Name: Wykonywanie zadań behawioralnych u osób z elektrodami wewnątrzczaszkowymi (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-10-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 10 s
Description: Poznaj metodę rejestracji aktywności mózgu podczas zadań decyzyjnych u pacjentów z elektrodami wewnątrzczaszkowymi. Technika ta oferuje wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową, umożliwiając badanie procesów poznawczych i kontroli motorycznej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca została wsparta przez EFRI-MC3: # 1137237 przyznane S.V.S. i J.T.G.

Wszystkie zadania zostały wykonane zgodnie z zatwierdzonym protokołem przedłożonym do Institutional Review Board (IRB) Fundacji Cleveland Clinic. Proces świadomej zgody został przeprowadzony z każdym pacjentem przed wszystkimi działaniami badawczymi. W tym przykładzie wybrano osobę spełniającą kryterium badania, która miała wszczepione elektrody stereoelektroencefalograficzne (SEEG) w celu napadu padaczkowego. Projekt został omówiony z podmiotem i wyrazili oni zgodę na udział.
1. Rejestracja pacjentów
<ol>
	<li>Ocena pacjentów z padaczką oporną na leczenie pod kątem implantacji elektrody wewnątrzczaszkowej. Jeśli pacjent jest dobrym kandydatem do inwazyjnej operacji, przeanalizuj MRI, PET i MEG pacjenta wraz z patologią napadów, aby zoptymalizować rozmieszczenie elektrod. Zespół kliniczny przeprowadza wszystkie oceny i nie są podejmowane żadne decyzje do celów badawczych. .</li>
	<li>Identyfikacja pacjentów kwalifikujących się do badania po ocenie pod kątem implantacji i weryfikacja pacjentów zgodnie z zatwierdzonym protokołem IRB w oparciu o kryteria włączenia/wyłączenia. 
	UWAGA: W najlepszym interesie pacjenta jest włączenie osób z aurą do kryteriów włączenia. Pacjenci z aurą są w stanie powiadomić badaczy, że wkrótce będą mieli napad; danie badaczom i pacjentowi czasu na podjęcie niezbędnych środków ostrożności (naciśnięcie alarmu napadowego w celu powiadomienia personelu klinicznego i usunięcie całego sprzętu z drogi). Jeśli jednak rekrutowane są osoby, które nie mają aury, należy upewnić się, że urządzenia wejściowe dla pacjenta można łatwo usunąć z obszaru pacjenta i że personel jest świadomy sprzętu badawczego i protokołu.</li>
	<li>Uzyskanie świadomej zgody przed podjęciem jakichkolwiek działań badawczych zgodnie z IRB. Podczas świadomej zgody wyjaśnij przebieg badania, podkreślając, że udział w nim jest całkowicie dobrowolny i w żaden sposób nie wpłynie na opiekę kliniczną nad pacjentem. W większości przypadków nie ma bezpośrednich korzyści dla pacjenta, a jego gotowość do udziału jest altruistyczna.</li>
	<li>Przez cały czas zachowuj poszanowanie praw i prywatności pacjenta. Przypomnij pacjentom, że ich dane pozostaną anonimowe i poufne i mogą oni zrezygnować z udziału w badaniu w dowolnym momencie bez żadnych konsekwencji.</li>
	<li>Poproś pacjenta o podpisanie i datowanie świadomej zgody, jeśli rozumie i zgadza się na udział w badaniu. Pozostaw pacjentowi jedną kopię do przejrzenia; W razie jakichkolwiek pytań lub wątpliwości zachęcamy pacjentów do kontaktu z PI.</li>
</ol>
2. Ustawienia systemu zachowań
<ol>
	<li>Przed wniesieniem sprzętu do pomieszczenia należy upewnić się, że w pokoju pacjenta jest wystarczająca ilość miejsca, a także dostęp do niezbędnych gniazdek (2).</li>
	<li>Sprawdź, czy wszystkie urządzenia i przewody są gotowe do przyspieszenia konfiguracji. System behawioralny obejmuje zatwierdzone przez FDA ramię robota (które pozwala badanemu kontrolować kursor podczas zadania), laptop do sterowania programem behawioralnym, monitor do prezentacji bodźców związanych z zadaniem oraz system akwizycji danych do przechowywania danych elektrofizjologicznych i behawioralnych><.
	UWAGA: Dokonaj niezbędnych modyfikacji, aby spełnić specyficzne potrzeby swoich badań. Na przykład użyj skrzynki z przyciskami dla interfejsu pacjenta zamiast ramienia robota.</li>
	<li>Jeśli pacjent nie jest obecnie ułożony w sposób odpowiedni do wykonania zadania, pomóż mu usiąść na rozkładanym krześle (lub łóżku) z rękami, jeśli ma napad. 
	UWAGA: Dobrym pomysłem jest omówienie projektu badania, sprzętu itp. ze wszystkimi członkami jednostki monitorującej, aby poinformować ich o tym, co się dzieje, w jaki sposób grupa będzie wchodzić w interakcje z pacjentami i wszelkie możliwe problemy, które mogą się pojawić.</li>
	<li>Kiedy pacjent jest gotowy, przynieś system behawioralny do pokoju i zacznij uruchamiać system behawioralny i ramię robota.</li>
	<li>Podłącz wyjście cyfrowego znacznika zdarzenia z komputera behawioralnego do kanałów DC systemu akwizycji elektrofizjologicznej w celu zablokowania czasowego zarejestrowanych sygnałów SEEG ze znacznikami zdarzeń behawioralnych. 
	UWAGA: W tym ośrodku znajduje się oddzielny system akwizycji elektrofizjologicznej przeznaczony do celów badawczych, który nie koliduje z systemem akwizycji klinicznej. Możliwe jest jednak korzystanie z systemu akwizycji klinicznej poprzez współpracę z odpowiednim personelem. Należy dołożyć wszelkich starań, aby nie zakłócać akwizycji klinicznej.</li>
	<li>Skalibruj ramię robota i ustaw je tak, aby zakres ruchu był komfortowy dla pacjenta. W przypadku korzystania z innego urządzenia interfejsu upewnij się, że urządzenie działa prawidłowo i jest wygodnie ustawione dla osoby, z której ma korzystać.</li>
	<li>Podczas korzystania z ramienia robota upewnij się, że przyciski zatrzymania awaryjnego są łatwo dostępne dla badaczy przez cały czas trwania zadania behawioralnego. W przypadku napadu wciśnięty jest przycisk zatrzymania awaryjnego i sprzęt jest odciągany od pacjenta, aby nie zrobił sobie krzywdy. Ponadto nie używamy pasków na rzepy, które są dołączone do systemu robota, aby ułatwić zdejmowanie z pacjenta w przypadku wystąpienia napadu. 
	UWAGA: W tym przykładzie port równoległy zestawu behawioralnego jest podłączony do cyfrowego portu wejściowego systemu akwizycji za pomocą portu równoległego. Dodatkowe sygnały analogowe, takie jak pozycja x i y ramienia robota, są rejestrowane jednocześnie.</li>
</ol>
3. Zadanie behawioralne
<ol>
	<li>Wyjaśnij zadanie pacjentowi po zakończeniu konfiguracji stanowiska i kalibracji urządzenia interfejsu.</li>
	<li>Użyj zadania behawioralnego podobnego do dziecięcej gry karcianej "wojna". Poproś pacjenta, aby założył się, czy jego karta jest większa niż karta komputera. Wybór zakładu opiera się na postrzeganiu przez pacjentów względnej wartości ich karty. Uprość zadanie późniejszej analizy, używając tylko kart w jednym kolorze i ograniczając talię do 2, 4, 6, 8 i 10 ponumerowanych kart.</li>
	<li>Pokaż wskazówkę fiksacji na ekranie przez 350 ms. Upewnij się, że pacjent przytrzymuje kursor nad znacznikiem fiksacji, aby rozpocząć zadanie.</li>
	<li>Pokaż bodziec przez 1,000 ms. Pozwól pacjentowi zobaczyć swoją kartę, gdy karta komputera obok niej jest zadrukowana.</li>
	<li>Po zniknięciu kart pokaż go-cue (<5,000 ms) wyświetlając dwie opcje, prosząc pacjenta o postawienie 5 $ lub 20 $, w zależności od swojej karty. Poproś pacjenta o postawienie zakładu, przesuwając kursor za pomocą ramienia robota nad wybranym zakładem. Losowo dobieraj pozycję zakładu z próby na próbę, aby upewnić się, że nie ma uprzedzeń w zależności od pozycji.</li>
	<li>Po wybraniu zakładu zwróć uwagę na opóźnienie 250 - 500 ms (pusty ekran), po którym następuje ujawnienie karty komputera (1,000 - 1,250 ms). Obserwuj wynik (1,000 ms), czy próba zakończyła się wygraną, przegraną czy remisem oraz ile zostało wygrane lub przegrane.</li>
	<li>Pozwól pacjentowi ćwiczyć, dopóki nie będzie pewny swojego działania i nie będzie miał żadnych pytań.</li>
</ol>
4. Akwizycja danych
<ol>
	<li>Rejestruj dane, gdy pacjent jest gotowy i sprawdź, czy ustawienia w systemie akwizycji badań (lub klinicznych) są odpowiednio dobrane.</li>
	<li>Wyłącz światła w pomieszczeniu i telewizor, aby zminimalizować hałas tła podczas nagrywania. Dodatkowo poproś pacjenta o powstrzymanie się od zachowań takich jak stukanie stopą, mówienie czy potrząsanie nogami.</li>
	<li>Rozpocznij zadanie i nagraj pacjenta wykonującego zadanie. Poproś osobę o wykonanie zadania przez 30 minut. Częstotliwość próbkowania systemu ramienia robota wynosi 1 KHz, a systemu nagrywania SEEG 2 KHz. 
	UWAGA: Ten czas trwania może być inny dla innych paradygmatów.</li>
</ol>
5. Analiza danych
<ol>
	<li>Po pierwsze, należy pozbawić dane SEEG elementów pozwalających na identyfikację, aby zapewnić, że informacje o pacjencie pozostaną poufne, a jego dane zostaną przekazane anonimowo.</li>
	<li>Uzyskaj współrzędne lokalizacji elektrod z pooperacyjnej tomografii komputerowej i przedoperacyjnego rezonansu magnetycznego.</li>
	<li>Dopasuj nagrania neurofizjologiczne do cyfrowych znaczników czasu zainteresowań z zadania behawioralnego.</li>
	<li>Zastosuj metody analizy sygnału, aby przeanalizować modulację aktywności mózgu zależną od zdarzenia. 
	UWAGA: W tym badaniu gęstość widmowa mocy (PSD) sygnałów SEEG związanych ze zdarzeniami została obliczona przy użyciu zestawu narzędzi Chronux multitapertoolbox 26,27. Każde dane z badania zostały dostosowane w odniesieniu do odpowiedniego zdarzenia (czas zerowy), a obliczony PSD został znormalizowany w każdym przedziale częstości w odniesieniu do wyjściowego PSD.</li>
</ol>

<ol><li>Epilepsy Fact Sheet No. 999. , World Health Organization. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs999/en/">http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs999/en/</a> (2013).</li>
<li>Rosenow, F., Luders, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Presurgical+evaluation+of+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Presurgical evaluation of epilepsy.</a> Brain. 124, 1683-1700 (1093).</li>
<li>Adelson, P. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+subdural+grids+and+strip+electrodes+to+identify+a+seizure+focus+in+children%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr.+Neurosurg%22%5BJournal%5D)">Use of subdural grids and strip electrodes to identify a seizure focus in children.</a> Pediatr. Neurosurg. 22 (4), 174-180 (1995).</li>
<li>Jayakar, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Invasive+EEG+monitoring+in+children%3A+When%2C+where%2C+and+what%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Invasive EEG monitoring in children: When, where, and what.</a> J Clin Neurophysiol. 16, 408-418 (1999).</li>
<li>Almeida, A. N., Martinez, V., Feindel, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+first+case+of+invasive+EEG+monitoring+for+the+surgical+treatment+of+epilepsy%3A+Historical+significance+and+context%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">The first case of invasive EEG monitoring for the surgical treatment of epilepsy: Historical significance and context.</a> Epilepsia. 46, 1082-1085 (2005).</li>
<li>Dinner, D. S., Luders, H. O., Klem, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chronic+electrocorticography%3A+Cleveland+clinic+experience%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalogr+Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Chronic electrocorticography: Cleveland clinic experience.</a> Electroencephalogr Clin Neurophysiol. , 58-69 (1998).</li>
<li>Bancaud, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+Stereotaxic+Exploration+%28Seeg%29+of+Epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalogr+Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Functional Stereotaxic Exploration (Seeg) of Epilepsy.</a> Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 28, 85(1970).</li>
<li>Chassoux, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intralesional+recordings+and+epileptogenic+zone+in+focal+polymicrogyria%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Intralesional recordings and epileptogenic zone in focal polymicrogyria.</a> Epilepsia. 49, 51-64 (2008).</li>
<li>Lo Russo, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focal+cortical+resection+in+malformations+of+cortical+development%5BTitle%5D)+AND+%22Epileptic+Disord%22%5BJournal%5D)">Focal cortical resection in malformations of cortical development.</a> Epileptic Disord. 5, S115-S123 (2003).</li>
<li>Avanzini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discussion+of+stereoelectroencephalography%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+neurologica+Scandinavica+Supplementum%22%5BJournal%5D)">Discussion of stereoelectroencephalography.</a> Acta neurologica Scandinavica Supplementum. , 152-170 (1994).</li>
<li>Cossu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereo-EEG+in+children%5BTitle%5D)+AND+%22Child+Nerv+Syst%22%5BJournal%5D)">Stereo-EEG in children.</a> Child Nerv Syst. 22, 766-778 (2006).</li>
<li>Cossu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epilepsy+surgery+in+children%3A+Results+and+predictors+of+outcome+on+seizures%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Epilepsy surgery in children: Results and predictors of outcome on seizures.</a> Epilepsia. 49, 65-72 (2008).</li>
<li>Cossu, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereoelectroencephalography+in+the+presurgical+evaluation+of+focal+epilepsy+in+infancy+and+early+childhood+Clinical+article%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosurg-Pediatr%22%5BJournal%5D)">Stereoelectroencephalography in the presurgical evaluation of focal epilepsy in infancy and early childhood Clinical article.</a> J Neurosurg-Pediatr. 9, 290-300 (2012).</li>
<li>Gonzalez-Martinez, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereoelectroencephalography+in+the+%26%2334%3Bdifficult+to+localize%26%2334%3B+refractory+focal+epilepsy%3A+early+experience+from+a+North+American+epilepsy+center%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsia%22%5BJournal%5D)">Stereoelectroencephalography in the &#34;difficult to localize&#34; refractory focal epilepsy: early experience from a North American epilepsy center.</a> Epilepsia. 54, 323-330 (2013).</li>
<li>Vadera, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stereoelectroencephalography+following+subdural+grid+placement+for+difficult+to+localize+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Stereoelectroencephalography following subdural grid placement for difficult to localize epilepsy.</a> Neurosurgery. 72, 723-729 (2013).</li>
<li>Hill, N. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recording+human+electrocorticographic+%28ECoG%29+signals+for+neuroscientific+research+and+real-time+functional+cortical+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+visualized+experiments+%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Recording human electrocorticographic (ECoG) signals for neuroscientific research and real-time functional cortical mapping.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , (2012).</li>
<li>Ibanez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor-language+coupling%3A+direct+evidence+from+early+Parkinson%27s+disease+and+intracranial+cortical+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Cortex%3B+a+journal+devoted+to+the+study+of+the+nervous+system+and+behavior%22%5BJournal%5D)">Motor-language coupling: direct evidence from early Parkinson's disease and intracranial cortical recordings.</a> Cortex; a journal devoted to the study of the nervous system and behavior. 49, 968-984 (2013).</li>
<li>Caplan, J. B., Madsen, J. R., Raghavachari, S., Kahana, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distinct+patterns+of+brain+oscillations+underlie+two+basic+parameters+of+human+maze+learning%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Distinct patterns of brain oscillations underlie two basic parameters of human maze learning.</a> J Neurophysiol. 86, 368-380 (2001).</li>
<li>Watrous, A. J., Fried, I., Ekstrom, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+correlates+of+human+hippocampal+delta+and+theta+oscillations+during+navigation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Behavioral correlates of human hippocampal delta and theta oscillations during navigation.</a> J Neurophysiol. 105, 1747-1755 (2011).</li>
<li>Roman, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+negative+event-related+potential+recorded+in+humans+during+a+simple+sensorimotor+task+occurs+independently+of+motor+execution%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Hippocampal negative event-related potential recorded in humans during a simple sensorimotor task occurs independently of motor execution.</a> Hippocampus. , (2013).</li>
<li>Jerbi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Exploring+the+electrophysiological+correlates+of+the+default-mode+network+with+intracerebral+EEG%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Syst+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Exploring the electrophysiological correlates of the default-mode network with intracerebral EEG.</a> Front Syst Neurosci. 4, 27(2010).</li>
<li>Krolak-Salmon, P., Henaff, M. A., Vighetto, A., Bertrand, O., Mauguiere, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+amygdala+reaction+to+fear+spreading+in+occipital%2C+temporal%2C+and+frontal+cortex%3A+a+depth+electrode+ERP+study+in+human%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Early amygdala reaction to fear spreading in occipital, temporal, and frontal cortex: a depth electrode ERP study in human.</a> Neuron. 42, 665-676 (2004).</li>
<li>Hudry, J., Perrin, F., Ryvlin, P., Mauguiere, F., Royet, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olfactory+short-term+memory+and+related+amygdala+recordings+in+patients+with+temporal+lobe+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Olfactory short-term memory and related amygdala recordings in patients with temporal lobe epilepsy.</a> Brain. 126, 1851-1863 (2003).</li>
<li>Rektor, I., Bares, M., Kubova, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Movement-related+potentials+in+the+basal+ganglia%3A+a+SEEG+readiness+potential+study%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Movement-related potentials in the basal ganglia: a SEEG readiness potential study.</a> Clin Neurophysiol. 112, 2146-2153 (2001).</li>
<li>Rektor, I., Louvel, J., Lamarche, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracerebral+recording+of+potentials+accompanying+simple+limb+movements%3A+a+SEEG+study+in+epileptic+patients%5BTitle%5D)+AND+%22Electroencephalogr+Clin+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Intracerebral recording of potentials accompanying simple limb movements: a SEEG study in epileptic patients.</a> Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 107, 277-286 (1998).</li>
<li>Mitra, P., Bokil, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMitra%2C+P+%22Observed+Brain+Dynamics%22">Observed Brain Dynamics</a>. , Oxford University Press. New York. (2008).</li>
<li>Lachaux, J. P., Axmacher, N., Mormann, F., Halgren, E., Crone, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-frequency+neural+activity+and+human+cognition%3A+past%2C+present+and+possible+future+of+intracranial+EEG+research%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+neurobiology%22%5BJournal%5D)">High-frequency neural activity and human cognition: past, present and possible future of intracranial EEG research.</a> Progress in neurobiology. 98, 279-301 (2012).</li>
<li>Rogers, R. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Choosing+between+small%2C+likely+rewards+and+large%2C+unlikely+rewards+activates+inferior+and+orbital+prefrontal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+neuroscience+%3A+the+official+journal+of+the+Society+for+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Choosing between small, likely rewards and large, unlikely rewards activates inferior and orbital prefrontal cortex.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 19, 9029-9038 (1999).</li>
<li>Lachaux, J. -P., Axmacher, N., Mormann, F., Halgren, E., Crone, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-frequency+neural+activity+and+human+cognition%3A+Past%2C+present+and+possible+future+of+intracranial+EEG+research%5BTitle%5D)+AND+%22Prog.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">High-frequency neural activity and human cognition: Past, present and possible future of intracranial EEG research.</a> Prog. Neurobiol. 98, 279-301 (2012).</li>
<li>Gale, J. T., Martinez-Rubio, C., Sheth, S. A., Eskandar, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intra-operative+behavioral+tasks+in+awake+humans+undergoing+deep+brain+stimulation+surgery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+visualized+experiments+%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Intra-operative behavioral tasks in awake humans undergoing deep brain stimulation surgery.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. , (2011).</li>
</ol>

Autorzy nie mają żadnych konfliktów do ujawnienia.

W tym miejscu przedstawiliśmy metodę wykonywania wewnątrzczaszkowych badań elektrofizjologicznych u ludzi podczas wykonywania zadania behawioralnego. Ta metodologia i jej proste permutacje są ważne dla badania ludzkiego ruchu i poznania. Chociaż każda technika ma swoje zalety i wady, rejestracja z elektrod wewnątrzczaszkowych ma przewagę nad innymi technikami elektrofizjologicznymi i obrazowania. Dwie z głównych zalet to możliwość zbierania wysokiej jakości danych z lepszą kontrolą i projektowaniem zadań behawioralnych.<...

Epilepsja to jedno z najczęstszych zaburzeń mózgu, charakteryzujące się chronicznie nawracającymi napadami wynikającymi z nadmiernych wyładowań elektrycznych z grup neuronów. Padaczka dotyka około 50 milionów ludzi na całym świecie, a około 40% wszystkich osób z padaczką ma trudne do opanowania napady, których nie można całkowicie opanować za pomocą terapii medycznej1. Operacja może skutkować stanem wolnym od napadów, jeśli obszary mózgu odpowiedzialne za generowanie napadów (strefa padaczkowa - EZ) zostaną zlokalizowane i chirurgicznie usunięte lub odłączone. W celu określenia anatomicznej lokalizacji EZ i jej bliskości z możliwymi obszarami elokwentnymi korowymi i podkorowymi, dostępny jest szereg nieinwazyjnych narzędzi: analiza semiologii napadów, nagrania elektroencefalograficzne wideo-skóry głowy (zapisy ictal i interjttal), testy neuropsychologiczne, magnetoencefalografia (MEG) i MRI2. Gdy dane nieinwazyjne są niewystarczające do precyzyjnego określenia lokalizacji hipotetycznego EZ, gdy istnieje podejrzenie wczesnego zajęcia elokwentnych obszarów korowych i podkorowych lub gdy istnieje możliwość wystąpienia napadów wieloogniskowych, może być wymagane przewlekłe monitorowanie inwazyjne3,4.
Metody chronicznego monitorowania inwazyjnego w celu określenia lokalizacji i granic EZ mogą obejmować siatki i paski podtwardówkowe, z elektrodami umieszczonymi na powierzchni mózgu, oraz stereo-elektroencefalografię (SEEG), gdy wiele elektrod głębokości jest umieszczanych w mózgu w sposób trójwymiarowy. Zapisy podtwardówkowe wewnątrzczaszkowe zostały po raz pierwszy zgłoszone w 1939 roku, kiedy Penfield i współpracownicy użyli zewnątrzoponowych elektrod kontaktowych u pacjenta ze starym lewym złamaniem skroniowo-ciemieniowym, którego pneumoencefalografia ujawniła rozlany zanik mózgu5 . Następnie zastosowanie siatek podtwardówkowych stało się bardziej popularne po tym, jak liczne publikacje w latach 80. wykazały ich bezpieczeństwo i skuteczność6. Metoda SEEG została opracowana i spopularyzowana we Francji przez Jeana Tailaracha i Jeana Bancauda w latach 50-tych i była najczęściej stosowana we Francji i Włoszech jako metoda z wyboru do mapowania inwazyjnego w opornej na leczenie padaczce ogniskowej7-9.
Zasada SEEG opiera się na korelacjach anatomiczno-elektroklinicznych, które za główną zasadę przyjmuje trójwymiarową przestrzenno-czasową organizację wyładowania padaczkowego w mózgu w korelacji z semiologią napadów. Strategia implantacji jest zindywidualizowana, a umieszczenie elektrod opiera się na hipotezie preimplantacyjnej, która uwzględnia pierwotną organizację aktywności padaczkowej i hipotetyczną sieć padaczkową zaangażowaną w rozprzestrzenianie się napadów. Zgodnie z kilkoma raportami europejskimi i północnoamerykańskimi, metodologia SEEG umożliwia precyzyjne zapisy głębokich struktur korowych i podkorowych, wielu nieciągłych płatów i obustronnych eksploracji, unikając jednocześnie konieczności stosowania dużych kraniotomii10-15. Następnie wykonywane są zdjęcia pooperacyjne w celu uzyskania dokładnej pozycji anatomicznej wszczepionych elektrod. Następnie rozpoczyna się okres monitorowania, w którym pacjenci pozostają w szpitalu przez okres od 1 do 4 tygodni w celu zarejestrowania aktywności międzynapadowej i ictal z wszczepionych elektrod. Ten okres monitorowania jest odpowiednim czasem do badania funkcji mózgu za pomocą analizy SEEG związanej ze zdarzeniami, ponieważ nie ma dodatkowego ryzyka, a pacjent zazwyczaj postrzega badanie naukowe jako mile widziane wytchnienie od przyziemnego okresu monitorowania. Nagrania uzyskane za pomocą elektrod wewnątrzczaszkowych są nie tylko niezbędne do lepszej oceny i opieki nad pacjentami z padaczką, ale dodatkowo zapewniają wyjątkową możliwość badania aktywności ludzkiego mózgu podczas paradygmatów behawioralnych.
Kilku badaczy już wykorzystało możliwość badania inwazyjnych nagrań od pacjentów z padaczką. Hill i wsp. opisali metodologię rejestrowania sygnałów elektrokortykograficznych (ECoG) od pacjentów w celu funkcjonalnego mapowania kory mózgowej16. Nagrania ECoG dostarczyły również informacji na temat sprzężenia języka motorycznego17. Pacjenci z wszczepionymi elektrodami głębokości wykonywali zadania nawigacyjne w celu zbadania oscylacji mózgu w pamięci, uczeniu się18 i ruchu19. Zapisy elektrod głębi wykorzystano również do badania paradygmatów o nieosiągalnej w inny sposób rozdzielczości czasowej, takich jak aktywność wywołana hipokampa20, aktywność neuronalna w sieci w trybie domyślnym21 i czasowy przebieg przetwarzania emocjonalnego22. Hudry i wsp. badali pacjentów z padaczką skroniową, u których wszczepiono elektrody SEEG do ciała migdałowatego w celu krótkotrwałego dopasowania bodźców węchowych23. Inna grupa badała proste ruchy kończyn, takie jak zgięcie ręki lub jednostronny ruch ręki lub stopy w zdrowych miejscach mózgu u pacjentów z padaczką z wszczepionym SEEG24,25.
Badania opisane powyżej to niewielka próbka bardzo zróżnicowanego zbioru odpowiedniej literatury. Istnieje nieprzezwyciężony potencjał, aby nauczyć się i zrozumieć, jak działa ludzki mózg za pomocą kombinacji zadań behawioralnych i nagrań wewnątrzczaszkowych. Chociaż istnieją inne metody osiągnięcia tego celu, zapisy wewnątrzczaszkowe mają kilka zalet, w tym wysoką rozdzielczość czasową i przestrzenną, a także dostęp do głębszych struktur. Autorzy mają na celu opisanie ogólnej metodologii rejestracji od pacjentów z elektrodami wewnątrzczaszkowymi podczas zadań behawioralnych. Istnieje jednak kilka czynników zniechęcających i utrudniających pomyślne zakończenie badań klinicznych u pacjentów otrzymujących opiekę. Zidentyfikowane i zbadane zostaną również ograniczenia, efekty mylące i znaczenie tych badań.

<table><tbody><tr><td>InMotion ARM</td><td>Interactive Motion Technologies</td><td>InMotion Arm</td><td><a href="http://interactive-motion.com/inmotion-arm-the-new-standard-of-care/">http://interactive-motion.com/inmotion-arm-the-new-standard-of-care/</a> Sprzęt, z którego korzystało nasze laboratorium, może używać innego sprzętu do zbierania danych</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>Mathworks Inc</td><td>MATLAB</td><td><a href="http://www.mathworks.com/">http://www.mathworks.com/</a> Wymaga wersji r2007b lub wyższej, aby uruchomić Monkeylogic</td></tr><tr><td>Data Acquisition Toolbox</td><td>Mathworks Inc</td><td>Data Acquisition Toolbox</td><td><a href="http://www.mathworks.com/products/daq/">http://www.mathworks.com/products/daq/</a> Musi być uruchomiony Monkeylogic</td></tr><tr><td>Image Processing Toolbox</td><td>Mathworks Inc</td><td>Image Processing Toolbox</td><td><a href="http://www.mathworks.com/products/image/">http://www.mathworks.com/products/image/</a> Musisz uruchomić Monkeylogic</td></tr><tr><td>Monkeylogic</td><td>Wael Asaad i David Freedman</td><td>Monkeylogic</td><td><a href="http://www.brown.edu/Research/monkeylogic/">http://www.brown.edu/Research/monkeylogic/</a> Darmowe pobieranie, musi mieć MATLAB, aby uruchomić</td></tr><tr><td>Chronux&nbsp;</td><td>Medametrics, Sp. z o.o.&nbsp;</td><td>Przybornik do przetwarzania danych</td><td><a href="http://www.chronux.org/">http://www.chronux.org/</a></td></tr><tr><td>Aplikacja do analizy MEG/EEG</td> <td>Brainstorm</td><td></td><td><a href="http://neuroimage.usc.edu/brainstorm/">http://neuroimage.usc.edu/brainstorm/</a></td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Dell</td><td>Latitude E5530</td><td><a href="http://www.dell.com/us/business/p/latitude-e5530/pd? ST=dell%20latitude%20e5530& dgc=ST& cid=263756& lid=4781504& acd=12309152537461010">http://www.dell.com/us/business/p/latitude-e5530/pd? ST=dell%20latitude%20e5530& dgc=ST& cid=263756& lid=4781504& acd=12309152537461010</a></td></tr><tr><td>NI Karta</td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6008</td><td><a href="http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/201986">http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/201986</a> 12-bitowy, 10 kS/s Ekonomiczny wielofunkcyjny DAQ</td></tr></tbody></table>

wykonywanie zadań behawioralnych u osób z elektrodami wewnątrzczaszkowymi

Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes

Pacjenci z elektrodą stereo-elektroencefalograficzną (SEEG), siatką podtwardówkową lub elektrodą głębokościową mają wszczepione wiele elektrod w różnych obszarach mózgu w celu lokalizacji ich ogniska napadowego i obszarów wymownych. Po implantacji pacjent musi pozostać w szpitalu do czasu znalezienia patologicznego obszaru mózgu i ewentualnego wycięcia. W tym czasie pacjenci ci oferują wyjątkową okazję dla społeczności badawczej, ponieważ można wykonać dowolną liczbę paradygmatów behawioralnych, aby odkryć neuronalne korelaty, które kierują zachowaniem. W tym miejscu przedstawiamy metodę rejestrowania aktywności mózgu z implantów wewnątrzczaszkowych, gdy badani wykonują zadanie behawioralne mające na celu ocenę procesu podejmowania decyzji i kodowania nagrody. Wszystkie dane elektrofizjologiczne z elektrod wewnątrzczaszkowych są rejestrowane podczas zadania behawioralnego, co pozwala na zbadanie wielu obszarów mózgu zaangażowanych w pojedynczą funkcję w skalach czasowych istotnych dla zachowania. Co więcej, w przeciwieństwie do badań na zwierzętach, pacjenci mogą szybko nauczyć się szerokiej gamy zadań behawioralnych, co pozwala na wykonanie więcej niż jednego zadania na ten sam temat lub na wykonywanie kontroli. Pomimo wielu zalet tej techniki dla zrozumienia funkcji ludzkiego mózgu, istnieją również ograniczenia metodologiczne, które omawiamy, w tym czynniki środowiskowe, działanie przeciwbólowe, ograniczenia czasowe i nagrania z chorej tkanki. Metoda ta może być łatwo wdrożona przez każdą instytucję, która przeprowadza oceny wewnątrzczaszkowe; dając możliwość bezpośredniego zbadania funkcji ludzkiego mózgu podczas zachowania.

W niniejszych wynikach przedstawiamy analizę danych SEEG z układu limbicznego zarejestrowanych u jednego badanego wykonującego zadanie „War Task”. Wykazujemy, że różne aspekty zadania War Task wywołują istotną modulację w paśmie gamma (40 - 150 Hz) w układzie limbicznym (Rysunek 1). Jak widać, w korze wzrokowej prezentacja obiektu na ekranie skutkuje odpowiedzią szerokopasmową o krótkiej latencji (~200 msec), niezależnie od warunków zadania. Ponadto obserwuje się różnice w czasie trwania odpowiedzi podcz...

Pacjenci z wszczepionymi elektrodami wewnątrzczaszkowymi dają unikalną możliwość rejestrowania danych neurologicznych z wielu obszarów mózgu, podczas gdy pacjent wykonuje zadania behawioralne. W tym miejscu przedstawiamy metodę rejestracji pacjentów z implantami, która może być odtwarzalna w innych placówkach mających dostęp do tej populacji pacjentów.

Wykonywanie zadań behawioralnych u osób z elektrodami wewnątrzczaszkowymi

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in ...

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest ocena, w jaki sposób mózg koduje decyzje, grając w wojnę w grze karcianej. Osiąga się to poprzez to, że pacjenci grają w grę decyzyjną, jednocześnie rejestrując aktywność mózgu z wielu elektrod międzyczaszkowych, które zostały chirurgicznie wszczepione do celów klinicznych. W drugim kroku dane są analizowane w trybie offline w celu interpretacji wyników.Uzyskano wyniki, które wskazują na znaczną modulację pasma gamma w układzie limbicznym na podstawie analizy widma mocy. Główną przewagą tej techniki nad innymi podobnymi, takimi jak FMRI, PET czy MEG, jest to, że oferuje zarówno wysoką rozdzielczość przestrzenną, jak i czasową, podczas gdy inne oferują tylko jedną lub drugą. Tak więc ta metoda może pomóc odpowiedzieć na niektóre kluczowe pytania w dziedzinie neuronauki związane z kognitywną kontrolą motoryczną, a także na kilka kluczowych pytań dotyczących łączności mózgu.Cóż, ważne jest, aby podczas przeprowadzania tych eksperymentów być zarówno elastycznym, jak i cierpliwym. Ponieważ pacjenci mogą potrzebować spożywania posiłków, mogą mieć wizyty kliniczne, na których mogą mieć napad. Ta metoda ma na celu zapewnienie wglądu w to, w jaki s

performing-behavioral-tasks-in-subjects-with-intracranial-electrodes

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Chirurgia głębokiej stymulacji mózgu stwarza wyjątkową okazję do zbadania kodowania informacji w przebudzonym ludzkim mózgu. W niniejszym artykule opisano metody śródoperacyjne stosowane do wykonywania zadań poznawczych i behawioralnych przy jednoczesnej akwizycji danych fizjologicznych, takich jak EMG, aktywność pojedynczych neuronów i/lub potencjały polowe.

Zadania behawioralne w trakcie operacji u pacjentów z zachowaną świadomością poddawanych głębokiej stymulacji mózgu

Ten film pokazuje proces rejestrowania aktywności neuronalnej kory mózgowej i podkorowej za pomocą elektrod elektroencefalograficznych (EEG) i głębokiej stymulacji mózgu (DBS) podczas testu stymulacji wzrokowej opartej na uwadze.

Rejestrowanie aktywności neuronalnej kory mózgowej i podkorowej za pomocą systemów elektrod

Stereotaktyczna elektroencefalografia (SEEG) jest techniką operacyjną stosowaną w chirurgii epilepsji, która pomaga zlokalizować ogniska napadów. Jest to również wyjątkowa okazja do zbadania funkcji mózgu. Tutaj opisujemy, w jaki sposób SEEG może być wykorzystany do badania procesów poznawczych u ludzi.

Badanie funkcji głębokich struktur korowych i podkorowych za pomocą elektroencefalografii stereotaktycznej: lekcje z przedniej kory obręczy

Niniejszy protokół ma na celu ocenę funkcji poznawczo-emocjonalnych w zwojach podstawy poprzez jednoczesny neurofizjologiczny zapis lokalnych potencjałów pola i nieinwazyjną aktywność kory mózgowej (EEG). Przykładem procedury jest zastosowanie paradygmatów obejmujących bodźce mowy o konotacji emocjonalnej lub zadania Flankera polegającego na kontroli poznawczej.

Połączone inwazyjne podkorowe i nieinwazyjne powierzchniowe zapisy neurofizjologiczne do oceny funkcji poznawczych i emocjonalnych u ludzi

Ta procedura wykonuje długotrwałe wewnątrzkomórkowe zapisy in vivo z pojedynczych neuronów podczas fizjologicznie istotnych stanów mózgowych i po całkowitym zniesieniu trwających czynności elektrycznych, co skutkuje izoelektrycznym stanem mózgu. Stałe fizjologiczne zwierzęcia są dokładnie monitorowane podczas przejścia w stan sztucznej śpiączki.

Indukcja izoelektrycznego stanu mózgu w celu zbadania wpływu endogennej aktywności synaptycznej na pobudliwość neuronów in vivo

Ten protokół opisuje chirurgiczną konfigurację stałego leja elektrody oczaszkowej i wszczepionej elektrody klatki piersiowej u gryzoni. Umieszczając drugą elektrodę w gnieździe, różne rodzaje przezczaszkowej elektrycznej stymulacji mózgu mogą być dostarczane do układu motorycznego u zwierząt czujnych przez nienaruszoną czaszkę.

Przezczaszkowa elektryczna stymulacja mózgu u czujnych gryzoni

Ten szczegółowy protokół opisuje umieszczanie elektrod stymulacji przezczaszkowej na kości skroniowej w celu zbadania krótko- i długoterminowych efektów przezczaszkowej stymulacji elektrycznej u swobodnie poruszających się szczurów.

Przewlekła przezczaszkowa stymulacja elektryczna i zapis wewnątrzkorowy u szczurów

Wykazaliśmy, że wszczepienie mikroelektrody w korze ruchowej szczurów powoduje natychmiastowe i trwałe deficyty motoryczne. Proponowane tutaj metody obejmują operację wszczepienia mikroelektrod i trzy zadania behawioralne gryzoni w celu wyjaśnienia potencjalnych zmian w funkcji motorycznej małej lub dużej spowodowanej uszkodzeniem kory ruchowej spowodowanym implantacją.

Testy behawioralne gryzoni w celu oceny deficytów funkcjonalnych spowodowanych implantacją mikroelektrod w korze ruchowej szczura

Opisujemy protokół oceny krzywych dawka-odpowiedź dla stymulacji pozaczaszkowej pod względem pomiarów pola elektrycznego mózgu i odpowiedniego biomarkera przepływu krwi w mózgu. Ponieważ protokół ten obejmuje inwazyjne umieszczenie elektrod w mózgu, potrzebne jest znieczulenie ogólne, w którym preferowane jest spontaniczne oddychanie, a nie kontrolowane oddychanie.

Umieszczenie zewnątrzczaszkowych elektrod stymulujących i pomiar przepływu krwi w mózgu i wewnątrzczaszkowych pól elektrycznych u znieczulonych myszy

Protokół ten przedstawia skrzynkę behawioralną opartą na mikrokontrolerze do oceny hamowania przedimpulsowego (PPI) poprzez zbieranie danych o przyspieszeniu z czujnika znajdującego się pod skrzynką. Dane te oceniają deficyty bramkowania sensorycznego u społecznie izolowanych szczurów, z dodatkową metodą synchronizacji danych z aktywnością neuronalną w celu przyspieszenia badań neurofizjologicznych nad zaburzeniami zachowania.

Opracowanie pudełka behawioralnego do oceny hamowania prepulsu i aktywności neuronalnej w psychiatrycznych modelach zwierzęcych

Poznaj metodę rejestracji aktywności mózgu podczas zadań decyzyjnych u pacjentów z elektrodami wewnątrzczaszkowymi. Technika ta oferuje wysoką rozdzielczość przestrzenną i czasową, umożliwiając badanie procesów poznawczych i kontroli motorycznej.

Wykonywanie zadań behawioralnych u osób z elektrodami wewnątrzczaszkowymi

Przeglądaj więcej filmów