Wszystkie procedury z udziałem ludzi zostały przeprowadzone zgodnie z instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi dobrobytu ludzi i zostały sprawdzone przez lokalną komisję rewizyjną instytucji.
1. Projekt paradygmatu eksperymentalnego i zgoda pacjenta
UWAGA: Zaprojektuj eksperymentalny paradygmat lub wybierz istniejący eksperymentalny paradygmat, aby skupić się na poznawczym/emocjonalnym aspekcie zainteresowania.
- Wybierz pacjentów, którzy zostaną poddani leczeniu DBS. Należy zapytać, czy pacjent spełnia kryteria włączenia do badania. Jeśli tak, należy uzyskać podpisaną świadomą zgodę pacjenta i/lub komisji etycznej (jeśli dotyczy) na przeprowadzenie pooperacyjnej rejestracji i zastosowanie odpowiedniego paradygmatu poznawczego.
nuta: Rejestracja pooperacyjna odbywa się następnego dnia po przeprowadzeniu wstępnej operacji DBS w celu wszczepienia elektrod DBS (wraz z ich odpowiednim eksternalizacją z głowy za pomocą specjalnych), a przed przeprowadzeniem drugiej operacji w celu trwałego wszczepienia elektrod i stymulatorów DBS.
- W zadaniu Flankera (Przykład 1) uzyskaj podpisaną świadomą zgodę od pacjenta z zaburzeniami ruchowymi (np. chorobą Huntingtona lub Parkinsona) na przeprowadzenie zapisu pooperacyjnego. Celem eksperymentu Flankera jest przetestowanie zdolności pacjenta do przystosowania się do błędnego zachowania i określenie, w jaki sposób taka adaptacja znajduje odzwierciedlenie w aktywności oscylacyjnej mózgu na poziomie kory mózgowej i podkorowej.
UWAGA: Wybór pacjenta jest podyktowany mechanizmem poznawczym, którym należy się zająć, oraz zaburzeniem pacjenta. W przykładzie przypadku DBS-DOC (Przykład 2) wybrano pacjentkę z DOC, która doznała urazu głowy w wieku 38 lat. Ze względu na stan pacjenta ograniczający świadomą zgodę, leczenie DBS i udział w eksperymencie zostały zatwierdzone wyłącznie przez lokalną komisję etyczną. Głównym celem zapisu pooperacyjnego DOC było ustalenie, czy funkcja mózgu w odniesieniu do przetwarzania poznawczo-emocjonalnego jest nadal nienaruszona u pacjenta z tak ciężkim zaburzeniem świadomości.
- Wybierz rodzaj bodźca, który ma być prezentowany (słuchowy, wzrokowy). Określ kolejność prezentacji bodźca (projekt blokowy lub mieszany). Wybierz czas trwania bodźca, interwał między bodźcami (ISI) i liczbę prób.
- Jako jeden praktyczny przykład, wykonaj zadanie Flanker (Przykład 1, Rysunek 1A), aby zbadać zdolność do adaptacji zachowania w odpowiedzi na popełnienie błędów reakcji. Zadanie to składa się z bodźców wzrokowych (flankowane groty strzał ułożone pionowo).
- Flankuj bodziec docelowy (grot strzałki pośrodku) dwiema sąsiednimi strzałkami (powyżej i poniżej celu) skierowanymi w tym samym (zgodnym) lub przeciwnym (niezgodnym) kierunku. Dodatkowo rozważ zatrzymanie prób (kółko pośrodku).
- Przedstaw cel w lewo lub w prawo i poproś uczestnika, aby nacisnął przycisk odpowiedzi lewym lub prawym kciukiem. W próbach zatrzymania poinstruuj uczestników, aby nie odpowiadali. Flankery powinny znajdować się 200 ms przed celem. Wyświetla cel przez 300 ms i ustawia interwał bodźca odpowiedzi na 2,000 ms (czas, który upłynął, jest wskazywany sygnałem dźwiękowym). W tym zadaniu przedstaw w sumie cztery bloki po 120 bodźców każdy. Prezentuj losowo bodźce zgodne (60%), niezgodne (20%) i przerywane (20%).
nuta: Ta wartość odstępu między bodźcami została wybrana, aby uniknąć dużej liczby pominiętych badań przy rozpatrywaniu pacjentów z niepełnosprawnością ruchową. Flankery i cele zostały wyłączone jednocześnie, a pacjenci zostali poinstruowani, aby zareagować tak szybko, jak to możliwe.
nuta: W przykładzie przypadku DBS-DOC (Przykład 2, Rysunek 1B) paradygmat eksperymentalny składał się z neutralnych bodźców mowy nieadresujących i adresowanych do znajomych26 w projekcie blokowym. Czas trwania bodźca ustalono na 4 sekundy (z randomizowanym interwałem między bodźcami 4 i 5 sekund). W tym paradygmacie uwzględniono łącznie 80 prób dla każdego warunku (ryc. 1B).
- Wyobraź sobie fizyczne ograniczenia i potrzeby pacjenta w nagraniu pooperacyjnym. W szczególności określ, czy pacjent jest w stanie korzystać z klawiatury komputera, biorąc pod uwagę obecność nadmiernych ruchów pląsawicy (choroba Huntingtona) lub drżenia (choroba Parkinsona).
- Upewnij się, że pacjent widzi monitor (ponieważ znieczulenie miejscowe lub stereotaktyczna rama głowy zastosowana podczas operacji DBS mogły spowodować obrzęk twarzy i wokół oczu) i wygodnie siedzieć przez cały czas trwania eksperymentu. Nie należy wykonywać eksperymentu, jeśli pacjent nie spełnia tych warunków.
2. Przygotowanie do pooperacyjnych zapisów podkorowych (lokalne potencjały pola lub LFP) i powierzchniowych (EEG)
- Ustaw sprzęt EEG (patrz Materiały w plikach dodatkowych) w pomieszczeniu, w którym będzie przeprowadzany eksperyment. Podłącz komputer rejestrujący do systemu EEG. Uruchom oprogramowanie do rejestracji EEG (patrz "materiały" w plikach dodatkowych).
- Kliknij "Plik", a następnie "Nowe pole robocze", aby zdefiniować obszar roboczy w oprogramowaniu do rejestracji EEG, określając: częstotliwość próbkowania 5 kHz, niską częstotliwość odcięcia (DC) i wysoką częstotliwość odcięcia (1 000 Hz), kanały EEG zgodnie z międzynarodowym systemem 10/20 (co najmniej: czołowo-centralne (Fz), centro-centralne (Cz), czołowo-polarne odniesienie (Fpz) i naziemne (wyrostek sutkowaty) oraz w zależności od paradygmatu ponadto ciemieniowo-centralne (Pz), kanały potyliczno-centralne (Oz), skroniowe (T3/T4), czołowo-przyśrodkowe (F3/F4), czołowo-boczne (F7/F8) ) (ryc. 2D) i LFP (LFPL 0, LFPL1, LFPL2, LFPL3 (lewa półkula, ryc. 2C); LFPR0, LFPR1, LFPR2 i LFPR3 (prawa półkula)). Kliknij "Monitor", aby sprawdzić, czy określone kanały są teraz skonfigurowane do nagrywania.
nuta: Przestrzeń robocza powinna być przygotowana wcześniej, aby zminimalizować czas eksperymentu i nadzorować nieoczekiwane zmiany w konfiguracji nagrania. Zapewni to najwyższą rozdzielczość czasową, prawidłowe ustawienia filtrów, odpowiednią częstotliwość próbkowania oraz właściwy dobór interesujących nas kanałów.
- Skonfiguruj komputer bodźca, podłączając port równoległy do systemu EEG. Uruchom oprogramowanie stymulacyjne. Kliknij "uruchom", aby sprawdzić funkcjonalność paradygmatu na monitorze komputera (bodźce wizualne) i/lub głośnikach (bodźce słuchowe, sygnały dźwiękowe). Upewnij się, że markery (wyzwalacze) z komputera bodźców są wczytywane do systemu rejestracji podczas prezentacji bodźców i reakcji badanego, sprawdzając ich pojawienie się w oprogramowaniu do zapisu EEG.
nuta: Wyzwalacze z urządzeń stymulujących muszą trwać co najmniej 200 μs, aby mogły zostać wykryte przez system EEG (z częstotliwością próbkowania 5 kHz). Ponieważ wyzwalacze są markerami zdarzeń związanych ze zdarzeniami lub aktywnością związaną z wywołaniem, które występują w określonym czasie, ich funkcja ma kluczowe znaczenie dla późniejszej analizy danych. W przykładzie przypadku DBS-DOC (przykład 2) paradygmat eksperymentalny (ryc. 1B) składał się z bodźców słuchowych (znanych i nieznanych głosów), więc wyzwalacze ustawiono na początku i na końcu każdego prezentowanego bodźca. W przypadku zadania Flanker (Ryc. 1A) wyzwalacze były ustawiane w momencie, gdy 1) pojawiły się bodźce flankujące i docelowe, 2) pacjent zareagował i 3) słychać było sygnał dźwiękowy informujący pacjenta, że upłynął czas reakcji.
- Oznacz wierzchołek głowy pacjenta jako punkt środkowy między nasionem a wcięciem za pomocą markera do skóry i postępując zgodnie z zaleceniami doświadczonego neurologa lub specjalisty EEG. Dodatkowo należy oznaczyć wybrane pozycje elektrod EEG za pomocą systemu 10-20. Przymocuj elektrody powierzchniowe EEG do skóry głowy, najpierw czyszcząc każde wybrane miejsce wacikiem nasączonym alkoholem izopropylowym, a następnie używając pasty ściernej.
nuta: Takie działania są ograniczone przez umieszczenie bandaży na głowie pacjenta z DBS. Jednak doświadczony neurolog powinien być w stanie określić odpowiednią (przybliżoną) lokalizację dla każdej elektrody/kanału. Aby zapewnić prawidłowy kontakt, odsuń włosy na bok (jeśli dotyczy). Ze względu na łatwość umieszczenia można stosować elektrody samoprzylepne zabezpieczone taśmą chirurgiczną.
- Podłącz zewnętrzne elektrody DBS do przedłużenia przezskórnego. Podłącz przezskórne przedłużenie do zewnętrznego złącza. Podłącz każdą elektrodę dostarczoną przez złącze zewnętrznego do skrzynki sterowniczej EEG zgodnie z konfiguracją zapisu EEG. Podłącz elektrody EEG skóry głowy do skrzynki kontrolnej EEG, najpierw podłączając masę i odniesienie.
- Przymocuj elektrody EMG (elektrody referencyjne i aktywne) do określonych mięśni, najpierw czyszcząc obszar wacikiem nasączonym alkoholem izopropylowym. Następnie podłącz elektrody EMG do skrzynki kontrolnej EEG.
nuta: Ten etap jest opcjonalny i wykonywany głównie wtedy, gdy zadania motoryczne są uwzględniane w paradygmacie lub gdy wymagane jest monitorowanie aktywności mięśni, jak w przypadku pacjentów z zaburzeniami motorycznymi.
- Kliknij "Monitoruj", aby wyświetlić dane. Upewnij się, że sygnały EEG i EMG wyświetlane na monitorze są wolne od artefaktów, wykrywając obecność drgań i nałożonych składowych o wysokiej częstotliwości. Zapoznaj się z wytycznymi dotyczącymi rodzajów artefaktów i innych czynników związanych z rejestracją sygnałów elektroencefalograficznych35 i/lub poproś o poradę techniczną doświadczonego neurologa lub neurobiologa, dopóki nie zapoznasz się z rodzajem zaburzeń występujących w takich zapisach fizjologicznych.
nuta: Ten krok jest ważny, aby zapewnić wysoką jakość sygnałów do analizy danych w trybie off-line.
3. Rejestracja pooperacyjnej aktywności mózgu podkorowej (LFP) i powierzchniowej (EEG)
- Przekaż instrukcje pacjentowi. Upewnij się, że pacjent czuje się komfortowo i poinstruuj go, aby przerwał eksperyment w dowolnym momencie dyskomfortu.
- Kliknij przycisk "uruchom" w oprogramowaniu bodźca, aby pacjent był w stanie zobaczyć paradygmat na monitorze i/lub posłuchać sygnałów dźwiękowych i dźwięków. Przeprowadź sesję treningową z pacjentem, dopóki nie poczuje się komfortowo z zadaniem. Rozpocznij jednoczesne rejestrowanie podkorowej (LFP) i korowej (EEG) aktywności mózgu, podczas gdy pacjent wykonuje zadanie eksperymentalne.
nuta: W przypadku przykładu DBS-DOC (Przykład 2) paradygmat składał się z bodźców słuchowych w konstrukcji blokowej, jak opisano na rysunku (Rysunek 1B). W przypadku zadania Flankera (ryc. 1A) bodźce wzrokowe odpowiadające trzem warunkom (zgodność (60%), niezgodność (20%) i próba zatrzymania (20%)) były prezentowane losowo w ramach każdego bloku (projekt mieszany), każdy blok składał się ze 120 bodźców, a paradygmat składał się w sumie z czterech bloków. Po sfinalizowaniu zadania dane są przechowywane na dysku twardym komputera rejestrującego w celu późniejszego przesiewu offline i analizy ilościowej.
