Method Article

Gelijktijdige Oogtracering en single-neuron opnames bij humane epilepsiepatiënten

DOI:

10.3791/59117

⸱

June 17th, 2019

 ,  ,  , 
1Department of Chemical and Biomedical Engineering, and Rockefeller Neuroscience Institute, West Virginia University, 2Departments of Neurosurgery and Neurology, Cedars-Sinai Medical Center, 3Center for Neural Science and Medicine, Department of Biomedical Sciences, Cedars-Sinai Medical Center, 4Division of Biology and Biological Engineering, California Institute of Technology

In This Article

Summary

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

We beschrijven een methode voor het uitvoeren van single-neuron opnames met gelijktijdige oogtracering bij de mens. We demonstreren het nut van deze methode en illustreren hoe we deze aanpak gebruikt voor het verkrijgen van neuronen in de menselijke mediale temporele kwal die doelen van een visuele zoekopdracht coderen.

Abstract

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

Intracraniële opnames van patiënten met hardnekkige epilepsie bieden een unieke kans om de activiteit van individuele menselijke neuronen te bestuderen tijdens actief gedrag. Een belangrijk instrument voor het kwantificeren van gedrag is oogtracering, wat een onmisbaar hulpmiddel is voor het bestuderen van visuele aandacht. Oogtracering is echter een uitdaging om gelijktijdig met invasieve elektrofysiologie te gebruiken en deze aanpak is daarom weinig gebruikt. Hier presenteren we een beproefd experimenteel protocol voor het uitvoeren van single-neuron opnames met gelijktijdige oogtracering bij de mens. We beschrijven hoe de systemen zijn aangesloten en de optimale instellingen om neuronen en oogbewegingen op te nemen. Om het nut van deze methode te illustreren, vatten we de resultaten samen die mogelijk zijn gemaakt door deze instelling. Deze gegevens laten zien hoe het gebruik van Eye tracking in een geheugen geleide visuele zoekopdracht ons toeliet om een nieuwe klasse van neuronen genaamd doel neuronen te beschrijven, waarvan de respons een afspiegeling was van de top-down aandacht voor het huidige Zoek doel. Tot slot bespreken we de betekenis en oplossingen voor mogelijke problemen van deze opstelling. Samen, ons protocol en de resultaten suggereren dat single-neuron opnames met gelijktijdige eye tracking bij de mens zijn een effectieve methode voor het bestuderen van de menselijke hersenfunctie. Het biedt een belangrijke ontbrekende schakel tussen dierlijke neurofysiologie en menselijke cognitieve neurowetenschappen.

Introduction

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

Menselijke single-neuron opnames zijn een unieke en krachtige tool om de functie van het menselijk brein te verkennen met buitengewone ruimtelijke en temporele resolutie1. Onlangs, single-neuron opnames hebben breed gebruik opgedaan op het gebied van cognitieve neurowetenschappen omdat ze het directe onderzoek van cognitieve processen centraal in de menselijke cognitie toestaan. Deze opnames worden mogelijk gemaakt door de klinische noodzaak om de positie van epileptische Foci te bepalen, waarvoor diepte elektroden tijdelijk worden geïmplanteerd in de hersenen van patiënten met vermoedelijke focale epilepsie. Met deze installatie kunnen single-....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

1. deelnemers

  1. Rekruteer neurochirurgische patiënten met hardnekkige epilepsie die een positie van intracraniële elektroden ondergaan om hun epileptische aanvallen te lokaliseren.
  2. Voeg diepte-elektroden met ingesloten micro draden in alle klinisch aangegeven doellocaties, die meestal een subset van amygdala, Hippocampus, anterieure cingulate cortex en pre-supplementaire motor gebied bevatten. Zie Details voor implantatie in ons vorige protocol2.
  3. Zodra de patiënt terugkeert naar de epilepsie bewakings unit, sluit u het opnameapparaat aan voor zowel macro-als micro-opnames. Dit omvat het zorgvuldig voorbereiden van ee....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Om het gebruik van de bovengenoemde methode te illustreren, beschrijven we vervolgens kort een gebruiks casus die we onlangs hebben gepubliceerd8. We registreerden 228 enkelvoudige neuronen van de humane mediale temporele kwbe (MTL; amygdala en Hippocampus) terwijl de patiënten een visuele zoekopdracht uitvoeren (Figuur 3a, B). Tijdens deze taak onderzochten we of de activiteit van neuronen gedifferentieerd tussen fixa.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

In dit protocol hebben we beschreven hoe u single-neuron opnames met gelijktijdige eye tracking gebruikt en beschreven hoe we deze methode gebruikten om doel neuronen in de humane MTL te identificeren.

De installatie omvat drie computers: één uitvoeren van de taak (stimulus computer), één met de Eye Tracker, en één met het acquisitie systeem. Om te synchroniseren tussen de drie systemen, wordt de parallelle poort gebruikt voor het verzenden van TTL-triggers van de stimulus-computer naar het el.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

De auteurs verklaren geen belangenconflict.

Acknowledgements

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

We danken alle patiënten voor hun deelname. Dit onderzoek werd ondersteund door het Rockefeller Neuroscience Institute, de autisme Science Foundation en de Dana Foundation (to S.W.), een NSF CAREER Award (1554105 tot U.R.), en de NIH (R01MH110831 en U01NS098961 tot U.R.). De financiers hadden geen rol in studie ontwerp, gegevensverzameling en-analyse, besluit om te publiceren of voorbereiding van het manuscript. We bedanken James Lee, Erika Quan, en het personeel van het Cedars-Sinai Simulation Center voor hun hulp bij het produceren van de demonstratie video.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Cedrus Response BoxCedrus (https://cedrus.com/)RB-844Button box
Dell LaptopDell (https://dell.com)Precision 7520Stimulus Computer
EyeLink Eye TrackerSR Research (https://www.sr-research.com)1000 Plus Remote with laptop host computer and LCD arm mountEye tracking
MATLABMathWorks IncR2016a (RRID: SCR_001622)Data analysis
Neuralynx Neurophysiology SystemNeuralynx (https://neuralynx.com)ATLAS 128Electrophysiology
OsortOpen sourcev4.1 (RRID: SCR_015869)Spike sorting algorithm
Psychophysics ToolbxOpen sourcePTB3 ( RRID: SCR_002881)Matlab toolbox to implement psychophysical experiments

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Fried, I., Rutishauser, U., Cerf, M., Kreiman, G. Single Neuron Studies of the Human Brain: Probing Cognition. , MIT Press. Boston. (2014).
  2. Minxha, J., Mamelak, A. N., Rutishauser, U. Surgical and Electrophysiological Techniques for Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients. Extracellular Recording Approaches. Sillitoe, R. V. , Springer New ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Single Neuron RecordingsEye TrackingHuman Epilepsy PatientsMedial Temporal LobeVisual Search TaskTarget NeuronsIntracranial RecordingsElectroencephalographyPupil Size MonitoringStimulus Presentation Software

Related Articles