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

Ogólnym celem niniejszej procedury jest ocena funkcji poznawczych i emocjonalnych oddziałujących na siebie struktur mózgu poprzez jednoczesne rejestracje z neuronalnych źródeł głębokich oraz powierzchniowych. Metoda ta może pomóc w uzyskaniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu neurofizjologii człowieka, takie jak związek między wzorcami aktywności mózgu a jego funkcjami, szczególnie w odniesieniu do głęboko położonych, trudno dostępnych obszarów mózgu.

Główną zaletą tej techniki jest wykorzystanie ramy pacjentów poddanych głębokiej stymulacji mózgu do pozyskiwania informacji na żywo o strukturach korowych i podkorowych u ludzi podczas zadań poznawczych i emocjonalnych. Kroki rejestracji w tej sekcji koncentrują się na pacjencie z zaburzeniami ruchowymi wykonującym zadanie flankera. Kroki analizy w następnej sekcji skupiają się natomiast na pacjencie z przewlekłym zaburzeniem świadomości słuchającym paradygmatu mowy poznawczo-emocjonalnej.

Rozpocznij od przygotowania sprzętu do elektroencefalografii (EEG) w pomieszczeniu badawczym. Podłącz komputer rejestrujący do systemu EEG i uruchom oprogramowanie do zapisu EEG. Kliknij Plik, a następnie Nowy obszar roboczy, aby zdefiniować obszar roboczy w oprogramowaniu do zapisu EEG, określając częstotliwość próbkowania 5 kHz, dolną i górną częstotliwość odcięcia, kanały EEG zgodnie z międzynarodowym systemem 10-20 oraz kanały potencjałów polowych (LFP).

Kliknij przycisk Monitor, aby zweryfikować, czy określone kanały zostały skonfigurowane do rejestracji. Następnie przygotuj komputer sterujący bodźcami i sprawdź połączenie z portem równoległym systemu EEG. Uruchom oprogramowanie do prezentacji bodźców.

Kliknij Run, aby sprawdzić funkcjonalność paradygmatu na monitorze komputera. Upewnij się, że triggery z komputera stymulującego są przesyłane do systemu rejestracji, sprawdzając ich pojawienie się w oprogramowaniu do zapisu EEG podczas prezentacji bodźców, a także podczas odpowiedzi badanego. Zaznacz wierzchołek głowy pacjenta jako punkt środkowy między nasion a inion, używając pisaka do znakowania skóry.

Następnie zaznacz wybrane pozycje elektrod EEG zgodnie z systemem 10-20. Oczyść każde z wybranych miejsc za pomocą gazika z alkoholem izopropylowym i pasty ściernej. Następnie przymocuj powierzchniowe elektrody EEG do skóry głowy.

Ewentualnie, w zależności od ograniczeń przestrzennych, można zastosować wielokanałową siatkę EEG. Inną zaawansowaną metodą oceny powierzchownej aktywności mózgu byłaby magnetoencefalografia, czyli MEG. Podłącz perkutany kabel przedłużający od elektrod głębokiej stymulacji mózgu (DBS) do zewnętrznego złącza kablowego.

Podłącz każdą elektrodę dostarczoną przez zewnętrzny konektor kablowy do modułu sterującego EEG, zgodnie z konfiguracją rejestracji EEG. Podłącz elektrody skalpowe EEG do modułu sterującego EEG. Następnie udziel pacjentowi instrukcji dotyczących zadania flankera.

Upewnij się, że pacjent czuje się komfortowo i poinformuj go, że może przerwać badanie w dowolnym momencie w przypadku dyskomfortu. Kliknij przycisk Run w oprogramowaniu do stymulacji, aby pacjent mógł zobaczyć paradygmat na monitorze. Przeprowadź z pacjentem sesję treningową, aż poczuje się on swobodnie w wykonywaniu zadania.

Na koniec rozpocznij jednoczesną rejestrację aktywności mózgu w postaci podkorowego LFP oraz korowego EEG, podczas gdy pacjent wykonuje zadanie flanker. Zacznij od otwarcia oprogramowania do analizy EEG. Kliknij New, aby zwizualizować zarejestrowane dane z paradygmatu mowy poznawczo-emocjonalnej, określając ścieżki do folderów i nazwę danych.

Kliknij Edit Channels, aby wybrać interesujące kanały. Następnie kliknij Channel Preprocessing, a potem New Reference, aby ponownie zdefiniować punkty odniesienia dla sąsiednich kontaktów DBS, co utworzy wirtualne konteksty bipolarne dla lewej i prawej półkuli. Kliknij Raw Data Inspection, aby przesiać dane pod kątem artefaktów fizjologicznych i sprzętowych, ze szczególnym uwzględnieniem drżeń ruchowych oraz zakłóceń aparatury.

Zaznacz segmenty, w których występują artefakty. Następnie kliknij Data Filtering, a potem IIR Filters, aby określić filtr notch oraz wybrać filtry Butterwortha z zerową fazą, określając parametry dolnego i górnego odcięcia. Kliknij Change Sampling Rate, aby obniżyć częstotliwość próbkowania sygnałów rejestracyjnych do określonej wartości, a także określ typ interpolacji.

Eksportuj wybrane kanały bipolarne, klikając Export, a następnie Generic Data. Eksport danych zostaje uruchomiony po kliknięciu Export, a następnie Markers. Nadaj nazwy plikom do eksportu, wybierając format T-X-T.

Następnie uruchom program MATLAB i kliknij Set Path, aby dodać ścieżkę do folderów z wycieczką terenową. Oblicz gęstość widmową mocy LFP dla interesujących kanałów, najpierw określając w skrypcie pierwszym ścieżkę i nazwy plików EEG oraz LFP, a następnie uruchamiając ten skrypt w celu wygenerowania pliku ze strukturą danych wymaganą przez skrypt drugi. Po drugie, uruchom skrypt drugi po określeniu parametrów analizy widmowej, takich jak metoda widmowa, częstotliwość, interesujący zakres czasu i korekcja linii bazowej, a także parametrów statystycznych, takich jak rodzaj analizy i wartość P.

Następnie oblicz koherencję między podkorowymi a korowymi sygnałami mózgowymi, uruchamiając trzeci skrypt, po uprzednim określeniu długości segmentu, procentu nakładania się, interesujących częstotliwości oraz rodzaju analizy. Na koniec oblicz sprzężenie fazowo-amplitudowe międzyczęstotliwościowe, uruchamiając implementację oprogramowania dostępną jako plik uzupełniający w referencji widocznej tutaj. Niniejszy protokół oceniał funkcje poznawczo-emocjonalne w wzzgórzu podczas paradygmatu pokazanego tutaj.

Przy zastosowaniu bodźców w postaci neutralnej mowy bez zwracania się do adresata oraz mowy skierowanej do osoby znanej. Wykazano tutaj zablokowaną bodźcem modulację aktywności oscylacyjnej w obrębie wzgórza centralnego, która ujawniła prawostronny wzrost mocy pasma beta w ciągu pierwszej sekundy przy przeciwstawieniu warunku mowy neutralnej do mowy skierowanej do osoby znanej. Analiza zmiany mocy odpowiadającej LFP dwa trzy ujawniła wczesny wzrost beta w ciągu pierwszej sekundy, a także późną modulację danych.

Ponadto, w warunku adresowania zapoznanego, wykazano istotny wzrost aktywności theta w zakresie od 4 do 6,5 Hz w przedziale czasowym od 2,6 do 2,8 s w LFP 23. Po opanowaniu technika ta może zostać wykonana w ciągu jednej godziny, jeśli jest przeprowadzana prawidłowo. Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać, że rozdzielczość przestrzenna rejestracji zapewniana przez tę technikę znajduje się na poziomie potencjałów pola lokalnego oraz EEG.

Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiąść gruntowną wiedzę na temat przeprowadzania połączonych inwazyjnych i nieinwazyjnych pomiarów neurofizjologicznych u ludzi w celu oceny funkcji poznawczych i emocjonalnych.