Badanie funkcji głębokich struktur korowych i podkorowych za pomocą elektroencefalografii stereotaktycznej: lekcje z przedniej kory obręczy
April 15th, 2015
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.
Ogólnym celem tej procedury jest zarejestrowanie sygnałów elektrofizjologicznych z głębi mózgu. Osiąga się to poprzez uprzednie umieszczenie elektrod w docelowych obszarach zainteresowania. Platforma do akwizycji danych jest następnie ustawiana przy łóżku pacjenta, a pacjent jest instruowany, jak wykonać proste zadanie poznawcze w ostatnim kroku.
Sygnały elektrofizjologiczne są rejestrowane przez elektrody, podczas gdy pacjent wykonuje zadanie. Ostatecznie wielostożkowa analiza spektralna służy do wykazania wariancji w polu lokalnym, potencjalnej aktywności w grzbietowej przedniej korze zakrętu obręczy, w zależności od trudności zadania poznawczego. Przewaga holografii stereofonicznej nad innymi technikami nagrywania, takimi jak implantacja siatki podtwardówkowej, polega na tym, że dzięki stereofonicznemu EEG mamy dostęp do głębokich struktur w mózgu.
Jest to zaleta kliniczna, gdy myślimy, że napady mogą wynikać z tych głębokich struktur, a także z perspektywy badawczej, ponieważ daje nam to dostęp do obszarów mózgu, do których nie mamy dostępu. W przeciwnym razie wybór pacjenta jest niezwykle ważny, ponieważ technika ta jest szczególnie odpowiednia do lokalizacji napadów pochodzących z głębokich struktur korowych i podkorowych. Nagrania takie jak te mogą pomóc nam odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie padaczki, na przykład, gdzie zaczynają się napady?
Gdzie rozprzestrzeniają się napady padaczkowe i jak mapować te obszary? Korzystając ze standardowych technik EEG, metoda ta może jednak zapewnić wgląd w epilepsję i powstawanie napadów, a także możemy ją zastosować do innych aspektów neuronauki, takich jak poznanie, pamięć i świadomość społeczna. Ogólnie rzecz biorąc, osoby nowe w tej metodzie będą miały trudności z komponentem akwizycji danych, ponieważ pozyskiwanie sygnałów elektrofizjologicznych może być złożone.
Po wykonaniu tomografii komputerowej należy odesłać pacjenta na salę operacyjną i przygotować pole operacyjne zgodnie z rutynowymi sterylnymi metodami. Następnie, korzystając z wydrukowanych współrzędnych stereotaktycznych ze skanu, należy ustawić współrzędne pierwszej elektrody wgłębnej na ramie głowicy w bocznej pionowej i przedniej tylnej płaszczyźnie. Współrzędne są weryfikowane i modyfikowane w razie potrzeby przez chirurga cos Korzystając ze stanowiska komputerowego na sali operacyjnej, użyj bloku prowadzącego, aby zidentyfikować miejsce wprowadzenia na skórze i oznaczyć to miejsce pisakiem.
Wstrzyknij od jednego do dwóch mililitrów znieczulenia miejscowego w zaznaczone nacięcie. Następnie użyj skalpela numer 11, aby naciąć zaznaczone nacięcie w dół do czaszki i użyj monopolarnego kauteryzacji skierowanej za pomocą powlekanego opteratora, aby kauteryzować skórę właściwą i tkankę głęboką za pomocą bloku prowadzącego. Aby utrzymać prawidłową trajektorię, utwórz otwór na wiertło za pomocą wiertła krętego o średnicy 2,1 milimetra i ręcznej wiertarki elektrycznej.
Otwórz oponę twardą za pomocą kauteryzacji monopolarnej prowadzonej przez sondę opteratora ze sztywną powłoką, nadal kierując trajektorię za pomocą bloku prowadzącego. Wkręć kotwiącą w otwór i umieść wstępnie odmierzoną sondę trzpieniową przez kotwiącą, aby utworzyć ścieżkę dla elektrody. Następnie ostrożnie przesuń elektrodę na wcześniej obliczoną głębokość, dokręcając kotwiącą zaślepioną, aby zabezpieczyć elektrodę, gdy znajdzie się na miejscu.
Aby zapewnić odpowiednią trajektorię umieszczenia wszystkich elektrod, przynieś sterylny, udrapowany fluoroskop na pole operacyjne i uzyskaj obraz fluoroskopowy AP. Następnie podłącz elektrody do klinicznego systemu EEG, aby zweryfikować odpowiednie impedancje. Umieść opatrunek.
Zdejmij stereotaktyczną ramę głowy i obudź pacjenta ze znieczulenia. Aby skonfigurować zadanie behawioralne, otwórz odpowiednie oprogramowanie behawioralne i ustaw plik warunków przeznaczony do uruchamiania zadania zakłóceń z wielu źródeł. Aby uwzględnić wszystkie cztery typy prób o jednakowej częstotliwości, naciśnij przycisk ustawiania warunków, aby wybrać żądany plik warunków.
Następnie kliknij przycisk testuj w polu wyświetlania, aby przetestować monitor wyświetlacza behawioralnego. Testowy bodziec wzrokowy powinien pojawiać się przez dwie do trzech sekund. Następnie podłącz skrzynkę przycisków do wejść analogowych na płytce akwizycji danych i do źródła zasilania.
Użyj taśmowego podzielonego na dziewięć taśm, aby podłączyć osiem taśm do portu od zera do siedmiu w cyfrowej części IO karty akwizycji danych. Podłączanie dziewiątej taśmy do portu zerowego w cyfrowej części PFI płyty. Następnie ustaw żądaną częstotliwość próbkowania w oprogramowaniu procesora sygnału neuronowego.
Na przykład w tym przypadku żądana częstotliwość próbkowania jest ustawiona na 50 000 próbek na sekundę z aliasem i próbką w dół online z 1000 próbek na sekundę. Zakończ konfigurację, podłączając wzmacniacz do procesora sygnału neuronowego za pomocą światłowodowego, a procesor sygnału neuronowego do strumieniera danych i optycznej karty PCI w komputerze akwizycji danych neuronowych za pomocą światłowodowego. Kluczem do zapewnienia udanego pozyskiwania danych jest przetestowanie konfiguracji przetwarzania sygnału przed wejściem do pokoju pacjenta, aby nagrywanie mogło przebiegać płynnie.
Gdy monitor behawioralny jest gotowy. Przetransportuj stanowisko badawcze do pokoju pacjenta, umieszczając monitor przed pacjentem na przenośnym stole. Podłącz monitor do komputera kontroli behawioralnej za pomocą standardowego DVI i umieść zestaw nagrywający w dyskretnym miejscu.
Następnie podłącz system badawczy do skrzynki rozdzielającej, która oddziela zapis badania od systemu klinicznego. Następnie przekaż pudełko z przyciskiem pacjentowi i poinstruuj go, aby zidentyfikował cel, naciskając odpowiedni przycisk. Na koniec kliknij przycisk uruchom, aby uruchomić zadanie i pozwolić pacjentowi na wykonanie dwóch bloków po 150 prób każdy, z których każdy wykorzystuje oprogramowanie procesora sygnału neuronowego do kontrolowania parametrów nagrywania.
Po wybraniu pacjenta do stereotaktycznego umieszczenia elektrody EEG wykonuje się wolumetryczny rezonans magnetyczny T dwa i T jeden ze wzmocnionym kontrastem. Stereotaktyczne trajektorie elektrod EEG są następnie planowane przy użyciu stereotaktycznej nawigacji wolumetrycznych sekwencji MRI. Technika ta ułatwia zbieranie lokalnych potencjałów pola ze struktur znajdujących się głęboko w korze mózgowej, takich jak grzbietowa przednia kora zakrętu obręczy, jak pokazano tutaj, co nie byłoby możliwe przy typowym umieszczeniu elektrody powierzchniowej.
Po odpowiedniej liczbie prób interferencyjnych z wielu źródeł, dane o potencjale pola lokalnego ze stereotaktycznych elektrod EEG w grzbietowej przedniej korze zakrętu obręczy są wstępnie przetwarzane w celu dopasowania danych o potencjale pola lokalnego do prezentacji Q w celu dalszej analizy. Ponadto, po wyrównaniu pola lokalnego, potencjalne dane mogą być uśredniane w celu zbadania zmian w średniej odpowiedzi elektrofizjologicznej między typami próby. Następnie wykonuje się spektrogramy z wieloma stożkami w celu zbadania zmian w pasmach częstotliwości w czasie.
Rzeczywiście, podobnie jak w przypadku skóry głowy, badania EEG wykazały różne pasma częstotliwości w aktywności obserwowanej w grzbietowej przedniej korze zakrętu obręczy. Analiza częstotliwości w czasie jest ważną metodą łączenia zmian elektrofizjologicznych obserwowanych w grzbietowej przedniej części kory zakrętu obręczy z odpowiednim odpowiednim zachowaniem. Po opanowaniu zajmuje to około dwóch do trzech godzin przy minimalnych komplikacjach.
Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o dostosowaniu zadania poznawczego do rejestrowanego obszaru korowego lub podkorowego. Po tej procedurze można zastosować inne metody analizy danych, takie jak analiza częstotliwości w czasie. Pozwalają nam one rozplątać skutki różnych rodzajów oscylacji neurologicznych w różnym czasie.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak rejestrować sygnały elektrofizjologiczne z głębi mózgu za pomocą stereotaktycznie umieszczonych elektrod i urządzenia do akwizycji danych.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Stereotaktyczna Elektroencefalografia (SEEG) to technika operacyjna stosowana w chirurgii padaczki w celu zlokalizowania ognisk padaczkowych i badania funkcji mózgu. Ten artykuł opisuje zastosowanie SEEG do badania procesów poznawczych u ludzi.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Elektrofizjologia
- Neuronauki poznawcze
Tło
- SEEG pozwala na rejestrowanie z głębokich struktur mózgu.
- Jest przydatny do zrozumienia nerwowych podstaw zadań poznawczych.
- Technika jest stosowana u pacjentów poddawanych operacji padaczki.
- Elektrodami są umieszczane w docelowych regionach mózgu, aby uchwycić sygnały.
Cel badania
- Rejestrowanie sygnałów elektrofizjologicznych podczas zadań poznawczych.
- Analiza aktywności lokalnego potencjału pola w związku z trudnością zadania.
- Demonstracja zalet SEEG w porównaniu z innymi technikami rejestracji.
Stosowane metody
- Umieszczanie elektrod w docelowych regionach mózgu.
- Ustawianie urządzenia do akwizycji danych przy łóżku pacjenta.
- Instrukcje dla pacjentów do wykonania zadań poznawczych.
- Multi tapered spektralna analiza zarejestrowanych sygnałów.
Główne wyniki
- Obserwowano różnice w aktywności lokalnego potencjału pola.
- Aktywność w grzbietowej części przedczołowego płata obręczy zmieniała się w zależności od trudności zadania.
- SEEG zapewniał dostęp do głębokich struktur mózgu niedostępnych za pomocą innych metod.
- Dane potwierdzają zastosowanie SEEG w badaniach neuronaukowych poznawczych.
Wnioski
- SEEG jest cennym narzędziem do badania procesów poznawczych.
- Zwiększa nasze zrozumienie funkcji mózgu w kontekście zachowania.
- Technika ta może wpłynąć na przyszłe strategie leczenia padaczki.
Często zadawane pytania
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.
