Gecombineerd Invasieve Subcortical en niet-invasieve Surface Neurofysiologische Opnames voor de evaluatie van cognitieve en emotionele functies in Humans

Het algemene doel van deze procedure is om de cognitieve en emotionele functies van interagerende hersenstructuren te beoordelen door middel van gelijktijdige opnames van zowel diepe als oppervlakkige neuronale bronnen. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen in de menselijke neurofysiologie, zoals de relatie tussen hersenactiviteitspatronen en hersenfuncties, met name met betrekking tot diepliggende, nauwelijks toegankelijke hersengebieden.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het gebruikmaakt van het raamwerk van patiënten met diepe hersenstimulatie om live informatie van corticale en subcorticale structuren bij mensen te extraheren tijdens cognitieve en emotionele taken. De opnamestappen in deze sectie richten zich op een patiënt met een bewegingsstoornis die een flanker-taak uitvoert. De analysestappen in de volgende sectie richten zich echter op een patiënt met een chronische bewustzijnsstoornis die luistert naar een cognitief-emotioneel spraakparadigma.

Begin met het opstellen van de elektro-encefalografie-, of EEG-apparatuur in de testruimte. Verbind de opnamecomputer met het EEG-systeem en start de EEG-opnamesoftware. Klik op Bestand en vervolgens op Nieuwe Werkruimte om de werkruimte in de EEG-opnamesoftware te definiëren door een bemonsteringsfrequentie van 5 kHz, een lage en hoge afsnijfrequentie, EEG-kanalen volgens het internationale 10-20 systeem en lokale veldpotentiaal-, of LFP-kanalen op te geven.

Klik op Monitor om te verifiëren dat de opgegeven kanalen nu zijn ingesteld voor opname. Stel vervolgens de stimuluscomputer in en controleer de verbinding met de parallelle poort van het EEG-systeem. Start de stimulussoftware.

Klik op Run om de functionaliteit van het paradigma op de computermonitor te controleren. Verifieer dat triggers van de stimuluscomputer naar het registratiesysteem worden verzonden door hun verschijning in de EEG-registratiesoftware te controleren tijdens de presentatie van stimuli, alsook tijdens de respons van het subject. Markeer de vertex van het hoofd van de patiënt als het middelpunt tussen het nasion en het inion met behulp van een huidmarkerpen.

Mark vervolgens de gekozen EEG-elektrodeposities volgens het 10-20 systeem. Reinig elke geselecteerde locatie met een isopropylalcoholdoekje en schuurpasta. Bevestig daarna de EEG-oppervlakte-elektroden op de hoofdhuid.

Afhankelijk van de beschikbare ruimte kan alternatief een multi-channel EEG-net worden gebruikt. Een andere geavanceerde methode om oppervlakkige hersenactiviteit te beoordelen is magneto-encefalografie, of MEG. Sluit de percutane verlengingskabel van de diepe hersenstimulatie-elektroden, of DBS-elektroden, aan op een externe kabelconnector.

Sluit elke elektrode van de externe kabelconnector aan op de EEG-controlebox, overeenkomstig de configuratie voor de EEG-registratie. Sluit de EEG-hoofdelektroden aan op de EEG-controlebox. Geef vervolgens de patiënt instructies over de flanker-taak.

Zorg ervoor dat de patiënt comfortabel ligt en instrueer hem om het experiment op elk gewenst moment te staken bij ongemak. Klik op Run in de stimulussoftware zodat de patiënt het paradigma op de monitor kan zien. Voer een trainingssessie uit met de patiënt totdat deze zich comfortabel voelt bij de taak.

Start tenslotte de gelijktijdige registratie van subcorticale LFP- en corticale EEG-hersenactiviteit terwijl de patiënt de flanker-taak uitvoert. Begin met het openen van de EEG-analysesoftware. Klik op New om de geregistreerde gegevens van het emotionele cognitieve spraakparadigma te visualiseren door de mappaden en de naam van de gegevens op te geven.

Klik op Edit Channels om de kanalen van belang te selecteren. Klik vervolgens op Channel Preprocessing en daarna op New Reference om aangrenzende DBS-contacten opnieuw te refereren, waarmee virtuele bipolaire contexten voor het linker- en rechterhemisfeer worden gecreëerd. Klik op Raw Data Inspection om de gegevens te screenen op fysiologische en apparatuurgerelateerde artefacten, met speciale aandacht voor motorische jitter en storingen van de apparatuur.

Markeer de segmenten waarin artefacten aanwezig zijn. Klik vervolgens op Data Filtering en daarna op IIR Filters om een notch-filter op te geven en kies Butterworth zero phase filters door de lage en hoge afsnijparameters te specificeren. Klik op Change Sampling Rate om de opnamesignalen te downsamplen naar een gespecificeerde frequentie, en specificeer tevens het interpolatietype.

Exporteer de bipolaire kanalen van belang door op Export en vervolgens op Generic Data te klikken. Exporteer triggergegevens door op Export en vervolgens op Markers te klikken. Geef de te exporteren bestanden een naam door een T-X-T-formaat te selecteren.

Start vervolgens MATLAB op en klik op Set Path om het pad naar de mappen van de veldstudie toe te voegen. Bereken de spectrale LFP-vermogens voor de kanalen van belang door eerst in script één het pad en de naam van de EEG- en LFP-bestanden op te geven en dit script uit te voeren om een bestand te genereren met de datastructuur die vereist is voor script twee. Voer vervolgens script twee uit nadat de parameters voor spectrale analyse zijn gespecificeerd, zoals de spectrale methode, frequentie, het tijdsinterval van belang en de baseline-correctie, evenals de statistische parameters, zoals het type analyse en de P-waarde.

Bereken vervolgens de coherentie tussen subcorticale en corticale hersensignalen door script drie uit te voeren, nadat de segmentlengte, het overlappercentage, de frequenties van belang en het type analyse zijn gespecificeerd. Bereken ten slotte de cross-frequency phase amplitude coupling door de software-implementatie uit te voeren die beschikbaar is als aanvullend bestand in de hier vermelde referentie. Dit protocol beoordeelde emotionele cognitieve functies in de thalamus tijdens het hier getoonde paradigma.

Met stimuli van neutrale niet-addresserende spraak en vertrouwde addresserende spraak. Hier onthulde stimulus-gekoppelde modulatie van oscillatoire activiteit binnen de centrale thalamus een rechtszijdige toename van het bèta-vermogen binnen de eerste seconde bij het contrasteren van neutrale addresserende versus vertrouwde addresserende condities. Analyse van de vermogensverandering die correspondeert met de LFP twee drie onthulde een vroege bèta-toename binnen de eerste seconde, evenals een late datamodulatie.

Verder werd een significante toename van theta onthuld in de conditie van bekende adressering bij vier tot zes komma vijf hertz, en een tijdsinterval van twee komma zes tot twee komma acht seconden op de LFP 23. Zodra deze techniek onder de knie is, kan deze in één uur worden voltooid mits deze correct wordt uitgevoerd. Bij het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om te onthouden dat de ruimtelijke resolutie van de opnames die met deze techniek worden verkregen, op het niveau van lokale veld- en EEG-potentialen ligt.

Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u gecombineerde invasieve en niet-invasieve neurofysiologische registraties bij mensen uitvoert om cognitieve en emotionele functies te beoordelen.