolom van pictogrammen om de finale stereotactische coördinaten af te drukken voor elke diepte elektrode traject 30,31.
  2. Implantatietechniek
    1. Breng de patiënt naar de operatiekamer na de CT-scan.
    2. Bereiden en drapeer het chirurgische veld met behulp van routine-steriel methoden 32,33.
    3. Zorg dat er een fluoroscoop in de operatiekamer en gedrapeerd samen met de rest van het operatiegebied.
    4. Met behulp van de gedrukte stereotactische coördinaten vanaf stap 2.1.20, stelt u de coördinaten voor de eerste diepte-elektrode op de headframe.
      Opmerking: De stereotactische coördinaten worden gegeven in 3 vlakken: laterale (x), verticale (y) en anterior-posterior (z). Bijvoorbeeld, de afgedrukte coördinaten doel op de juiste Dacc zijn 48,2 mm AP, 6,6 mm lateraal en 2,2 mm verticaal. De headframe wordt dan ingesteld op die coördinaten dienovereenkomstig.
    5. Verleng de guideblock naar de huid en markeren de locatie van het boorgat op de sCalp met een markeerstift. Bevestig de guideblock plaats op basis van de stereotactische coördinaten en als zodanig geen oriëntatiepunten nodig om de incisie te markeren.
    6. Injecteer 2-3 ml 0,5% bupivicaine in een 1: 100.000 verdunning van epinefrine in de gemarkeerde incisie.
    7. Maak een inkeping in de hoofdhuid met een scalpel tot op de schedel in de gemarkeerde incisie.
    8. Cauterize de dermis en diepe weefsel met behulp van monopolaire cautery gericht met een gecoate afsluiter om eventuele bloeden uit bloedvaten in de huid of onderhuids weefsel te minimaliseren.
    9. Boor een boorgat met behulp van een 2,1 mm spiraalboor beetje in het midden van de incisie.
    10. Open de dura met een stijve obturator probe. Schroef een anker bout in de schedel. Plaats een pre-gemeten stylet sonde door het anker bout om een ​​track voor de elektrode te maken.
    11. Vooraf de electrode voorzichtig de vooraf berekende diepte. Draai het anker bout dop naar beneden om de elektrode te beveiligen.
    12. Herhaal dit proces voor allede diepte elektroden.
    13. Plaats de fluorescoop onder en rond het hoofd van de patiënt zowel AP en het zijvlak aan fluoroscopische beelden te verkrijgen adequate plaatsing trajecten van alle elektroden waarborgen.
    14. Verbind de elektroden met de klinische EEG ter plaatse geschikt impedanties controleren.
    15. Wek de patiënt uit narcose en het vervoer naar de uitslaapkamer, en vervolgens aan de EMU.
    16. In de EMU, het toezicht op de patiënt via een gesloten circuit monitoringsysteem voor klinische aanvallen en via ECoG voor elektrografisch bewijs van toevallen.

3. Behavioral Taak en Data Acquisition

  1. Gedragstaak
    1. Open gedrags-software op de computer die uitsluitend gewijd aan het uitvoeren van de gedrags-software.
      Opmerking: De instructies zijn gebaseerd op MonkeyLogic, een MATLAB toolbox ontwikkeld voor de presentatie en de uitvoering van tijdelijk precieze psychofysische taken 34,35 en zijn dus specifieke aan dat gedragsproblemen software platform. Dit programma wordt uitgevoerd op Matlab versie 2010a en vereist de "Data Acquisition Toolbox." Echter, elke gedrags software platform kunnen presenteren visuele stimuli en opnemen van elektrofysiologische gegevens gebruikt worden.
    2. Stel de omstandigheden bestand ontworpen om de MSIT taak uit te voeren naar alle vier soorten trial van gelijke frequentie omvatten.
      Opmerking: De MSIT taak bestaat presenteren het subject met een cue drie getallen tussen 0 en 3, waarbij twee van de getallen, het "afleiders", hetzelfde zijn en een getal, de "doel", anders.
      1. Instrueer de inachtneming van de 'target' te identificeren door op de bijbehorende knop op een knop doos. Als '1' is het doel, de linker knop is de juiste keuze. Als '2', de middelste knop, en als '3', de juiste knop. '0' niet overeenkomt met een mogelijke (afbeelding 2).
    3. Druk op de "Set voorwaarden" knop en kies de gewenste omstandigheden bestand in te stellen in de voorafgaande stap.
      Let op: Er zijn twee soorten van cognitieve storing die conflict tijdens het besluitvormingsproces te induceren. Flanker interferentie proeven optreden wanneer de afleiders zijn mogelijk (1, 2, of 3, in plaats 0) toets keuzes (bijv., 121), terwijl de ruimtelijke interferentie proeven optreden wanneer het beoogde aantal van ruimtelijke locatie verschilt van de reactie bevindt (bijvoorbeeld, 200 waarbij de middelste knop het juiste antwoord, ondanks het feit dat het doelnummer in de linker stand). Er zijn vier types proces gebaseerd op de aanwezigheid of afwezigheid van deze twee soorten storingen.
    4. Test de gedrags monitor door te klikken op "Test" in het vak display. 3 sec - De monitor moet de test visuele stimulans voor 2 tonen.
    5. Sluit het onderwerp interface device (knop doos) op de analoge ingangen van de gegevensacquisitie board op de computer gewijd aan het opnemen van de elektrofysiologische gegevens via drie standaard BNC-kabels.
    6. Sluit de doos knop om een ​​stroombron.
    7. Sluit de data-acquisitie boord om de 512-kanaals neurale signaalprocessor via een lintkabel gesplitst in 9 linten. 8 van de linten worden aangesloten poorten 0-7 op de digitale I / O deel van de data acquisitie board terwijl de 9de lint op poort 0 van de digitale PFI gedeelte van de data acquisitie board.
      Opmerking: De linten stuur 8-bit digitale markers (poorten 0-7, digitale I / O) en een stroboscooppuls (poort 0, digitaal PFI), het neurale signaalprocessor.
    8. Stel de gewenste sampling rate in de neurale signaalprocessor software.
      1. In dit voorbeeld, stel de gewenste sampling rate tot 50.000 samples per seconde, alias en down-sample online tot 1000 samples per seconde. Pas de sample rate aan de specifieke doelstellingen van de opdracht past. Sub-milliseconde nauwkeurig timingvereist een extreem hoge sampling rate.
    9. Sluit de versterker aan op de neurale signaalprocessor via glasvezelkabel.
    10. Sluit de neurale signaalprocessor om de gegevens streamer en de optische PCI-kaart in de neurale data acquisitie computer via glasvezelkabel.
  2. Data-acquisitie
    1. Gebruik het onderzoek rig voor de EMU elektrofysiologie met een 512-kanaals neurale signaalprocessor voor de verwerking en filtering gedigitaliseerd, voorversterkt elektrische signalen van de diepte-elektroden.
      Noot: Hoewel er 512 kanalen voor verwerking in de praktijk zijn er niet meer dan 15-20 elektroden voor klinische doeleinden. Daarom raden wij het opnemen van zoveel elektroden zo haalbaar als data grootte en ruimtelijke resolutie is nooit een probleem.
    2. Vervoeren het tuig naar de kamer van de patiënt, plaats de gedrags-monitor in de voorkant van de patiënt op een draagbare tafel en aan te sluiten op de gedragscontrole computerhet uitvoeren van de gedrags-software met behulp van een standaard DVI-kabel.
    3. Plaats de opname rig achter of aan de zijkant van het bed van de patiënt om zo onopvallend mogelijk blijven.
    4. Sluit het onderzoek systeem om de splitter dat het onderzoek de opname van het klinisch systeem scheidt.
    5. Controle opname parameters met de neurale signaalprocessor software 34,35.
      Opmerking: Dit systeem maakt een milliseconde controle over gedragsproblemen gebeurtenissen 34,35. Synchronisatie tussen neurale en gedragsgegevens kunnen worden bereikt met hetzij analoge impulsen codeert voor taak gebeurtenissen of digitale markers. Beide signalen kunnen worden verzonden via de digitale of analoge uitgangen van de data acquisitie bord om de analoge of digitale ingangen van de neurale signaalprocessor.
    6. Hand van de patiënt het onderwerp interface device (knop doos) en geef de taak instructies.
    7. Klik op "Run" om de taak uit te voeren.
    8. Laat de patiëntvoltooien 2 blokken van 150 trials elk.

4. Data Analyse

  1. Open softwarepakket dat zorgt voor visualisatie van elektrofysiologische gegevens.
    Opmerking: De onderstaande instructies zijn specifiek voor Matlab versie 2010a maar elke software die zorgt voor visualisatie en manipulatie van elektrofysiologische gegevens kunnen worden gebruikt.
  2. Open .edf bestand met ruwe elektrofysiologische gegevens van de proefsessie.
  3. Visualiseren SEEG signaal van de zitting om te zorgen geen zichtbare artefact zoals epileptische ontladingen of beweging artefact (Figuur 3A).
  4. Overlay de timing pulsen van de gedrags-taak op de ruwe LFP trace (figuur 3B) om te illustreren hoe analoge pulsen kunnen proef structuur af te bakenen.
  5. Met behulp van de timing pulsen, lijnt de SEEG spoor te cue presentatie voor elk onderzoek (Figuur 3C).
  6. Verwijder uitschieters (> 4 standaarddeviaties)en artefact sporen (figuur 3D).
  7. Sla alle uitgelijnd proeven in een matrix voor verdere analyse (20 onderzoeken aangetoond gestapeld in figuur 3E).
  8. Gemiddeld LFP activiteit in de onderzoeken naar effecten van lawaai, artefact, of EEG-activiteit niet gerelateerd aan de gepresenteerde stimuli te verminderen, en om het signaal van belang (figuur 3F) te verhogen.
  9. Maak het ruwe, het proces gemiddeld spectrogram met behulp van multi-taps toelopende spectrale analyse 36-38.
    Opmerking: De tijd-frequentie-analyse kan worden gebruikt om de specifieke spectro-temporele dynamiek in enkele of meerdere proeven onderzocht. Deze methode maakt het onderzoek neuronale oscillaties bij verschillende frequenties in de tijd.
  10. Pad het signaal van elke proef met nullen naar de volgende grootste macht van 2 tot rand effecten te vermijden.
  11. Breng 800 ms schuifraam met 5 leiden tapers en een tijd-bandbreedte produkt van 9 elke 10 ms door de duur van het signaal naar de spec creërentrogram (Figuur 4A).
  12. Vermenigvuldig het logboek van het spectrogram met 10 en normaliseren tot een hogere frequentie-informatie weer te geven.
    Opmerking: Spectrogrammen kan worden genormaliseerd door een theoretische frequentieverdeling (dwz elke frequentiewaarde verhoogd om de negatieve 2e vermogen) (figuur 4B), het gemiddelde spectrum van enige fundamentele activiteit (figuur 4C), of door te delen door het gemiddelde en aftrekken van de standaardafwijking van de waarden in elke frequentieband (figuur 4D). Deze procedure maakt het onderzoek van specifieke frequentiebanden in zowel ruwe als genormaliseerde formulieren tijd wijzigingen specifieke taak. Bijvoorbeeld, hoge gamma band activering - is (70 150 Hz), die wordt getoond in figuur 3E, vermoedelijk lokale prikkelende werking van de lokale neuronale populatie rond de elektrode 39,40 weerspiegelen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zodra een patiënt is geselecteerd voor SEEG plaatsing van de elektroden, hij / zij ondergaat een volumetrische T2 en T1 contrast versterkte MRI. SEEG elektrode trajecten worden vervolgens plannen met stereotactische navigatie van de volumetrische MRI sequenties (figuur 1). Deze techniek maakt het mogelijk voor de inzameling van de lokale veld potentials uit structuren diep in de cortex, zoals dorsale anterieure cingulate cortex (licht oranje traject, Figuur 1) dat niet mogelijk zou zijn...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dit artikel werd SEEG gebruikt om de activiteit van de lokale neuronale populaties in de Dacc tijdens een besluitvormingsproces taak bij de mens te onderzoeken. Vorige werk is de activiteit van individuele neuronen onderzocht in het Dacc behulp van intra-operatieve microelectode opnames 14 en aangetoond dat Dacc activiteit wordt gemoduleerd door de vorige activiteit. Microelectrode studies maken het onderzoek van de spiking activiteit van individuele neuronen. SEEG meet LFP, die verband houden met de gesom...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen dankbetuigingen of financiële onthullingen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Trigger I/O kabelNatus Medical Inc.5029PS2 naar BNC kabel
BNC kabels voor analoge pulsenKan besteld worden bij de meeste elektronicawinkels.
Stroomverdeler met overspanningsbeveiliging en batterijreserveTripp LiteSMART500RT1U UPCStrombron en reserve
Multifunctioneel daq-gegevensverzamelingskast van National Instruments NI PCIe-6382 DAQ-kaartenNational InstrumentsPCIe-6382 met BNC 2090APCI-kaarten voor gedragsbesturingsinterface
Op maat gemaakte knoppenbox - menselijk interfaceapparaatElk menselijk interfaceapparaat met drie knoppen mag worden gebruikt. Als alternatief kunnen 3 toetsenbordknoppen worden gebruikt.
Xltek 128-kanaals klinisch intracraniale EEG-bewakingssysteem EMU128FSNatus Medical Inc.002047cKlinisch opnamesysteem
Bewakingsmonitor voor onderwerpen en bijbehorende kabels voor visuele stimuluspresentatieDellU2212HMcDe meeste monitoren zijn hier geschikt.
Persoonlijke computer met gedragssoftware met geïnstalleerde DAQ-kaartenSuperlogicsSL-2U-PD-Q87SLQ-BAComputer voor het opnemen van neurale gegevens
Netsnoer voor monitorKomt meestal bij de monitor, kan worden gekocht bij elke elektronicawinkel.
Monkey Logic-software die draait op Matlab 2010AGratis vanaf de MonkeyLogic-website
MATLAB 2010a-software met data acquisition-toolboxMathworksMatlab-software
sEEG-elektroden AD TECH of PMTAD TECH2102-##-101Platinumtip, diameter (0,89 mm, 1 mm, 1,1 mm), ongeïsoleerde lengte 2,3 mm; De ## in het catalogusnummer geeft het aantal contacten op de elektrode aan (08, 10, 12 of 16)
Cabrio-connectorenPMT2125-##-01De ## in het catalogusnummer geeft het aantal contacten op de elektrode aan (08, 10, 12 of 16)
Tucker Davis Technologies-versterkerTucker Davs TechnologiesPZ5Voorversterker voor neurale gegevens
Tucker Davis Technologies-processorTucker Davs TechnologiesRZ2Neural signal processor voor neurale gegevens
TuckerDavis Technologies datastreamerTucker Davs TechnologiesRS4Datastreamer en -opslag
Vezeloptiekkabels om TDT-systemen te verbindenTucker Davs TechnologiesF05Vezeloptische kabels voor het verbinden van Tucker Davis Technologies' producten.
lintkabel en snap-seriële connector voor digitale markersKan besteld worden bij de meeste elektronicawinkels.
persoonlijke computer voor het draaien van TDT RPvdsEx en OpenEx-softwareSuperlogicsSL-2U-PD-Q87SLQ-BAcomputer voor gedragsbesturing
Middle Atlantics serverkast met wielenMiddle Atlantic ProductsPTRK-21Serverkast voor alle onderzoeksartikelen
Tucker Davis Technologies splitterbox om klinische en onderzoeksopnamen te splitsenTucker Davs TechnologiesDeze splitterbox is een semi-custom apparaat. Onderzoekers moeten de behandelende neurologen raadplegen over het splitsen van de onderzoeks- en klinische opnamen op een manier die de klinische zorg niet verstoort.
Onderzoekersmonitor met bijbehorende kabelsDellU2212HMcDe meeste monitoren zijn hier geschikt.
voeding voor knoppenbox - 5 volt, 2 ampèreKan worden gekocht bij elke elektronicawinkel.
TDT optische interface PCI-kaartTucker Davs TechnologiesP05

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Murray, C. J., Lopez, A. D., Jamison, D. T. The global burden of disease in 1990: summary results, sensitivity analysis and future directions. Bulletin of the World Health Organization. 72, 495(1994).
  2. Berg, A. T. Understanding the delay before epilepsy surgery: who develops intractable focal epilepsy and when. CNS Spectr. 9, 136-144 (2004).
  3. Hauser, W. A. Epilepsy: frequency, causes and consequences. , Demos Press. (1990).
  4. Wiebe, S., Blume, W. T., Girvin, J. P., Eliasziw, M. A Randomized, Controlled Trial of Surgery for Temporal-Lobe Epilepsy. New England Journal of Medicine. 345, 311-318 (2001).
  5. Fisher, R. Electrical stimulation of the anterior nucleus of thalamus for treatment of refractory epilepsy. Epilepsia. 51, 899-908 (2010).
  6. Zumsteg, D., Wieser, H. G. Presurgical evaluation: current role of invasive EEG. Epilepsia. 41, Suppl 3. S55-S60 (2000).
  7. Bouchard, K. E., Mesgarani, N., Johnson, K., Chang, E. F. Functional organization of human sensorimotor cortex for speech articulation. Nature. 495, 327-332 (2013).
  8. Zion Golumbic, E. M. Mechanisms underlying selective neuronal tracking of attended speech at a 'cocktail party'. Neuron. 77, 980-991 (2013).
  9. Mesgarani, N., Chang, E. F. Selective cortical representation of attended speaker in multi-talker speech perception. Nature. 485, 233-236 (2012).
  10. Leuthardt, E. C., Miller, K. J., Schalk, G., Rao, R. P. N., Ojemann, J. G. Electrocorticography-based brain computer Interface-the seattle experience. Neural Systems and Rehabilitation Engineering, IEEE Transactions on. 14, 194-198 (2006).
  11. Leuthardt, E. C., Schalk, G., Wolpaw, J. R., Ojemann, J. G., Moran, D. W. A brain-computer interface using electrocorticographic signals in humans. Journal of neural engineering. 1, 63-71 (2004).
  12. Talairach, J. New approach to the neurosurgery of epilepsy. Stereotaxic methodology and therapeutic results. 1. Introduction and history. Neurochirurgie. 20, Suppl 1. 1-240 (1974).
  13. Gonzalez-Martinez, J. Stereotactic placement of depth electrodes in medically intractable epilepsy. Journal of neurosurgery. 120, 639-644 (2014).
  14. Sheth, S. A. Human dorsal anterior cingulate cortex neurons mediate ongoing behavioural adaptation. Nature. 488, 218-221 (2012).
  15. Hayden, B. Y., Platt, M. L. Neurons in anterior cingulate cortex multiplex information about reward and action. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 30, 3339-3346 (2010).
  16. Hayden, B. Y., Pearson, J. M., Platt, M. L. Fictive Reward Signals in the Anterior Cingulate Cortex. Science. 324, 948-950 (2009).
  17. Williams, Z. M., Bush, G., Rauch, S. L., Cosgrove, G. R., Eskandar, E. N. Human anterior cingulate neurons and the integration of monetary reward with motor responses. Nature neuroscience. 7, 1370-1375 (2004).
  18. Botvinick, M., Nystrom, L. E., Fissell, K., Carter, C. S., Cohen, J. D. Conflict monitoring versus selection-for-action in anterior cingulate cortex. Nature. 402, 179-181 (1999).
  19. Carter, C. S., Van Veen, V. Anterior cingulate cortex and conflict detection: an update of theory and data. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 7, 367-379 (2007).
  20. Botvinick, M. M., Cohen, J. D., Carter, C. S. Conflict monitoring and anterior cingulate cortex: an update. Trends in cognitive sciences. 8, 539-546 (2004).
  21. Veen, V., Carter, C. S. The anterior cingulate as a conflict monitor: fMRI and ERP studies. Physiology & Behavior. 77, 477-482 (2002).
  22. Kennerley, S. W., Walton, M. E., Behrens, T. E. J., Buckley, M. J., Rushworth, M. F. S. Optimal decision making and the anterior cingulate cortex. Nat Neurosci. 9, 940-947 (2006).
  23. Brown, J. W., Braver, T. S. Learned predictions of error likelihood in the anterior cingulate cortex. Science. 307, 1118-1121 (2005).
  24. Bush, G., Shin, L. M., Holmes, J., Rosen, B. R., Vogt, B. A. The Multi-Source Interference Task: validation study with fMRI in individual subjects. Mol Psychiatry. 8, 60-70 (2003).
  25. Bush, G., Shin, L. M. The Multi-Source Interference Task: an fMRI task that reliably activates the cingulo-frontal-parietal cognitive/attention network. Nature protocols. 1, 308-313 (2006).
  26. Candelaria, L. M., Smith, R. K. Propofol infusion technique for outpatient general anesthesia. J Oral Maxillofac Surg. 53, 124-128 (1995).
  27. Shafer, A., Doze, V. A., Shafer, S. L., White, P. F. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of propofol infusions during general anesthesia. Anesthesiology. 69, 348-356 (1988).
  28. Cohen, D. S., Lustgarten, J. H., Miller, E., Khandji, A. G., Goodman, R. R. Effects of coregistration of MR to CT images on MR stereotactic accuracy. J Neurosurg. 82, 772-779 (1995).
  29. Ken, S. Quantitative evaluation for brain CT/MRI coregistration based on maximization of mutual information in patients with focal epilepsy investigated with subdural electrodes. Magn Reson Imaging. 25, 883-888 (2007).
  30. Niemann, K., Naujokat, C., Pohl, G., Wollner, C., von Keyserlingk, D. Verification of the Schaltenbrand and Wahren stereotactic atlas. Acta neurochirurgica. 129, 72-81 (1994).
  31. Nowinski, W. L. Anatomical targeting in functional neurosurgery by the simultaneous use of multiple Schaltenbrand-Wahren brain atlas microseries. Stereotact Funct Neurosurg. 71, 103-116 (1998).
  32. Hopper, W. R., Moss, R. Common breaks in sterile technique: clinical perspectives and perioperative implications. AORN J. 91, 350-364 (2010).
  33. Mangram, A. J., Horan, T. C., Pearson, M. L., Silver, L. C., Jarvis, W. R. Guideline for prevention of surgical site infection. Hospital Infection Control Practices Advisory Committee. Infect Control Hosp Epidemiol. 20, 250-278 (1999).
  34. Asaad, W. F., Eskandar, E. N. A flexible software tool for temporally-precise behavioral control in Matlab. Journal of Neuroscience Methods. 174, 245-258 (2008).
  35. Asaad, W. F., Eskandar, E. N. Achieving behavioral control with millisecond resolution in a high-level programming environment. Journal of Neuroscience Methods. 173, 235-240 (2008).
  36. Bokil, H., Andrews, P., Kulkarni, J. E., Mehta, S., Mitra, P. P. Chronux: A platform for analyzing neural signals. Journal of Neuroscience Methods. 192, 146-151 (2010).
  37. Bokil, P. M. aH. Observed Brain Dynamics. , Oxford University Press. (2008).
  38. Chronux. , Available from: http://chronux.org (2014).
  39. Miller, K. J. Broadband Spectral Change: Evidence for a Macroscale Correlate of Population Firing Rate. The Journal of Neuroscience. 30, 6477-6479 (2010).
  40. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents — EEG, ECoG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci. 13, 407-420 (2012).
  41. Carter, C. S. Anterior cingulate cortex, error detection, and the online monitoring of performance. Science. 280, 747-749 (1998).
  42. Botvinick, M., Nystrom, L. E., Fissell, K., Carter, C. S., Cohen, J. D. Conflict monitoring versus selection-for-action in anterior cingulate cortex. Nature. 402, 179-181 (1999).
  43. Holroyd, C. B., Coles, M. G. The neural basis of human error processing: reinforcement learning, dopamine, and the error-related negativity. Psychological review. 109, 679-709 (2002).
  44. Shenhav, A., Botvinick, M. M., Cohen, J. D. The expected value of control: an integrative theory of anterior cingulate cortex function. Neuron. 79, 217-240 (2013).
  45. Roesch, M. R., Olson, C. R. Neuronal Activity Related to Reward Value and Motivation in Primate Frontal Cortex. Science. 304, 307-310 (2004).
  46. Croxson, P. L. Quantitative Investigation of Connections of the Prefrontal Cortex in the Human and Macaque using Probabilistic Diffusion Tractography. The Journal of Neuroscience. 25, 8854-8866 (2005).
  47. Rushworth, M. F. S., Behrens, T. E. J., Rudebeck, P. H., Walton, M. E. Contrasting roles for cingulate and orbitofrontal cortex in decisions and social behaviour. Trends in Cognitive Sciences. 11, 168-176 (2007).
  48. Kawasaki, H. Single-neuron responses to emotional visual stimuli recorded in human ventral prefrontal cortex. Nat Neurosci. 4, 15-16 (2001).
  49. Wang, S. Neurons in the human amygdala selective for perceived emotion. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111, E3110-E3119 (2014).
  50. Milad, M. R., Rauch, S. L. The role of the orbitofrontal cortex in anxiety disorders. Annals of the New York Academy of Sciences. 1121, 546-561 (2007).
  51. Milad, M. R., Rauch, S. L. Obsessive-compulsive disorder: beyond segregated cortico-striatal pathways. Trends Cogn Sci. 16, 43-51 (2012).
  52. Raichle, M. E. A default mode of brain function. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98, 676-682 (2001).
  53. David, N. Neural representations of self versus other: visual-spatial perspective taking and agency in a virtual ball-tossing game. Journal of cognitive neuroscience. 18, 898-910 (2006).
  54. Kjaer, T. W., Nowak, M., Lou, H. C. Reflective self-awareness and conscious states: PET evidence for a common midline parietofrontal core. NeuroImage. 17, 1080-1086 (2002).
  55. Kircher, T. T. The neural correlates of intentional and incidental self processing. Neuropsychologia. 40, 683-692 (2002).
  56. Addis, D. R., McIntosh, A. R., Moscovitch, M., Crawley, A. P., McAndrews, M. P. Characterizing spatial and temporal features of autobiographical memory retrieval networks: a partial least squares approach. NeuroImage. 23, 1460-1471 (2004).
  57. Gilboa, A., Winocur, G., Grady, C. L., Hevenor, S. J., Moscovitch, M. Remembering our past: functional neuroanatomy of recollection of recent and very remote personal events. Cerebral cortex (New York, N.Y. : 1991). 14, 1214-1225 (2004).
  58. Cavanna, A. E., Trimble, M. R. The precuneus: a review of its functional anatomy and behavioural correlates. Brain: a journal of neurology. 129, 564-583 (2006).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Stereotactic ElectroencephalographyDorsal Anterior Cingulate CortexLocal Field PotentialMulti Taper Spectral AnalysisCognitive Interference TaskDepth Electrode PlacementElectrophysiological Signal RecordingData Acquisition RigBehavioral Task SetupTime Frequency Analysis

Gerelateerde artikelen