Bestudering van de functie van Deep Corticale en subcorticale structuren met behulp van stereotactische Electroencephalography: Lessen uit de anterior cingulate cortex
15 april 2015
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.
Het algemene doel van deze procedure is het registreren van elektrofysiologische signalen van diep binnenin de hersenen. Dit wordt bereikt door eerst elektroden in de doelregio's te plaatsen. De dataverzamelinstallatie wordt vervolgens naast het bed van de patiënt geplaatst, en de patiënt wordt geïnstrueerd hoe hij een eenvoudige cognitieve taak moet uitvoeren in de laatste stap.
De elektrofysiologische signalen worden via de elektroden geregistreerd terwijl de patiënt de taak uitvoert. Uiteindelijk wordt multi-tapered spectrale analyse gebruikt om variaties in het lokale veldpotentieel in de dorsale voorste cingulumcortex aan te tonen, afhankelijk van de moeilijkheidsgraad van de cognitieve taak. Het voordeel van stereo ence holografie ten opzichte van andere opnametechnieken zoals subdurale rasterimplantatie is dat we met stereo EEG toegang hebben tot diepe structuren binnenin de hersenen.
Dit is klinisch voordelig wanneer we denken dat aanvallen mogelijk ontstaan uit deze diepe structuren en ook vanuit een onderzoeksperspectief, omdat het ons toegang geeft tot delen van de hersenen die we normaal niet kunnen bereiken. De patiëntselectie is cruciaal omdat deze techniek bijzonder geschikt is voor het lokaliseren van aanvallen die afkomstig zijn van diepe corticale en subcorticale structuren. Dergelijke opnames kunnen ons helpen belangrijke vragen in de epilepsiegeld te beantwoorden, bijvoorbeeld, waar beginnen aanvallen?
Waar verspreiden aanvallen zich, en hoe kunnen we deze gebieden in kaart brengen? Met standaard EEG-technieken kan deze methode inzicht bieden in epilepsie en de oorsprong van aanvallen, en we kunnen het ook toepassen op andere aspecten van de neurowetenschap zoals cognitie, geheugen en sociale bewustzijn. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn met deze methode worstelen met de gegevensverzamelcomponent van de techniek, omdat het verkrijgen van elektrofysiologische signalen complex kan zijn.
Na de CT-scan, breng de patiënt terug naar de operatiekamer en bereid het operatieveld voor volgens routine-sterielmethoden. Vervolgens, met behulp van gedrukte stereotactische coördinaten uit de scan, stel de coördinaten voor de eerste diepe elektrode op het hoofdframe in de laterale verticale en antero-posteriore vlakken in. De coördinaten worden geverifieerd en indien nodig aangepast door een cos-chirurg. Gebruik een computerwerkstation in de operatiekamer om met de geleidingsblok de invoersite op de huid te identificeren en markeer deze positie met een markeerstift.
Injecteer een tot twee milliliter lokale verdoving in de gemarkeerde incisie. Gebruik vervolgens een scalpel nummer 11 om de gemarkeerde incisie tot aan de schedel in te snijden en gebruik een monopolaire coagulator gericht met een gecoate operator om het dermis en diep weefsel te cauteriseren met behulp van de geleidingsblok. Om de juiste richting te behouden, maak een boorgat met een 2,1 millimeter twistboor en een draadloze elektrische boor.
Open de dura met behulp van monopolaire coagulatie geleid door een stijve gecoate operator sonde, nog steeds de richting geleidend met de geleidingsblok. Schroef een ankerbout in het gat en plaats een vooraf gemeten stylet sonde door de ankerbout om een spoor voor de elektrode te maken. Breng vervolgens de elektrode voorzichtig naar de vooraf berekende diepte en draai de ankerbout vast om de elektrode eenmaal op zijn plaats te bevestigen.
Om een adequate plaatsingstraject voor alle elektroden te garanderen, breng de steriele beklede fluoroscoop naar het operatieveld en verkrijg een AP fluoroscopische afbeelding. Verbind vervolgens de elektroden met het klinische EEG-systeem om de juiste impedanties te verifiëren. Plaats het verband.
Verwijder het stereotactische hoofdframe en wek de patiënt uit de narcose. Voor de opzet van de gedragstaak, open de geschikte gedragssoftware en stel het voorwaardenbestand in dat is ontworpen om de multibroninterferentie-taak uit te voeren. Om alle vier de proeftypen van gelijke frequentie op te nemen, drukt u op de knop voorwaarden instellen om het gewenste voorwaardenbestand te kiezen.
Klik vervolgens op test in het weergavevak om de gedragsweergavemonitor te testen. De testvisuele stimulus zou twee tot drie seconden moeten verschijnen. Verbind vervolgens de knoppenbox met de analoge ingangen op de dataverzamelbord en met een voedingsbron.
Gebruik een lintkabel opgesplitst in negen linten om acht van de linten aan poort nul tot zeven op de digitale IO-portie van het dataverzamelbord te verbinden. Verbind de negende lint met poort nul op de digitale PFI-portie van het bord. Stel vervolgens de gewenste bemonsteringssnelheid in de neurale signaalprocessorsoftware in.
Bijvoorbeeld, hier is de gewenste bemonsteringssnelheid ingesteld op 50.000 samples per seconde met een alias en online downsamplen van 1000 samples per seconde. Voltooi de installatie door de versterker aan te sluiten op de neurale signaalprocessor via glasvezelkabel en de neurale signaalprocessor aan te sluiten op de datastreamer en de optische PCI-kaart in de neurale dataverzamelcomputer via glasvezelkabel. De sleutel tot het garanderen van succesvolle gegevensverzameling is het testen van de signaalverwerkingsinstallatie voordat u de patiëntenkamer binnengaat, zodat een opname soepel kan verlopen.
Wanneer de gedragsmonitor klaar is. Breng de onderzoeksinstallatie naar de patiëntenkamer en plaats de monitor voor de patiënt op een draagbare tafel. Verbind de monitor met de gedragsbesturingscomputer met een standaard DVI-kabel en plaats de opname-installatie op een onopvallende locatie.
Verbind vervolgens het onderzoekssysteem met de splitterbox die de onderzoeksopname scheidt van het klinische systeem. Geef vervolgens de knoppenbox aan de patiënt en instrueer de patiënt om het doelwit te identificeren door op de overeenkomstige knop te drukken. Klik tenslotte op uitvoeren om de taak uit te voeren en laat de patiënt twee blokken van 150 proeven elk voltooien met behulp van de neurale signaalprocessorsoftware om de opnameparameters te regelen.
Eenmaal een patiënt is geselecteerd voor stereotactische EEG-elektrodeplaatsing, wordt een volumetrische T twee en T
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Stereotactische Elektroencefalografie (SEEG) is een operatieve techniek die wordt gebruikt in epilepsiechirurgie om aanvallenhaarden te lokaliseren en hersenfunctie te onderzoeken. Dit artikel beschrijft het gebruik van SEEG om cognitieve processen bij menselijke proefpersonen te verkennen.
Belangrijkste studieonderdelen
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Elektrofysiologie
- Cognitieve neurowetenschap
Achtergrond
- SEEG maakt het mogelijk om op te nemen vanuit diepe hersenstructuren.
- Het is nuttig voor het begrijpen van de neurale basis van cognitieve taken.
- De techniek wordt gebruikt bij patiënten die een epilepsieoperatie ondergaan.
- Elektroden worden in gerichte hersengebieden geplaatst om signalen op te vangen.
Doel van de studie
- Om elektrofysiologische signalen tijdens cognitieve taken op te nemen.
- Om lokale veldpotentiaalactiviteit te analyseren in relatie tot taakmoeilijkheid.
- Om de voordelen van SEEG ten opzichte van andere opnametechnieken te demonstreren.
Gebruikte methoden
- Plaatsing van elektroden in doelhersengebieden.
- Installatie van de data-acquisitieruimte aan het bed van de patiënt.
- Instructie van patiënten om cognitieve taken uit te voeren.
- Multi-versmallende spectrale analyse van opgenomen signalen.
Belangrijkste resultaten
- Er werden verschillen in lokale veldpotentiaalactiviteit waargenomen.
- Activiteit in de dorsale anterieure cingulumcortex varieerde met taakmoeilijkheid.
- SEEG bood toegang tot diepe hersenstructuren die met andere methoden niet beschikbaar zijn.
- De data ondersteunt het gebruik van SEEG voor onderzoek in de cognitieve neurowetenschap.
Conclusies
- SEEG is een waardevol hulpmiddel voor het onderzoeken van cognitieve processen.
- Het verbetert ons begrip van hersenfunctie in relatie tot gedrag.
- De techniek kan toekomstige epilepsiebehandelingsstrategieën informeren.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Stereotactic Electroencephalography (SEEG) enables direct electrophysiological access to deep cortical and subcortical structures, supporting high-confidence target validation in neuropsychiatric and neurological research. By capturing local field potentials during cognitive tasks, SEEG provides quantitative, region-specific data critical for mechanistic de-risking and translational continuity in CNS drug discovery. This capability strengthens predictive confidence at the discovery and preclinical inflection points for portfolio advancement.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of deep brain targets implicated in cognitive control and decision-making.
- Supports functional validation of neural circuits inaccessible to surface EEG or subdural grids.
- Provides mechanistic de-risking by linking electrophysiological signatures to behavioral outputs.
- Facilitates portfolio triage by clarifying target engagement in disease-relevant systems.
Screening & Assay Development
- Establishes validated electrophysiological readouts for downstream compound screening.
- Delivers reproducible, quantitative local field potential measurements for assay standardization.
- Enables robust comparison of intervention effects across cognitive task conditions.
- Prepares disease-relevant systems for scalable screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns human electrophysiological biomarkers with preclinical models for translational continuity.
- Supports risk-adjusted advancement by providing direct evidence of target modulation in vivo.
- Enables cross-species validation of neural circuit engagement in cognitive paradigms.
- Reduces late-stage biological risk through mechanistic linkage of neural activity and behavior.
Pipeline & Workflow Integration
SEEG integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical research, bridging human mechanistic insights with translational biomarker development.
- Discovery Biology: Provides direct hypothesis testing and pathway clarification in deep brain regions.
- Screening: Supplies quantitative, reproducible electrophysiological outputs for assay readiness.
- Analytics: Enables spectral and time-frequency analyses to compare neural responses across conditions.
- Translational Research: Connects human neural signatures to preclinical endpoints for biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for investigating diverse cognitive and neuropsychiatric targets.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation.
- Operational Value: Standardizes deep brain electrophysiological data acquisition and analysis workflows.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and enhances capital efficiency by clarifying biological risk early.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of CNS programs.
Implementation Considerations
- Requires specialized neurosurgical and electrophysiological expertise for electrode placement and data acquisition.
- Demands advanced instrumentation for high-fidelity signal recording and spectral analysis.
- Necessitates rigorous cross-team standardization of behavioral tasks and data processing pipelines.
- Adaptation across model systems may be limited by anatomical and ethical constraints.
- Data acquisition complexity and patient selection criteria must be carefully managed for reproducibility.
