Name: Jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką u ludzi (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-06-17T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 43 s
Description: Poznaj metodę jednoczesnego śledzenia ruchu gałek ocznych i rejestracji pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką. Technika umożliwia badanie aktywności neuronów w śródczasowej kory skroniowej podczas wyszukiwania wzrokowego.

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

Dziękujemy wszystkim pacjentom za udział. Badania te były wspierane przez Rockefeller Neuroscience Institute, Autism Science Foundation i Dana Foundation (dla S.W.), nagrodę NSF CAREER (1554105 dla U.R.) oraz NIH (R01MH110831 i U01NS098961 dla U.R.). Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badań, gromadzeniu i analizie danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu. Dziękujemy Jamesowi Lee, Eriki Quan i personelowi Centrum Symulacji Cedars-Sinai za pomoc w produkcji filmu demonstracyjnego.

1. Uczestnicy
<ol>
	<li>Rekrutacja pacjentów neurochirurgicznych z nieuleczalną padaczką, którzy są poddawani umieszczaniu elektrod wewnątrzczaszkowych w celu zlokalizowania napadów padaczkowych.</li>
	<li>Włóż elektrody wgłębne z osadzonymi mikrodrutami do wszystkich klinicznie wskazanych lokalizacji docelowych, które zazwyczaj obejmują podzbiór ciała migdałowatego, hipokampa, przedniej kory obręczy i przeduzupełniającego obszaru motorycznego. Zobacz szczegóły dotyczące implantacji w naszym poprzednim protokole2.</li>
	<li>Gdy pacjent wróci do unitu monitorującego padaczkę, należy podłączyć sprzęt rejestrujący zarówno do makro, jak i mikro zapisów. Obejmuje to staranne przygotowanie chusty na głowę, która obejmuje etapy na głowę (szczegóły w naszym poprzednim opisie2). Następnie poczekaj, aż pacjent dojdzie do siebie po operacji i przeprowadź testy, gdy pacjent jest w pełni przytomny (zwykle co najmniej 36 do 48 godzin po operacji).</li>
</ol>
2. Konfiguracja eksperymentalna
<ol>
	<li>Podłącz komputer bodźca do systemu elektrofizjologii i śledzenia ruchu gałek ocznych zgodnie ze schematem w <silna klasa="xfig">Rysunek 1.</li>
	<li>Korzystaj ze zdalnego, nieinwazyjnego systemu śledzenia ruchu gałek ocznych w podczerwieni (patrz tabela materiałów). Umieść system śledzenia ruchu gałek ocznych na solidnym wózku mobilnym (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1A, B). Do tego samego wózka przymocuj elastyczne ramię, które trzyma wyświetlacz LCD. Użyj trybu zdalnego, aby śledzić głowę i oczy pacjenta.</li>
	<li>Umieść w pełni naładowany zasilacz awaryjny (UPS) na wózku śledzenia ruchu gałek ocznych i podłącz wszystkie urządzenia związane ze śledzeniem ruchu gałek ocznych (tj. wyświetlacz LCD przed pacjentem, kamerę śledzącą ruch gałek ocznych i źródło światła oraz komputer hosta śledzenia ruchu gałek ocznych) do zasilacza UPS, a nie do zewnętrznego źródła zasilania.</li>
	<li>Dostosuj odległość między pacjentem a ekranem LCD do 60-70 cm i wyreguluj kąt ekranu LCD tak, aby powierzchnia ekranu była w przybliżeniu równoległa do twarzy pacjenta. Dostosuj wysokość ekranu względem głowy pacjenta tak, aby kamera monitora ruchu gałek ocznych znajdowała się w przybliżeniu na wysokości nosa pacjenta.</li>
	<li>Zaopatrz pacjenta w skrzynkę z przyciskami lub klawiaturę. Przed rozpoczęciem eksperymentu sprawdź, czy wyzwalacze (TTL) i naciśnięcie przycisku są prawidłowo zarejestrowane.</li>
</ol>
3. Zapis pojedynczego neuronu
<ol>
	<li>Uruchom oprogramowanie do akwizycji. Najpierw należy dokonać oględzin kontroli wzrokowej lokalnych potencjałów pola szerokopasmowego (0,1 Hz - 8 kHz) i upewnić się, że nie są one zanieczyszczone zakłóceniami linii. W przeciwnym razie postępuj zgodnie ze standardowymi procedurami, aby usunąć szum (patrz Dyskusja).</li>
	<li>Aby zidentyfikować pojedyncze neurony, należy przefiltrować sygnał pasmowo-przepustowy (300 Hz - 8 KHz). Wybierz jeden z ośmiu mikroprzewodów jako odniesienie dla każdej wiązki mikroprzewodów. Przetestuj różne referencje i dostosuj odniesienie tak, aby (1) pozostałe 7 kanałów pokazywało wyraźne neurony i (2) odniesienie nie zawierało neuronów. Ustaw zakres wejściowy na ± 2 000 μV.</li>
	<li>Włącz zapisywanie danych jako pliku NRD (tj. pliku danych surowych szerokopasmowych, który będzie używany do późniejszego sortowania spajków w trybie off-line) przed zapisaniem danych. Ustaw częstotliwość próbkowania na 32 kHz.</li>
</ol>
4. Śledzenie ruchu gałek ocznych
<ol>
	<li>Uruchom oprogramowanie do śledzenia ruchu gałek ocznych. Ponieważ jest to system bez fiksacji głowy, umieść naklejkę na czole pacjenta, aby eye tracker mógł dostosować się do ruchów głowy.</li>
	<li>Dostosuj odległość i kąt między urządzeniem śledzącym ruch gałek ocznych a pacjentem tak, aby znacznik celu, odległość głowy, źrenica i odbicie rogówki (CR) były oznaczone jako gotowe (jak pokazano na zielono w oprogramowaniu do śledzenia ruchu gałek ocznych; Rysunek 2 pokazuje dobry przykładowy ekran konfiguracji kamery). Kliknij oko, które chcesz nagrać i ustaw częstotliwość próbkowania na 500 Hz.</li>
	<li>Skorzystaj z automatycznej regulacji źrenicy i progu CR. W przypadku pacjentów noszących okulary należy dostosować położenie i/lub kąt oświetlacza i kamery tak, aby odbicia od szkła nie przeszkadzały w nabywaniu źrenic.</li>
	<li>Skalibruj urządzenie śledzące ruch gałek ocznych za pomocą wbudowanej metody 9-punktowej siatki na początku każdego bloku. Upewnij się, że pozycje oczu (pokazane jako "+") są ładnie rejestrowane jako siatka 9-punktowa. W przeciwnym razie powtórz kalibrację.</li>
	<li>Zaakceptuj kalibrację i przeprowadź walidację. Zaakceptuj walidację, jeśli maksymalny błąd walidacji wynosi < 2°, a średni błąd walidacji wynosi < 1°. W przeciwnym razie ponów walidację.</li>
	<li>Wykonaj korektę dryfu i przejdź do właściwego eksperymentu.</li>
</ol>
5. Zadanie
<ol>
	<li>W tym zadaniu wyszukiwania wizualnego użyj bodźców z naszego poprzedniego badania14 i postępuj zgodnie z procedurą zadania opisaną wcześniej8.</li>
	<li>Przekaż uczestnikom instrukcje dotyczące zadań. Poinstruuj uczestników, aby znaleźli element docelowy w tablicy wyszukiwania i odpowiedzieli tak szybko, jak to możliwe. Poinstruuj uczestników, aby nacisnęli lewy przycisk w polu odpowiedzi (patrz Spis materiałów), jeśli znajdą cel, i prawy przycisk, jeśli uważają, że cel jest nieobecny. Wyraźnie poinstruuj uczestników, że będą prowadzone badania kliniczne z udziałem i bez celu.</li>
	<li>Uruchom oprogramowanie do prezentacji bodźców (patrz Spis materiałów) i uruchom zadanie: Przedstaw wskazówkę docelową przez 1 s i zaprezentuj tablicę wyszukiwania za pomocą oprogramowania do prezentacji bodźców. Nagrywaj naciśnięcia przycisków i przekazuj uczestnikom informacje zwrotne (poprawne, nieprawidłowe lub przekroczenie limitu czasu).</li>
</ol>
6. Analiza danych
<ol>
	<li>Ponieważ systemy akwizycji i śledzenia ruchu gałek ocznych działają na różnych zegarach, użyj pliku dziennika behawioralnego, aby znaleźć znacznik czasu wyrównania do zapisu elektrofizjologii i śledzenia oczu. Dopasuj wyzwalacze z zapisu elektrofizjologicznego i śledzenia wzroku przed przystąpieniem do dalszej analizy. Wyodrębnij segmenty danych zgodnie ze znacznikami czasu i oknami analizy oddzielnie w celu rejestracji elektrofizjologii i śledzenia oczu.</li>
	<li>Użyj półautomatycznego algorytmu dopasowywania szablonów Osort26 i postępuj zgodnie z krokami opisanymi wcześniej2,26, aby zidentyfikować domniemane pojedyncze neurony. Oceń jakość sortowania przed przejściem do dalszej analizy2.</li>
	<li>Aby przeanalizować dane dotyczące ruchu gałek ocznych, najpierw przekonwertuj dane EDF z urządzenia śledzącego ruch gałek ocznych do formatu ASCII. Wyodrębnij również fiksacje i sakkady. Następnie zaimportuj plik ASCII i zapisz następujące informacje w pliku MAT: (1) znaczniki czasu, (2) współrzędne oka (x,y), (3) rozmiar źrenicy i (4) znaczniki czasu zdarzenia. Przeanalizuj ciągłe nagranie w każdej próbie.</li>
	<li>Postępuj zgodnie z wcześniej opisanymi procedurami, aby przeanalizować korelację między skokami a zachowaniem8.</li>
</ol>

<ol><li>Fried, I., Rutishauser, U., Cerf, M., Kreiman, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFried%2C+I+%22Single+Neuron+Studies+of+the+Human+Brain%3A+Probing+Cognition%22">Single Neuron Studies of the Human Brain: Probing Cognition</a>. , MIT Press. Boston. (2014).</li>
<li>Minxha, J., Mamelak, A. N., Rutishauser, U. Surgical and Electrophysiological Techniques for Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMinxha%2C+J+%22Extracellular+Recording+Approaches%22">Extracellular Recording Approaches</a>. Sillitoe, R. V. , Springer New York. New York, NY. 267-293 (2018).</li>
<li>Rutishauser, U., Mamelak, A. N., Schuman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Trial+Learning+of+Novel+Stimuli+by+Individual+Neurons+of+the+Human+Hippocampus-Amygdala+Complex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Single-Trial Learning of Novel Stimuli by Individual Neurons of the Human Hippocampus-Amygdala Complex.</a> Neuron. 49, 805-813 (2006).</li>
<li>Rutishauser, U., Ross, I. B., Mamelak, A. N., Schuman, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+memory+strength+is+predicted+by+theta-frequency+phase-locking+of+single+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Human memory strength is predicted by theta-frequency phase-locking of single neurons.</a> Nature. 464, 903-907 (2010).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurons+in+the+human+amygdala+selective+for+perceived+emotion%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Neurons in the human amygdala selective for perceived emotion.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 111, E3110-E3119 (2014).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+human+amygdala+parametrically+encodes+the+intensity+of+specific+facial+emotions+and+their+categorical+ambiguity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">The human amygdala parametrically encodes the intensity of specific facial emotions and their categorical ambiguity.</a> Nature Communications. 8, 14821(2017).</li>
<li>Minxha, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fixations+Gate+Species-Specific+Responses+to+Free+Viewing+of+Faces+in+the+Human+and+Macaque+Amygdala%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Fixations Gate Species-Specific Responses to Free Viewing of Faces in the Human and Macaque Amygdala.</a> Cell Reports. 18, 878-891 (2017).</li>
<li>Wang, S., Mamelak, A. N., Adolphs, R., Rutishauser, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Encoding+of+Target+Detection+during+Visual+Search+by+Single+Neurons+in+the+Human+Brain%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Encoding of Target Detection during Visual Search by Single Neurons in the Human Brain.</a> Current Biology. 28, 2058-2069 (2018).</li>
<li>Holmqvist, K., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHolmqvist%2C+K+%22Eye+tracking%3A+A+comprehensive+guide+to+methods+and+measures%22">Eye tracking: A comprehensive guide to methods and measures</a>. , Oxford University Press. Oxford, UK. (2011).</li>
<li>Liversedge, S. P., Findlay, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Saccadic+eye+movements+and+cognition%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">Saccadic eye movements and cognition.</a> Trends in Cognitive Sciences. 4, 6-14 (2000).</li>
<li>Rehder, B., Hoffman, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eyetracking+and+selective+attention+in+category+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Cognitive+Psychology%22%5BJournal%5D)">Eyetracking and selective attention in category learning.</a> Cognitive Psychology. 51, 1-41 (2005).</li>
<li>Blair, M. R., Watson, M. R., Walshe, R. C., Maj, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extremely+selective+attention%3A+Eye-tracking+studies+of+the+dynamic+allocation+of+attention+to+stimulus+features+in+categorization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Psychology%3A+Learning%2C+Memory%2C+and+Cognition%22%5BJournal%5D)">Extremely selective attention: Eye-tracking studies of the dynamic allocation of attention to stimulus features in categorization.</a> Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, and Cognition. 35, 1196(2009).</li>
<li>Rutishauser, U., Koch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probabilistic+modeling+of+eye+movement+data+during+conjunction+search+via+feature-based+attention%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vision%22%5BJournal%5D)">Probabilistic modeling of eye movement data during conjunction search via feature-based attention.</a> Journal of Vision. 7, (2007).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autism+spectrum+disorder%2C+but+not+amygdala+lesions%2C+impairs+social+attention+in+visual+search%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologia%22%5BJournal%5D)">Autism spectrum disorder, but not amygdala lesions, impairs social attention in visual search.</a> Neuropsychologia. 63, 259-274 (2014).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atypical+Visual+Saliency+in+Autism+Spectrum+Disorder+Quantified+through+Model-Based+Eye+Tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Atypical Visual Saliency in Autism Spectrum Disorder Quantified through Model-Based Eye Tracking.</a> Neuron. 88, 604-616 (2015).</li>
<li>Wang, S., Tsuchiya, N., New, J., Hurlemann, R., Adolphs, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preferential+attention+to+animals+and+people+is+independent+of+the+amygdala%5BTitle%5D)+AND+%22Social+Cognitive+and+Affective+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Preferential attention to animals and people is independent of the amygdala.</a> Social Cognitive and Affective Neuroscience. 10, 371-380 (2015).</li>
<li>Fried, I., MacDonald, K. A., Wilson, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+Neuron+Activity+in+Human+Hippocampus+and+Amygdala+during+Recognition+of+Faces+and+Objects%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Single Neuron Activity in Human Hippocampus and Amygdala during Recognition of Faces and Objects.</a> Neuron. 18, 753-765 (1997).</li>
<li>Kreiman, G., Koch, C., Fried, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Category-specific+visual+responses+of+single+neurons+in+the+human+medial+temporal+lobe%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Category-specific visual responses of single neurons in the human medial temporal lobe.</a> Nature Neuroscience. 3, 946-953 (2000).</li>
<li>Squire, L. R., Stark, C. E. L., Clark, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Medial+Temporal+Lobe%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">The Medial Temporal Lobe.</a> Annual Review of Neuroscience. 27, 279-306 (2004).</li>
<li>Chelazzi, L., Miller, E. K., Duncan, J., Desimone, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+neural+basis+for+visual+search+in+inferior+temporal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A neural basis for visual search in inferior temporal cortex.</a> Nature. 363, 345-347 (1993).</li>
<li>Schall, J. D., Hanes, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+basis+of+saccade+target+selection+in+frontal+eye+field+during+visual+search%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neural basis of saccade target selection in frontal eye field during visual search.</a> Nature. 366, 467-469 (1993).</li>
<li>Wolfe, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+Can+1+Million+Trials+Tell+Us+About+Visual+Search%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Psychological+Science%22%5BJournal%5D)">What Can 1 Million Trials Tell Us About Visual Search?</a> Psychological Science. 9, 33-39 (1998).</li>
<li>Wolfe, J. M., Horowitz, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+attributes+guide+the+deployment+of+visual+attention+and+how+do+they+do+it%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Review+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">What attributes guide the deployment of visual attention and how do they do it?</a> Nature Review Neuroscience. 5, 495-501 (2004).</li>
<li>Sheinberg, D. L., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Noticing+Familiar+Objects+in+Real+World+Scenes%3A+The+Role+of+Temporal+Cortical+Neurons+in+Natural+Vision%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Noticing Familiar Objects in Real World Scenes: The Role of Temporal Cortical Neurons in Natural Vision.</a> The Journal of Neuroscience. 21, 1340-1350 (2001).</li>
<li>Bichot, N. P., Rossi, A. F., Desimone, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Parallel+and+Serial+Neural+Mechanisms+for+Visual+Search+in+Macaque+Area+V4%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Parallel and Serial Neural Mechanisms for Visual Search in Macaque Area V4.</a> Science. 308, 529-534 (2005).</li>
<li>Rutishauser, U., Schuman, E. M., Mamelak, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Online+detection+and+sorting+of+extracellularly+recorded+action+potentials+in+human+medial+temporal+lobe+recordings%2C+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Online detection and sorting of extracellularly recorded action potentials in human medial temporal lobe recordings, in vivo.</a> Journal of Neuroscience Methods. 154, 204-224 (2006).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

W tym protokole opisaliśmy, jak wykorzystać zapisy pojedynczych neuronów z jednoczesnym śledzeniem gałek ocznych i opisaliśmy, w jaki sposób wykorzystaliśmy tę metodę do identyfikacji docelowych neuronów w ludzkim MTL.
Konfiguracja obejmuje trzy komputery: jeden wykonujący zadanie (komputer stymulacyjny), jeden uruchamiający śledzenie ruchu gałek ocznych i jeden uruchamiający system akwizycji. Aby zsynchronizować się między trzema systemami, port równoległy służy do wysyłania wyzwalaczy TTL z ...

Ludzkie nagrania pojedynczych neuronów są unikalnym i potężnym narzędziem do badania funkcji ludzkiego mózgu z niezwykłą rozdzielczością przestrzenną i czasową1. Ostatnio nagrania pojedynczych neuronów zyskały szerokie zastosowanie w dziedzinie neuronauki poznawczej, ponieważ umożliwiają bezpośrednie badanie procesów poznawczych kluczowych dla poznania człowieka. Zapisy te są możliwe dzięki klinicznej potrzebie określenia położenia ognisk padaczkowych, dla których elektrody głębinowe są czasowo wszczepiane do mózgów pacjentów z podejrzeniem padaczki ogniskowej. Dzięki tej konfiguracji zapisy pojedynczego neuronu można uzyskać za pomocą mikroprzewodów wystających z końcówki hybrydowej elektrody głębinowej (szczegółowy opis metodyki chirurgicznej związanej z wprowadzaniem hybrydowych elektrod głębinowych znajduje się w poprzednim protokole2). Metoda ta została wykorzystana między innymi do badania ludzkiej pamięci3,4, emotion5,6 oraz attention7,8.
Śledzenie wzroku mierzy pozycję wzroku i ruchy gałek ocznych (fiksacje i sakkady) podczas zadań poznawczych. Urządzenia śledzące ruch gałek ocznych oparte na wideo zazwyczaj wykorzystują odbicie rogówki i środek źrenicy jako cechy do śledzenia w czasie9. Śledzenie ruchu gałek ocznych jest ważną metodą badania uwagi wzrokowej, ponieważ lokalizacja spojrzenia wskazuje na skupienie uwagi podczas większości naturalnych zachowań10,11,12. Śledzenie ruchu gałek ocznych jest szeroko stosowane do badania uwagi wzrokowej u osób zdrowych13 i populacji neurologicznych14,15,16.
Chociaż zarówno nagrania pojedynczych neuronów, jak i śledzenie ruchu gałek ocznych są szeroko stosowane u ludzi, niewiele badań używało obu jednocześnie. W rezultacie nadal pozostaje w dużej mierze nieznane, w jaki sposób neurony w ludzkim mózgu reagują na ruchy gałek ocznych i/lub czy są wrażliwe na aktualnie utrwalony bodziec. Jest to przeciwieństwo badań na makakach, gdzie śledzenie ruchu gałek ocznych z jednoczesnym rejestrowaniem pojedynczych neuronów stało się standardowym narzędziem. Aby bezpośrednio zbadać reakcję neuronalną na ruchy gałek ocznych, połączyliśmy nagrania pojedynczych neuronów u ludzi i śledzenie ruchu gałek ocznych. Tutaj opisujemy protokół przeprowadzania takich eksperymentów, a następnie ilustrujemy wyniki na konkretnym przykładzie.
Pomimo ustalonej roli ludzkiego przyśrodkowego płata skroniowego (MTL) zarówno w reprezentacji obiektów17,18 i memory3,19, pozostaje w dużej mierze nieznane, czy neurony MTL są modulowane w funkcji odgórnego zwracania uwagi na cele istotne z punktu widzenia zachowania. Badanie takich neuronów jest ważne, aby zacząć rozumieć, w jaki sposób informacje istotne dla celu wpływają na oddolne procesy wzrokowe. W tym miejscu demonstrujemy użyteczność śledzenia ruchu gałek ocznych podczas rejestrowania neuronów za pomocą kierowanego wyszukiwania wzrokowego, dobrze znanego paradygmatu do badania zachowań ukierunkowanych na cel20,21,22,23,24,25. Korzystając z tej metody, opisaliśmy niedawno klasę neuronów zwanych neuronami docelowymi, która sygnalizuje, czy aktualnie obserwowany bodziec jest celem trwającego wyszukiwania8. Poniżej przedstawiamy protokół badania potrzebny do odtworzenia tego poprzedniego badania naukowego. Zauważ, że w tym przykładzie protokół można łatwo dostosować do badania dowolnego zadania uwagi wzrokowej.

<table><tbody><tr><td>Skrzynka odpowiedzi Cedrus</td><td>Cedrus (https://cedrus.com/)</td><td>RB-844</td><td>Skrzynka z przyciskami</td></tr><tr><td>Dell Laptop</td><td>Dell (https://dell.com)</td><td>Precision 7520</td><td>Stimulus Komputer</td></tr><tr><td>EyeLink Eye Tracker</td><td>SR Research (https://www.sr-research.com)</td><td>1000 Plus Pilot zdalnego sterowania z komputerem hosta laptopa i uchwytem na ramię LCD</td><td>Śledzenie ruchu gałek ocznych</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>MathWorks Inc</td><td>R2016a (RRID: SCR_ 001622)</td><td>Analiza danych</td></tr><tr><td>Neuralynx System neurofizjologii</td><td>Neuralynx (https://neuralynx.com)</td><td>ATLAS 128</td><td>Elektrofizjologia</td></tr><tr><td>Osort</td><td>Open source</td><td>v4.1 (RRID: SCR_015869)</td><td>Algorytm sortowania kolców</td></tr><tr><td>Psychophysics Toolbx</td><td>Open source</td><td>PTB3 ( RRID: SCR_002881)</td><td>Zestaw narzędzi Matlab do realizacji eksperymentów psychofizycznych</td></tr></tbody></table>

jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką u ludzi

Simultaneous Eye Tracking and Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients

Wewnątrzczaszkowe nagrania od pacjentów z nieuleczalną padaczką dają unikalną okazję do zbadania aktywności poszczególnych ludzkich neuronów podczas aktywnego zachowania. Ważnym narzędziem do ilościowego określania zachowania jest śledzenie ruchu gałek ocznych, które jest niezbędnym narzędziem do badania uwagi wzrokowej. Jednak śledzenie ruchu gałek ocznych jest trudne do stosowania jednocześnie z elektrofizjologią inwazyjną i w związku z tym podejście to jest rzadko stosowane. W tym miejscu przedstawiamy sprawdzony protokół eksperymentalny do prowadzenia nagrań pojedynczych neuronów z jednoczesnym śledzeniem ruchu gałek ocznych u ludzi. Opisujemy, w jaki sposób systemy są połączone i jakie są optymalne ustawienia do rejestrowania neuronów i ruchów gałek ocznych. Aby zilustrować użyteczność tej metody, podsumowujemy wyniki, które były możliwe dzięki tej konfiguracji. Dane te pokazują, w jaki sposób wykorzystanie śledzenia wzroku w zadaniu wyszukiwania wizualnego sterowanego pamięcią pozwoliło nam opisać nową klasę neuronów zwanych neuronami docelowymi, których odpowiedź odzwierciedlała odgórną uwagę na bieżący cel wyszukiwania. Na koniec omawiamy znaczenie i rozwiązania potencjalnych problemów związanych z tą konfiguracją. Podsumowując, nasz protokół i wyniki sugerują, że zapisy pojedynczych neuronów z jednoczesnym śledzeniem ruchu gałek ocznych u ludzi są skuteczną metodą badania funkcji ludzkiego mózgu. Stanowi kluczowe brakujące ogniwo między neurofizjologią zwierząt a neuronauką poznawczą człowieka.

Aby zilustrować zastosowanie wyżej wspomnianej metody, w dalszej części krótko opisujemy przypadek użycia, który opublikowaliśmy niedawno8. Zarejestrowaliśmy aktywność 228 pojedynczych neuronów z ludzkiego przyśrodkowego płata skroniowego (MTL; ciało migdałowate i hipokamp), podczas gdy pacjenci wykonywali zadanie poszukiwania wizualnego (Rysunek 3A, B). W trakcie tego zadania badaliśmy, czy aktywność neuronów różniła ...

Opisujemy metodę przeprowadzania nagrań pojedynczych neuronów z jednoczesnym śledzeniem ruchu gałek ocznych u ludzi. Pokazujemy użyteczność tej metody i ilustrujemy, w jaki sposób wykorzystaliśmy to podejście do uzyskania neuronów w ludzkim przyśrodkowym płacie skroniowym, które kodują cele wyszukiwania wzrokowego.

Jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką u ludzi

Intracranial recordings from patients with intractable epilepsy provide a unique opportunity to study the activity of individual human neurons during ...

Główną zaletą naszej techniki jest to, że umożliwia ona jednoczesne rejestrowanie pozycji przypadku, wielkości źrenicy i pojedynczych neuronów u pacjentów, którym wszczepiono elektrody głębinowe przy łóżku pacjenta. Pozwala nam to określić, czy w ludzkim mózgu znajdują się neurony, których aktywność jest wrażliwa na ruchy gałek ocznych i na tożsamość aktualnie utrwalonego bodźca. Chociaż technika ta nie jest przeznaczona do badania konkretnej choroby, dobrze nadaje się do badania chorób neurologicznych, które skutkują nieprawidłowymi ruchami gałek ocznych lub innymi nieprawidłowościami motorycznymi gałki ocznej.Procedurę zademonstrują Nand Chandravadia i James Lee, współpracownicy naukowi z mojego laboratorium. I Erika Quan, technik neurodiagnostyki w Cedars-Sinai. Aby rozpocząć, podłącz elektrody do systemu rejestracji i ustaw pacjenta w pozycji pionowej.Następnie podłącz komputer bodźca do systemu elektrofizjologii i eye trackera. Umieść zdalny nieinwazyjny system śledzenia ruchu gałek ocznych w podczerwieni na solidnym wózku mobilnym. Następnie przymocuj do wózka elastyczne ramię, na którym znajduje się wyświetlacz LCD.Umieść w pełni naładowany, nieprzerwany zasilacz na wózku śledzenia ruchu gałek ocznych i podłącz wszystkie urządzenia związane ze śledzeniem ruchu gałek ocznych do źródła zasilania, a nie do zewnętrznego źródła zasilania. Upewnij się, że urządzenie dożylne podłączone do pacjenta jest zasilane bateryjnie i nie jest podłączone do ściany. Uruchom oprogramowanie do śledzenia ruchu gałek ocznych.Dostosuj odległość między pacjentem a ekranem LCD w zakresie od 60 do 70 centymetrów. Dostosuj również kąt ekranu LCD tak, aby powierzchnia ekranu była w przybliżeniu równoległa do twarzy pacjenta. Umieść naklejkę na czole pacjenta, aby urządzenie śledzące ruch gałek ocznych mogło dostosować się do ruchów głowy.Teraz dostosuj wysokość ekranu względem głowy pacjenta tak, aby kamera urządzenia śledzącego ruch gałek ocznych znajdowała się w przybliżeniu na wysokości nosa pacjenta. Zaopatrz pacjenta w skrzynkę z przyciskami lub klawiaturę. Przed rozpoczęciem eksperymentu sprawdź, czy wyzwalacze i naciśnięcia przycisków są prawidłowo rejestrowane.Uruchom oprogramowanie do akwizycji. Najpierw należy dokonać wizualnej kontroli potencjałów szerokopasmowego pola lokalnego i upewnić się, że nie są one zanieczyszczone hałasem sieciowym. W przeciwnym razie postępuj zgodnie ze standardowymi procedurami, aby usunąć szum.Aby zidentyfikować pojedyncze neurony, filtruj sygnał pasmowo-przepustowy od 300 Hz do 8 kiloherców. Wybierz jeden z ośmiu mikroprzewodów jako odniesienie dla każdej wiązki mikroprzewodów. Włącz zapisywanie danych jako pliku nrd przed nagraniem.Dostosuj odległość i kąt między urządzeniem śledzącym ruch gałek ocznych a pacjentem tak, aby znacznik celu, odległość głowy, źrenica i odbicie rogówki były oznaczone jako gotowe. Jest to pokazane na zielono w oprogramowaniu do śledzenia ruchu gałek ocznych. Kliknij oko, które chcesz nagrać i ustaw częstotliwość próbkowania na 500 Hz.Użyj automatycznej regulacji progu odbicia źrenicy i rogówki. Skalibruj urządzenie śledzące ruch gałek ocznych za pomocą wbudowanej metody siatki na początku każdego bloku. Upewnij się, że pozycje oczu są ładnie rejestrowane jako siatka.W przeciwnym razie powtórz kalibrację. Zaakceptuj kalibrację i przeprowadź walidację. Zaakceptuj walidację, jeśli maksymalny błąd walidacji jest mniejszy niż dwa stopnie, a średni błąd walidacji jest mniejszy niż jeden stopień.W przeciwnym razie powtórz walidację. Następnie wykonaj korekcję dryfu i przejdź do właściwego eksperymentu. W tym zadaniu wyszukiwania wizualnego wykorzystaj bodźce z poprzedniego badania przeprowadzonego przez tę grupę i postępuj zgodnie z procedurą zadania, jak opisano wcześniej.Przekaż uczestnikom instrukcje dotyczące zadań. Poinstruuj uczestników, aby znaleźli element docelowy w tablicy wyszukiwania i odpowiedzieli tak szybko, jak to możliwe. Poinstruuj uczestników, aby nacisnęli lewy przycisk w polu odpowiedzi, jeśli znajdą cel i nacisnęli prawy przycisk, jeśli uważają, że cel jest nieobecny.Wyraźnie poinstruuj uczestników, że będą prowadzone badania kliniczne z udziałem i bez celu. Uruchom oprogramowanie do prezentacji bodźców i uruchom zadanie. Przedstaw wskazówkę docelową na jedną sekundę i zaprezentuj tablicę wyszukiwania za pomocą oprogramowania do prezentacji bodźców.Nagrywaj naciśnięcia przycisków i przekazuj uczestnikom informacje zwrotne próba po próbie. Aby zilustrować zastosowanie tej metody, zarejestrowano 228 pojedynczych neuronów z ludzkiego przyśrodkowego płata skroniowego, podczas gdy pacjenci wykonywali zadanie wyszukiwania wzrokowego, jak pokazano tutaj. W ramach tego zadania zbadano, czy aktywność neuronów różnicuje fiksacje na celach i dystraktory.Kiedy odpowiedzi zostały wyrównane po naciśnięciu przycisku, znaleziono neurony, które wykazywały zróżnicowaną aktywność między próbami z obecnym celem a próbami bez celu. Czarne linie reprezentują początek i przesunięcie kolejki wyszukiwania. Ten neuron zwiększył swoją szybkość wystrzeliwania w próbach z obecnym celem, ale nie w próbach bez celu.I odwrotnie, neuron ten zmniejszył swoją szybkość wystrzeliwania w próbach z obecnym celem, ale nie w próbach bez celu. Podzbiór neuronów przyśrodkowego płata skroniowego wykazywał znacząco różną aktywność między fiksacjami na celach a dystraktorami. Co więcej, jeden typ takiego neuronu docelowego miał większą reakcję na cele w stosunku do dystraktorów, podczas gdy drugi miał większą odpowiedź na dystraktory w stosunku do celów.Łącznie wynik ten pokazuje, że podzbiór neuronów przyśrodkowego płata skroniowego koduje, czy obecna fiksacja wylądowała na celu, czy nie. Bardzo ważne jest, aby upewnić się, że eyetracker nie wprowadza szumów do nagrania. Wszelki hałas musi zostać usunięty przed przeprowadzeniem eksperymentów.Jeśli szum będzie się powtarzał, upewnij się, że ekran używany do wyświetlania bodźca do obiektu ma zewnętrzne źródło zasilania. Wymień zasilacze na bardziej wysokiej jakości zasilacze, zwykle używane do zaawansowanych aplikacji audio. Po tej procedurze przeprowadzana jest analiza skoków i ruchów gałek ocznych w celu wydobycia informacji z danych, które pozwolą badaczowi zbadać reakcje neuronów na ruchy gałek ocznych.Ta metoda toruje drogę do zbadania wielu pytań bez odpowiedzi, które wymagają analizy fiksacji, takich jak to, w jaki sposób neurony kolektywnie napędzają fiksacje na interesujących obiektach w scenie.

simultaneous-eye-tracking-single-neuron-recordings-human-epilepsy

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Przedstawiamy metodę pozyskiwania sygnałów elektrokortykograficznych do celów badawczych u ludzi poddawanych inwazyjnemu monitorowaniu epilepsji. Pokazujemy, jak wykorzystać platformę programową BCI2000 do zbierania danych, przetwarzania sygnałów oraz prezentacji bodźców. W szczególności prezentujemy SIGFRIED, narzędzie oparte na BCI2000 służące do funkcjonalnego mapowania mózgu w czasie rzeczywistym.

Rejestracja ludzkich sygnałów elektrokortykograficznych (ECoG) w badaniach neuronaukowych i funkcjonalnym mapowaniu kory mózgowej w czasie rzeczywistym

W tym filmie demonstrujemy wielosystemową metodę monitorowania nieprawidłowości neurologicznych i krążeniowo-oddechowych podczas dożylnego wstrzykiwania leku wywołującego napady. Jednoczesne monitorowanie parametrów wideo EEG, EKG, oksymetrii i kapnografii pomaga zrozumieć zmiany fizjologiczne w czasie rzeczywistym związane z napadami padaczkowymi.

Wielosystemowe monitorowanie nieprawidłowości padaczkowych u królików: metoda jednoczesnego zapisu wideo EEG, EKG, kapnografii i oksymetrii podczas napadów indukowanych

Film demonstruje test do identyfikacji neuronów selektywnych poprzez jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów. Ludzki uczestnik ma za zadanie zidentyfikować obiekt docelowy spośród szeregu obiektów na wyświetlaczu, a ruch gałek ocznych jest śledzony. Jednocześnie szybkość odpalania pojedynczych neuronów jest rejestrowana przez elektrody wszczepione do mózgu. Dane z obu nagrań są skorelowane w celu oceny obecności neuronów selektywnych wobec celu.

Jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i rejestracja pojedynczych neuronów w celu identyfikacji neuronów selektywnych

Tutaj opisujemy, jak wykonywać zapisy wieloelektrodowe tkanki ludzkiej kory padaczkowej. Szczegółowo zademonstrowano resekcję tkanki padaczkowej, przygotowanie plastrów i zapisy wieloelektrodowe zdarzeń międzynapadowych i ictalowych.

Wieloelektrodowe zapisy pooperacyjnej tkanki korowej ludzkiego epilepsji

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

Ten protokół opisuje prostą metodę jednoczesnego rejestrowania kolokalizowanej elektroencefalografii (EEG) i wielolaminarnego potencjału pola lokalnego u znieczulonego szczura. Wykazano, że otwór w czaszce wywiercony w czaszce w celu wprowadzenia mikroelektrody powoduje znikome zniekształcenia sygnału EEG.

Jednoczesna rejestracja kolokalizowanej elektroencefalografii i lokalnego potencjału pola u gryzoni

Tutaj prezentujemy protokół do rejestrowania sygnałów biologicznych mózgu i serca u myszy za pomocą jednoczesnego wideo, elektroencefalografii (EEG) i elektrokardiografii (EKG). Opisano również metody analizy wynikowych zapisów EEG-EKG pod kątem napadów, mocy spektralnej EEG, funkcji serca i zmienności rytmu serca.

Jednoczesne monitorowanie wideo-EEG-EKG w celu identyfikacji dysfunkcji neurosercowej w mysich modelach padaczki

Ten artykuł przedstawia prosty protokół pozyskiwania dobrej jakości danych elektroencefalograficznych (EEG) podczas jednoczesnego obrazowania EEG i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego za pomocą łatwo dostępnych produktów medycznych.

Niezawodna akwizycja danych elektroencefalograficznych podczas jednoczesnej elektroencefalografii i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego

Obecny protokół opisuje konstrukcję specjalnie wykonanych układów mikroelektrod do rejestrowania lokalnych potencjałów pola in vivo z wielu struktur mózgu jednocześnie.

Budowa mikroelektrod potencjału lokalnego pola do nagrań in vivo z wielu struktur mózgu jednocześnie

Ten artykuł szczegółowo opisuje procedury rejestracji jednoczesnego elektroencefalogramu i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (EEG-fMRI), które mogą być stosowane zarówno w warunkach klinicznych, jak i badawczych. Uwzględniono również procedury przetwarzania EEG w celu usunięcia artefaktów obrazowania do oceny klinicznej. Niniejsze badanie koncentruje się na przykładzie padaczki w okresie międzynapadowym.

Konfiguracja sprzętu i usuwanie artefaktów do jednoczesnego elektroencefalogramu i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego do oceny klinicznej w padaczce

Magnetoencefalografia (MEG) i elektroencefalografia o wysokiej gęstości (HD-EEG) rzadko są rejestrowane jednocześnie, chociaż dostarczają informacji potwierdzających i uzupełniających. W tym miejscu ilustrujemy eksperymentalną konfigurację do jednoczesnego rejestrowania MEG i HD-EEG oraz metodologię analizy tych danych mającą na celu zlokalizowanie padaczkowych i elokwentnych obszarów mózgu u dzieci z padaczką lekooporną.

Obrazowanie źródeł elektromagnetycznych w ocenie przedoperacyjnej dzieci z padaczką lekooporną

Poznaj metodę jednoczesnego śledzenia ruchu gałek ocznych i rejestracji pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką. Technika umożliwia badanie aktywności neuronów w śródczasowej kory skroniowej podczas wyszukiwania wzrokowego.

Jednoczesne śledzenie ruchu gałek ocznych i zapisy pojedynczych neuronów u pacjentów z padaczką u ludzi

Przeglądaj więcej filmów