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

Het algemene doel van deze procedure is het registreren van elektrofysiologische signalen uit diepe hersenstructuren. Dit wordt bereikt door eerst elektroden te plaatsen in de beoogde doelgebieden. Vervolgens wordt de apparatuur voor gegevensverwerving naast het bed van de patiënt opgesteld, en in de laatste stap krijgt de patiënt instructies over het uitvoeren van een eenvoudige cognitieve taak.

De elektrofysiologische signalen worden geregistreerd via de elektroden terwijl de patiënt de taak uitvoert. Uiteindelijk wordt multi-tapered spectrale analyse gebruikt om variaties in de lokale veldpotentiaalactiviteit in de dorsale anterior cingulate cortex aan te tonen, afhankelijk van de moeilijkheidsgraad van de cognitieve taak. Het voordeel van stereo-encefalografie ten opzichte van andere registratietechnieken, zoals de implantatie van een subduraal grid, is dat we met stereo-EEG toegang hebben tot diepe structuren in de hersenen.

Dit is klinisch gezien een voordeel wanneer we vermoeden dat epileptische aanvallen ontstaan uit deze diepe structuren, en ook vanuit een onderzoeksperspectief, omdat het ons toegang geeft tot hersengebieden waar we anders geen toegang toe hebben. De selectie van patiënten is van cruciaal belang, omdat deze techniek bijzonder geschikt is voor de lokalisatie van aanvallen die afkomstig zijn uit diepe corticale en subcorticale structuren. Registraties zoals deze kunnen ons helpen om kernvragen in het veld van epilepsie te beantwoorden, bijvoorbeeld: waar beginnen de aanvallen?

Waar verspreiden epileptische aanvallen zich naartoe en hoe brengen we deze gebieden in kaart? Met behulp van standaard EEG-technieken kan inzicht worden verkregen in epilepsie en de oorsprong van aanvallen; bovendien kunnen we deze methode toepassen op andere aspecten van de neurowetenschappen, zoals cognitie, geheugen en sociaal bewustzijn. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode moeite hebben met het onderdeel gegevensverwerving, omdat het vastleggen van elektrofysiologische signalen complex kan zijn.

Breng de patiënt na de CT-scan terug naar de operatiekamer en bereid het operatieveld voor volgens de gebruikelijke steriele methoden. Stel vervolgens, aan de hand van de geprinte stereotactische coördinaten van de scan, de coördinaten voor de eerste diepte-elektrode in op het hoofdkader in de laterale verticale en anterieur-posterieure vlakken. De coördinaten worden geverifieerd en indien nodig aangepast door een assistent-chirurg. Gebruik een computerwerkstation in de operatiekamer en gebruik het geleidingsblok om de insteekplaats op de huid te identificeren en markeer deze positie met een markeerstift.

Injecteer één tot twee milliliter lokale anesthesie in de gemarkeerde incisie. Gebruik vervolgens een scalpel nummer 11 om de gemarkeerde incisie tot aan het schedeloppervlak in te snijden en gebruik een monopolaire cauterisatie met een gecoate operator om de dermis en het diepere weefsel te cauteriseren met behulp van het geleideblok. Om de juiste trajectorie te behouden, wordt er een boorgat gemaakt met een torsieboor van 2,1 millimeter en een handelektrische boor.

Open de dura met monopolaire cauterisatie, geleid door een starre gecoate operator-sonde, terwijl de trajectie nog steeds met het geleideblok wordt gestuurd. Schroef een ankerbout in het gat en plaats een vooraf gemeten stylet-sonde door de ankerbout om een kanaal voor de elektrode te creëren. Voer vervolgens de elektrode voorzichtig voort tot de vooraf berekende diepte en draai de ankerbout met de dop vast om de elektrode te fixeren zodra deze op zijn plaats zit.

Om een adequaat placeringstraject voor al alle elektroden te waarborgen, wordt het steriel afgedekte fluoroscoop in het operatieveld gebracht en wordt er een AP-fluoroscopisch beeld verkregen. Sluit vervolgens de elektroden aan op het klinische EEG-systeem om de juiste impedanties te verifiëren. Breng het verband aan.

Verwijder het stereotactische hoofdframe en laat de patiënt ontwaken uit de anesthesie. Open voor de opstelling van de gedragstaak de betreffende gedragssoftware en stel het conditiebestand in dat is ontworpen voor het uitvoeren van de multisource interferentietaak. Om alle vier de trial-typen met een gelijke frequentie op te nemen, drukt u op de knop voor het instellen van de condities om het gewenste conditiebestand te kiezen.

Klik vervolgens op 'test' in het weergavevenster om de gedragsmonitor te testen. De testvisuele stimulus zou gedurende twee tot drie seconden moeten verschijnen. Sluit daarna de knoppenkast aan op de analoge ingangen van de data-acquisitiekaart en op een stroombron.

Gebruik een lintkabel die is gesplitst in negen linten om acht van de linten te verbinden met poort nul tot en met zeven op het digitale IO-gedeelte van de data-acquisitiekaart. Verbind het negende lint met de nulpoort op het digitale PFI-gedeelte van de kaart. Stel vervolgens de gewenste bemonsteringssnelheid in de software van de neurale signaalprocessor in.

Hier is bijvoorbeeld de gewenste bemonsteringssnelheid ingesteld op 50 000 samples per seconde, met een alias en downsample online van 1000 samples per second. Voltooi de installatie door de versterker via een glasvezelkabel aan de neurale signaalprocessor te koppelen, en de neurale signaalprocessor via een glasvezelkabel aan de datastreamer en de optische PCI-kaart in de computer voor neurale data-acquisitie te verbinden. De sleutel tot een succesvolle data-acquisitie is het testen van de signaalverwerkingsopstelling voordat men de kamer van de patiënt betreedt, zodat de opname vlot kan verlopen.

Wanneer de gedragsmonitor gereed is, wordt de onderzoeksopstelling naar de kamer van de patiënt getransporteerd, waarbij de monitor op een verrijdbare tafel voor de patiënt wordt geplaatst. Sluit de monitor met een standaard DVI-kabel aan op de computer voor gedragscontrole en plaats de opnameapparatuur op een onopvallende locatie.

Sluit vervolgens het onderzoekssysteem aan op de splitterbox die de opname van het onderzoek scheidt van het klinische systeem. Geef daarna de knoppenbox aan de patiënt en instrueer de patiënt om het doelwit te identificeren door op de overeenkomstige knop te drukken. Klik ten slotte op 'run' om de taak te starten en laat de patiënt twee blokken van elk 150 trials voltooien, waarbij de software voor de neurale signaalprocessor wordt gebruikt om de opnameparameters te regelen.

Zodra een patiënt is geselecteerd voor de plaatsing van stereotactische EEG-elektroden, wordt een volumetrische T2- en T1-contrastversterkte MRI uitgevoerd. De trajecten voor de stereotactische EEG-elektroden worden vervolgens gepland met behulp van de stereotactische navigatie van de volumetrische MRI-sequenties. Deze techniek maakt het mogelijk om lokale veldpotentialen te verzamelen uit structuren diep in de cortex, zoals de dorsale anterior cingulate cortex zoals hier wordt getoond, wat niet mogelijk zou zijn met een typische plaatsing van oppervlakte-elektroden.

Na een adequaat aantal pogingen van de multi-bron interferentie-taak worden de lokale veldpotentiaalgegevens van de stereotactische EEG-elektroden in de dorsale anterior cingulate cortex voorbewerkt om de lokale veldpotentiaalgegevens af te stemmen op de presentatie van de Q voor verdere downstream-analyse. Bovendien kunnen de lokale veldpotentiaalgegevens, zodra ze zijn afgestemd, worden gemiddeld om de veranderingen in de gemiddelde elektrofysiologische respons tussen de soorten pogingen te onderzoeken. Vervolgens worden multi-taper spectrogrammen gemaakt om de veranderingen in de frequentiebanden over de tijd te onderzoeken.

Inderdaad, zoals bij scalp-EEG-studies is gebleken, zijn verschillende frequentiebanden betrokken bij de activiteit die wordt waargenomen in de dorsale anterior cingulate cortex. Tijd-frequentieanalyse is een belangrijke methode om de elektrofysiologische veranderingen in de dorsale anterior cingulate cortex te koppelen aan het bijbehorende gedrag. Zodra de techniek beheerst is, duurt het ongeveer twee tot drie uur met minimale complicaties.

Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de cognitieve taak af te stemmen op de corticale of subcorticale regio die wordt geregistreerd. Na deze procedure kunnen andere methoden voor data-analyse worden toegepast, zoals tijd-frequentieanalyse. Hiermee kunnen we de effecten van verschillende soorten neuro-oscillaties op verschillende tijdstippen ontrafelen.

Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe electrofysiologische signalen uit diepe hersengebieden kunnen worden geregistreerd met behulp van stereotactisch geplaatste elektroden en een data-acquisitiesysteem.