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

Ogólnym celem tej procedury jest rejestracja sygnałów elektrofizjologicznych z głębokich struktur mózgu. Jest to realizowane poprzez wstępne umieszczenie elektrod w docelowych obszarach zainteresowania. Następnie, przy łóżku pacjenta, konfiguruje się zestaw do akwizycji danych, a w ostatnim kroku pacjent otrzymuje instrukcje dotyczące wykonania prostego zadania poznawczego.

Sygnały elektrofizjologiczne są rejestrowane za pomocą elektrod podczas wykonywania zadania przez pacjenta. Ostatecznie zastosowano wielopasmową analizę spektralną (multi tapered spectral analysis), aby wykazać różnice w aktywności potencjałów pola lokalnego w przedniej części grzbietowej kory zakrętu obręczy, w zależności od trudności zadania poznawczego. Przewagą stereoencefalografii nad innymi technikami rejestracji, takimi jak implantacja siatki podtwardówkowej, jest fakt, że dzięki stereo-EEG mamy dostęp do głębokich struktur mózgu.

Jest to zaleta kliniczna w sytuacjach, gdy podejrzewamy, że napady mogą pochodzić z tych głębokich struktur, a także z perspektywy badawczej, ponieważ daje nam to dostęp do obszarów mózgu, do których w przeciwnym razie nie mamy dostępu. Dobór pacjentów jest krytycznie ważny, ponieważ technika ta jest szczególnie odpowiednia do lokalizacji napadów pochodzących z głębokich struktur korowych i podkorowych. Rejestracje tego typu mogą pomóc nam odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie epilepsji, na przykład: gdzie zaczynają się napady?

Gdzie rozprzestrzeniają się napady i w jaki sposób mapujemy te obszary? Wykorzystując standardowe techniki EEG, metoda ta może dostarczyć wiedzy na temat epilepsji i pochodzenia napadów, a ponadto można ją zastosować w innych aspektach neuronauk, takich jak poznanie, pamięć i świadomość społeczna. Zazwyczaj osoby początkujące w tej metodzie mają trudności z etapem pozyskiwania danych, ponieważ rejestracja sygnałów elektrofizjologicznych może być złożona.

Po wykonaniu tomografii komputerowej (CT) należy przenieść pacjenta z powrotem na salę operacyjną i przygotować pole operacyjne zgodnie ze standardowymi metodami sterylizacji. Następnie, korzystając z wydrukowanych współrzędnych stereotaktycznych uzyskanych z badania, należy ustawić współrzędne dla pierwszej elektrody głębokościowej na ramie głowowej w płaszczyznach bocznej pionowej oraz przednio-tylnej. Współrzędne są weryfikowane i w razie potrzeby korygowane przez chirurga wspomagającego. Używając stacji roboczej w sali operacyjnej, należy wykorzystać blok prowadzący do zidentyfikowania miejsca wkłucia na skórze i zaznaczyć tę pozycję markerem.

Wstrzyknij od jednego do dwóch mililitrów znieczulenia miejscowego w miejscu zaznaczonego cięcia. Następnie za pomocą skalpela nr 11 wykonaj płytkie nacięcie w zaznaczonej linii aż do czaszki, a następnie użyj kauteryzatora monopolarnego z osłoną końcówki, aby wypalić skórę właściwą i tkanki głębokie, korzystając z bloku prowadzącego. Aby zachować właściwy tor, wykonaj otwór trepanacyjny za pomocą wiertła krętego o średnicy 2,1 milimetra i ręcznej wiertarki elektrycznej.

Otwórz oponę twardą, używając kauteryzacji monopolarnej prowadzonej za pomocą sztywnej powlekanej sondy operatora, nadal kontrolując trajektorię za pomocą bloku prowadzącego. Wkręć śrubę kotwiczącą w otwór i wprowadź przez nią wcześniej wymierzoną sondę styletową, aby utworzyć kanał dla elektrody. Następnie ostrożnie wprowadź elektrodę na wcześniej obliczoną głębokość, dokręcając nakrętkę śruby kotwiczącej, aby unieruchomić elektrodę po jej umieszczeniu.

Aby zapewnić odpowiednią trajektorię umieszczenia wszystkich elektrod, wprowadź sterylnie osłonięty fluoroskop do pola operacyjnego i wykonaj obraz fluoroskopowy w projekcji AP. Następnie podłącz elektrody do klinicznego systemu EEG, aby zweryfikować odpowiednie impedancje. Nałóż opatrunek.

Zdejmij stereotaktyczną ramę głowy i wybudź pacjenta z narkozy. W celu przygotowania zadania behawioralnego uruchom odpowiednie oprogramowanie behawioralne i ustaw plik z warunkami przeznaczony do wykonania zadania interferencji wieloźródłowej. Aby uwzględnić wszystkie cztery typy prób o jednakowej częstotliwości, naciśnij przycisk ustawiania warunków, aby wybrać żądany plik z warunkami.

Następnie kliknij przycisk test w polu wyświetlania, aby sprawdzić monitor monitorowania zachowań. Testowy bodziec wizualny powinien pojawić się na dwa do trzech sekund. Następnie podłącz pulpit z przyciskami do wejść analogowych na płycie akwizycji danych oraz do źródła zasilania.

Użyj taśmy sygnałowej rozdzielonej na dziewięć pasm, aby podłączyć osiem z nich do portów od zero do siedem w sekcji cyfrowego wejścia/wyjścia (IO) karty akwizycji danych. Dziewiąte pasmo podłącz do portu zero w sekcji cyfrowego interfejsu PFI karty. Następnie ustaw żądaną częstotliwość próbkowania w oprogramowaniu procesora sygnałów neuronalnych.

Na przykład w tym przypadku żądana częstotliwość próbkowania została ustawiona na 50 000 próbek na sekundę, z aliasowaniem i próbkowaniem w dół online na poziomie 1000 próbek na sekundę. Konfigurację kończy się poprzez podłączenie wzmacniacza do procesora sygnałów neuronowych za pomocą kabla światłowodowego, a procesora sygnałów neuronowych do strumieniownika danych oraz optycznej karty PCI w komputerze do akwizycji danych neuronowych za pomocą kabla światłowodowego. Kluczem do zapewnienia pomyślnej akwizycji danych jest przetestowanie konfiguracji przetwarzania sygnałów przed wejściem do pokoju pacjenta, tak aby rejestracja mogła przebiegać bez zakłóceń.

Po przygotowaniu monitora behawioralnego przetransportuj zestaw badawczy do pokoju pacjenta, ustawiając monitor przed pacjentem na stoliku pomocniczym. Podłącz monitor do komputera sterującego zachowaniem za pomocą standardowego kabla DVI i umieść zestaw rejestrujący w niepozornym miejscu.

Następnie podłącz system badawczy do rozdzielacza, który oddziela zapis badawczy od systemu klinicznego. Potem przekaż pacjentowi panel z przyciskami i poproś go o identyfikację celu poprzez naciśnięcie odpowiedniego przycisku. Na koniec kliknij „run”, aby uruchomić zadanie i pozwolić pacjentowi na wykonanie dwóch bloków po 150 prób każdy, korzystając z oprogramowania procesora sygnałów neuronowych do kontrolowania parametrów zapisu.

Po wybraniu pacjenta do zabiegu wszczepienia elektrod stereotaktycznego EEG wykonuje się wolumetryczny rezonans magnetyczny (MRI) w obrazowaniu T2 oraz T1 z kontrastem. Następnie, przy wykorzystaniu nawigacji stereotaktycznej opartej na wolumetrycznych sekwencjach MRI, planuje się trajektorie elektrod stereotaktycznego EEG. Technika ta umożliwia rejestrację lokalnych potencjałów polowych ze struktur położonych głęboko w korze, takich jak widoczna tutaj grzbietowa część przedniej kory zakrętu obręczy, co nie byłoby możliwe przy typowym rozmieszczeniu elektrod powierzchniowych.

Po przeprowadzeniu odpowiedniej liczby prób w zadaniu z wieloźródłowymi zakłóceniami, dane potencjału polowego z elektrod stereotaktycznego EEG w grzbietowej części przedniej części zakrętu obręczy są wstępnie przetwarzane w celu wyrównania danych potencjału polowego do momentu prezentacji Q na potrzeby dalszej analizy. Następnie, po wyrównaniu, dane potencjału polowego mogą zostać uśrednione w celu zbadania zmian w średniej odpowiedzi elektrofizjologicznej pomiędzy typami prób. W dalszej kolejności sporządza się spektrogramy wielofiltrowe (multi-taper), aby zbadać zmiany w pasmach częstotliwości w czasie.

Rzeczywiście, badania EEG z powierzchni skóry głowy wykazały udział różnych pasm częstotliwości w aktywności obserwowanej w grzbietowej części przedniej części kory obręczy. Analiza czasowo-częstotliwościowa jest istotną metodą wiązania zmian elektrofizjologicznych obserwowanych w grzbietowej części przedniej części kory obręczy z odpowiednim, odpowiadającym im zachowaniem. Po opanowaniu techniki procedura ta zajmuje około dwóch do trzech godzin i wiąże się z minimalnymi komplikacjami.

Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o dostosowaniu zadania poznawczego do rejestrowanego obszaru kory lub struktur podkorowych. Po przeprowadzeniu tej procedury można zastosować inne metody analizy danych, takie jak analiza czasowo-częstotliwościowa. Pozwalają one na rozróżnienie wpływu różnych rodzajów oscylacji neuronowych w różnych przedziałach czasowych.

Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze rozumieć, jak rejestrować sygnały elektrofizjologiczne z głębokich struktur mózgu przy użyciu elektrod umieszczonych stereotaktycznie oraz systemu akwizycji danych.