Name: Translacyjne mapowanie mózgu w Centrum Medycznym Uniwersytetu Rochester: Ochrona umysłu poprzez spersonalizowane mapowanie mózgu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-12T12:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 12 s
Description: Poznaj wielomodalne mapowanie mózgu w neurochirurgii wykorzystujące fMRI do identyfikacji obszarów odpowiedzialnych za funkcje poznawcze. Ta metoda umożliwia precyzyjne planowanie resekcji guzów przy zachowaniu kluczowych struktur nerwowych.

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 była wspierana przez NIH Grants R21NS076176, R01NS089069, R01EY028535, oraz NSF Grant BCS-1349042 dla BZM, oraz przez stypendium przeddoktoranckie University of Rochester Center for Visual Science (NIH training Grant 5T32EY007125-24) dla FEG. Jesteśmy wdzięczni Keithowi Parkinsowi za jego pracę nad rozwojem StrongView, która została wsparta przez grant P30EY00131 dla Centrum Nauk Wizualnych w Szkole Medycznej Uniwersytetu Rochester. Program Translacyjnego Mapowania Mózgu na Uniwersytecie w Rochester został stworzony częściowo dzięki wsparciu Normana i Arlene Leenhouts oraz dzięki grantowi z Wilmot Cancer Institute dla doktorów Kevina Waltera i Bradforda Mahona. Informacje na temat Programu Translacyjnego Mapowania Mózgu w Centrum Medycznym Uniwersytetu w Rochester można znaleźć pod adresem: www.tbm.urmc.edu.

Działania pokazane w filmie i opisane tutaj mieszczą się w IRB większego niż minimalne ryzyka w Centrum Medycznym Uniwersytetu w Rochester.
1. Rekrutacja
<ol>
	<li>Ustanowienie programu o wysokiej przepustowości do przedoperacyjnej oceny poznawczej i opartej na rezonansie magnetycznym, aby w odpowiednim czasie i skutecznie wychwycić pacjentów od wszystkich kierujących świadczeniodawców. Zaangażuj personel administracyjny i kliniczny w szersze działania. 
	UWAGA: Konkretnym krokiem, który okazał się skuteczny, było ustanowienie grupowej listy e-mailowej, która jest automatycznie wysyłana przez chirurga prowadzącego (lub kogoś z jego personelu pomocniczego), gdy do kliniki zgłasza się nowy pacjent, który może być kandydatem do rekrutacji do Programu Mapowania Mózgu.</li>
</ol>
2. Mapowanie przedoperacyjnego rezonansu magnetycznego
<ol>
	<li>Uzyskaj dane MRI na skanerze MRI 3T z 64-kanałową cewką głowicy w Centrum Zaawansowanego Obrazowania Mózgu i Neurofizjologii (formalnie znanym jako "Rochester Center for Brain Imaging") w University of Rochester Medical School. Użyj standardowych sekwencji dla BOLD MRI i DTI, umożliwiając pełne obrazowanie mózgu, zgodnie z opisem we wcześniejszych publikacjach7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25.</li>
	<li>Monitoruj fiksację i rejestruj oddech i tętno zebrane podczas wszystkich fMRI w celu regresji zakłóceń hałasu26,27. 
	UWAGA: W ciągu ostatnich 10 lat opracowaliśmy bibliotekę funkcjonalnych eksperymentów MRI w celu mapowania języka (mówionego, słuchowego, pojedynczych słów, całych zdań), funkcji motorycznych (od nieprzechodnich ruchów palców, języka i stóp po działania przechodnie wysokiego poziomu), zdolności muzycznych, wiedzy matematycznej i liczbowej oraz podstawowych funkcji sensorycznych (np. mapowanie retinotopowe do mapy przetwarzania wzrokowego niskiego poziomu11, 14,24). Wszystkie eksperymenty, materiały i skrypty analityczne są dostępne na stronie www.openbrainproject.org.</li>
</ol>
3. Testy neuropsychologiczne
<ol>
	<li>Podczas wszystkich testów poznawczych należy zachować ostrożność, aby upewnić się, że pacjenci czują się komfortowo, co jest zapewnione za pomocą ergonomicznie zoptymalizowanej konfiguracji (<silna klasa = "xfig">Rysunek 1) i poprzez włączenie częstych przerw (co 8 minut) do struktury wszystkich testów.</li>
	<li>Niech wszyscy pacjenci z nowotworem o niskim stopniu złośliwości wykonają następujące testy 1 miesiąc przed operacją, 1 miesiąc po operacji i 6 miesięcy po operacji (testy 12 i 13 są wykonywane tylko w punktach czasowych przed operacją i 6 miesięcy po operacji)28,29,30,31,32.
	<ol>
		<li>Spontaniczna mowa (Cookie Theft Picture33, Cinderella Story34,35,36).</li>
		<li>Kategoria Płynność (działania, kategorie semantyczne, słowa zaczynające się na F, A, S).</li>
		<li>Czytanie i powtarzanie słów (rzeczowniki, czasowniki, przymiotniki, nie-słowa, dopasowane pod względem długości i częstotliwości).</li>
		<li>Nazewnictwo obiektów Snodgrass (n = 26037).</li>
		<li>Nazewnictwo słuchowe (n = 6038).</li>
		<li>Uzupełnianie zdań z wysokim zamknięciem (30 min).</li>
		<li>Bateria rozpoznawania obiektów w Birmingham (BORB, w tym długość | Rozmiar | Orientacja | Dopasowywanie odstępów | Nakładające się figury | Skrócone widoki | Obiekt Rzeczywistość Decyzja39).</li>
		<li>Minimalna dyskryminacja par słuchowych (np. pa vs. da, ga vs. ta31,40).</li>
		<li>Dopasowywanie obrazków zdań (w tym odwracalne pasywne40).</li>
		<li>Nazewnictwo kolorów i sortowanie odcieni Farnsworth Munsell41.</li>
		<li>Cambridge Face Test30,42.</li>
		<li>Kalifornijski Test Werbalnego Uczenia Się (43)</li>
		<li>Weshler IQ (44,45,46). Kluczowymi miernikami oceny wyników językowych są testy 4-6; Scharakteryzowanie szerszych umiejętności gwarantuje, że upośledzenia w testach nazewnictwa nie są spowodowane ogólnym spadkiem wydajności47. 
		UWAGA: W przeszłości używaliśmy kombinacji platform prezentacji oprogramowania do kontrolowania prezentacji bodźców i rejestrowania odpowiedzi podczas testów przed- i pooperacyjnych. Obecnie projektujemy pojedynczą platformę plug-and-play, która będzie obsługiwać wszystkie testy poznawcze (testy przed, śród- i pooperacyjne), a także prezentację bodźców i rejestrowanie odpowiedzi podczas funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (opis StrongViewTM znajduje się poniżej). StrongView, wraz z wbudowanymi testami neuropsychologicznymi, będzie dostępny do pobrania (licencja otwarta) na www.openbrainproject.org.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Neuroanestezjologia i ergonomia śródoperacyjnego mapowania języka
<ol>
	<li>Stosuj techniki anestezjologiczne do kraniotomii na jawie48,49,50; na Uniwersytecie w Rochester kraniotomia na jawie jest zwykle wykonywana przy użyciu podejścia asleep-awake-asleep.</li>
	<li>Unikaj premedykacji, takich jak leki przeciwdrgawkowe i przeciwlękowe, ponieważ mogą one upośledzać funkcje poznawcze i przyczyniać się do pojawienia się majaczenia.</li>
	<li>Zastosować standardowe monitory (EKG, NIBP, pulsoksymetria) i wywołać znieczulenie ogólne dożylnym fentanylem (0,5 mg/kg), lidokainą (1-1,5 mg/kg) i propofolem (1-2 mg/kg).</li>
	<li>Do wentylacji mechanicznej należy stosować nadgłośniowe drogi oddechowe.</li>
	<li>Ułóż pacjenta bocznie lub półbocznie z głową zabezpieczoną w przypiętej ramie; jak opisano w filmie, ułożenie pacjenta zależy od lokalizacji zmiany i planowanego okna kraniotomii, biorąc również pod uwagę, że rodzaje testów poznawczych, o które pacjent zostanie poproszony po przebudzeniu podczas operacji.</li>
	<li>Zastosuj środek przeciwbólowy w miejscu szpilki i nacięcia (30 ml 0,5% lidokainy, 30 ml 0,5% zwykłej Sensorcainy, 6 ml wodorowęglanu sodu). W tym okresie należy ustawić sprzęt testujący (mały monitor, kamery wideo, mikrofony kierunkowe).</li>
	<li>Określ rozmiar okna kraniotomii za pomocą wielu czynników, które różnią się wagą w zależności od wyników przedoperacyjnego mapowania klinicznego mózgu pacjenta, funkcjonalnych badań mapowania mózgu i planu mapowania śródoperacyjnego. W przypadku opisanym na filmie chirurg prowadzący (dr Pilcher) zdecydował się na dużą kraniotomię, aby mieć pełny dostęp do map pozytywnych miejsc językowych i motorycznych w półkuli dominującej.</li>
	<li>Na początku fazy czuwania należy przerwać sedację (miejscowe leki przeciwbólowe stosuje się przed nacięciem).</li>
	<li>Usunąć nadgłośniowe drogi oddechowe, gdy pacjent odzyska przytomność. W fazie czuwania nie ma sedacji lub jest ona minimalna.</li>
	<li>Elektrokortykografię (ECoG) należy stosować do monitorowania wyładowań wtórnych (subklinicznych wyładowań padaczkowych wywołanych stymulacją kory mózgowej), aby upewnić się, że poziomy DES są ustawione na poziomie nieco poniżej progu wyładowania po wyładowaniu. Procedura mapowania DES rozpoczyna się od znalezienia progu po rozładowaniu i dostosowania amplitudy stymulacji (w krokach co 0,5 miliampera).</li>
	<li>Dostosuj amplitudę stymulacji podczas sesji mapowania (od 2 do 15 mA) według uznania chirurga prowadzącego. Pacjenci oglądają bodźce na monitorze, mogą mówić i poruszać przedramionami i dłońmi.</li>
</ol>
5. Procedury pozyskiwania danych klasy badawczej podczas śródoperacyjnego mapowania bezpośredniej stymulacji elektrycznej
<ol>
	<li>Przeprowadź wszystkie śródoperacyjne testy poznawcze na specjalnie zbudowanym systemie sprzętowo-programowym o nazwie "StrongView", dostępnym pod adresem www.openbrainproject.org. Podstawa sprzętowa jest umieszczona na małym wózku i jest wyposażona w niezależne źródło zasilania bateryjnego, głośniki, klawiaturę i wyświetlacz dotykowy. Osoba odpowiedzialna za przeprowadzenie testów poznawczych może rozpoczynać, zatrzymywać i wstrzymywać prezentację bodźców, jednocześnie stale nagrywając (audio i wideo) podczas trwania sprawy.</li>
	<li>Na wózku należy użyć systemu audio w taki sposób, aby mikrofon kierunkowy był trenowany na ustach pacjenta, który przechodzi przez rozdzielacz. Jeden kanał wychodzący z rozgałęźnika przechodzi przez wzmacniacz i bezpośrednio do głośnika. Dzięki temu chirurdzy i badacze mogą łatwo usłyszeć reakcje pacjenta na tle hałasu tła sali operacyjnej z zerowym zauważalnym opóźnieniem (tj. eliminując efekty "echa"). Drugi kanał z rozgałęźnika trafia do komputera na wózku mobilnym, gdzie jest oznaczany czasem, rejestrowany i przechowywany (pliki te są wykorzystywane do analizy offline). StrongView posiada również oddzielny (samodzielny) system audio, który składa się z drugiego mikrofonu kierunkowego również trenowanego na pacjencie, mikrofonu kierunkowego trenowanego na chirurgach oraz mikrofonu "szumowego" w rogu sali operacyjnej do próbkowania tonu pomieszczenia w celu odjęcia od głównych plików audio. Te trzy kanały audio są przesyłane do MIDI i do drugiego komputera, który nagrywa każdy kanał osobno. Ten drugi system audio zapewnia redundancję w przypadku awarii systemu podstawowego, wszystkie odpowiedzi werbalne pacjenta będą dostępne do analizy w trybie offline.</li>
	<li>Przymocuj dostępny w handlu wspornik L ekranu eterowego do stołu operacyjnego (OR) za pomocą stołu operacyjnego clamp. Przymocuj ramiona przegubowe (np. Manfrotto 244 Variable Friction Magic Arms) do wspornika L ekranu eterowego, a te ramiona przegubowe podtrzymują monitor pacjenta, mikrofony kierunkowe, kamerę wideo skierowaną na twarz pacjenta oraz monitor pomocniczy, aby umożliwić członkowi zespołu badawczego lub pielęgniarce na sali operacyjnej łatwe zobaczenie tego, co widzi pacjent podczas interakcji z pacjentem.</li>
	<li>Poprowadź wszystkie niezbędne do ekranów, mikrofonów i kamery wzdłuż ramienia i zabezpiecz plastikową rurką zabezpieczoną rzepem. 
	UWAGA: Żaden z tych urządzeń nie musi być sterylizowany, ponieważ znajduje się (tylko kiedykolwiek) po niesterylnej stronie pola (<silna klasa="xfig">Rysunek 1). Ten sposób wspomagania prezentacji bodźców i sprzętu rejestrującego reakcje zapewnia maksymalną elastyczność w celu uwzględnienia różnych ergonomii testów poznawczych w zależności od pozycji pacjenta, która różni się w zależności od przypadku, a jednocześnie zapewnia niezawodną i stabilną platformę, na której można zamocować sprzęt. Ponadto, co ważne, ponieważ wszystkie monitory, mikrofony i kamery są przymocowane do stołu operacyjnego za pomocą jednego urządzenia (wspornik L ekranu eterowego), jeśli ustawienie stołu zostanie dostosowane podczas przypadku, nie ma to wpływu na konfigurację testową. (Zauważ, że konfiguracja pokazana w Rysunek 1 pochodzi z konfiguracji wcześniejszej generacji, w której podstawka montowana na podłodze podtrzymywała ekran pacjenta, mikrofon i kamerę wideo; ta podstawka montowana na podłodze została zastąpiona od 2018 roku wspornikiem L ekranu eterowego). Ponadto, co ważne dla bezpieczeństwa pacjenta, cały zestaw do testów poznawczych może zostać rozłożony w mniej niż 20 sekund podczas sprawy, jeśli pojawi się nagła sytuacja, która wymaga pełnego i niezakłóconego dostępu do pacjenta (np. do dróg oddechowych pacjenta).</li>
	<li>Sercem StrongView jest elastyczny system oprogramowania do i) prezentowania pacjentom bodźców (wzrokowych, słuchowych) i rejestrowania reakcji pacjenta (odpowiedź werbalna, odpowiedź za pomocą przycisku, wideo), ii) czasowego rejestrowania wszystkich istotnych eksperymentalnie zdarzeń i pomiarów (bodziec włączony, ECoG, kontakt z mózgiem bezpośredniej sondy stymulatora elektrycznego, reakcje pacjenta); iii) oraz komunikację z systemami nawigacji czaszkowej w celu uzyskania współrzędnych 3-wymiarowych dla każdego zastosowania bezpośredniej stymulacji elektrycznej. StrongView umożliwia ponowną kalibrację on-line zmiennych eksperymentalnych, takich jak czas trwania bodźca, interwały między bodźcami, randomizacja, liczba powtórzeń lub bloków bodźców oraz kontrola kanałów wideo i audio pacjenta. StrongView przesyła strumieniowo obraz z kamery wideo pacjenta, dane ECoG online oraz bodziec, który pacjent aktualnie widzi/słyszy, na wyświetlacz biurkowy, który jest również odzwierciedlany na dużym monitorze, który znajduje się w linii wzroku chirurga.</li>
	<li>Podłącz fotodiodę do monitora pacjenta i wprowadź zasilanie do otwartego kanału we wzmacniaczu ECoG. Zapewnia to synchronizację czasową między prezentacją każdego bodźca a ECoG do analizy offline.</li>
	<li>Używaj sprzętu i oprogramowania do nawigacji czaszkowej (na Uniwersytecie w Rochester, BrainLab Inc., Monachium, Niemcy) we wszystkich przypadkach przez zespół chirurgiczny do śródoperacyjnej nawigacji czaszkowej w oparciu o przedoperacyjny rezonans magnetyczny. Jest to układ optyczny składający się z zestawu kamer, które obserwują pole operacyjne i rejestrują głowę pacjenta za pomocą stałej gwiazdy rejestracyjnej, która jest przymocowana do stołu operacyjnego (patrz <silna klasa = "xfig">Rysunek 1).
	<ol>
		<li>W szczególności, po umieszczeniu pacjenta w uchwycie głowy, ale przed nałożeniem na niego obłożeń, należy użyć fizjonomii twarzy pacjenta, aby zarejestrować głowę pacjenta w przedoperacyjnym rezonansie magnetycznym. Pozwala to na doprowadzenie przedoperacyjnego rezonansu magnetycznego (funkcjonalnego i strukturalnego) do bezpośredniego wyrównania z mózgiem pacjenta na stole operacyjnym</li>.
		<li>Podłącz drugą (znacznie mniejszą) gwiazdę rejestracyjną do stymulatora dwubiegunowego (patrz Rysunek 1) i użyj do zarejestrowania długości i pozycji stymulatora w terenie. Dzięki temu zespół badawczy jest w stanie ustalić dokładną lokalizację każdego punktu stymulacji, a także marginesy resekcji, w stosunku do przedoperacyjnego rezonansu magnetycznego. Jak wspomniano powyżej, StrongView jest połączony z systemem nawigacji czaszkowej (na University of Rochester, BrainLab, połączenie za pośrednictwem łącza IGT), aby umożliwić przesyłanie strumieniowe w czasie rzeczywistym (i znakowanie czasem) współrzędnych bezpośredniego mapowania stymulacji elektrycznej. StrongView jest obecnie rozwijany w celu połączenia z innymi systemami nawigacji czaszkowej (np. Stryker). 
		UWAGA: Aspekty StrongView, które wspierają administrację i gromadzenie danych podczas eksperymentów poznawczych i fMRI, wraz z biblioteką testów, będą dostępne (otwarty dostęp) na stronie OpenBrainProject.org. Wersje beta są dostępne przed pełnym wydaniem po skontaktowaniu się z autorem korespondencyjnym. Cały pakiet StrongView, który obejmuje systemy sprzętowe do integracji z oprogramowaniem do elektrokortykografii i nawigacji czaszkowej, jest dostępny dla klinicystów i naukowców po skontaktowaniu się z autorem korespondencyjnym. Te narzędzia do pozyskiwania danych będą współdziałać z konsorcjum przetwarzania końcowego i otwartymi danymi, które zostanie uruchomione w 2020 r. w OpenBrainProject.org.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Tymczasowy patent (U.S. Provisional Patent Number 62/917,258) został złożony 30.11.18 na "StongView: Zintegrowany system sprzętowo-programowy ułatwiający testowanie poznawcze podczas operacji mózgu w stanie czuwania i wspierający analizy w czasie rzeczywistym w służbie przewidywania wyników pacjenta".

Wiedzę zdobytą dzięki doświadczeniu w tworzeniu Programu Translacyjnego Mapowania Mózgu na Uniwersytecie w Rochester można sprowadzić do dwóch podstawowych elementów. Po pierwsze, stworzono ustrukturyzowane kanały komunikacji między kognitywistami, neuroonkologami, neuropsychologami, epileptologami, neurofizjologami, neuroanestezjologami, neurochirurgami i ich odpowiednimi technikami pomocniczymi oraz wsparciem administracyjnym. Dzięki temu pacjenci, w tym pacjenci z nowotworami o wysokim stopniu złośliwości w trybie pilnym, mogą być kierowani na ocenę przedoperacyjną z wystarczającą ilością czasu na przekazanie analiz chirurgom przed zabiegiem. Drugim elementem decydującym o powodzeniu programu mapowania mózgu było zwiększenie możliwości szkoleniowych dla studentów studiów licencjackich, magisterskich, doktoranckich, medycznych, a także rezydentów i stypendystów neurochirurgii, neurologii i neuroradiologii. Połączenie tych dwóch elementów służy zaangażowaniu wszystkich świadczeniodawców klinicznych w realizację celów naukowych Programu Mapowania Mózgu i zapewnia, że cele nauk podstawowych są powiązane z celem klinicznym, jakim jest optymalizacja wyników każdego pacjenta.

Interwencje neurochirurgiczne mające na celu usunięcie guzów mózgu lub tkanki epileptogennej przylegającej do obszarów mózgu, które wspierają kluczowe funkcje poznawcze, muszą zrównoważyć kliniczny cel operacji (usunięcie jak największej ilości guza lub tkanki epileptogennej) z uszkodzeniem zdrowej tkanki, które może powodować deficyty neurologiczne. W kontekście chirurgii guza mózgu równowaga ta jest określana jako równowaga onkofunkcjonalna. Po stronie "onkologicznej" chirurdzy chcą usunąć jak największą część guza, ponieważ wskaźniki "całkowitej resekcji guza" są powiązane z dłuższym przeżyciem1,2. Po stronie "funkcjonalnej" usunięcie guzów może uszkodzić korowe i podkorowe substraty poznawcze; Trudności pooperacyjne mogą dotyczyć języka, działania, wzroku, słuchu, dotyku lub ruchu, w zależności od dotkniętego układu nerwowego (układów nerwowych). Równowaga onkofunkcjonalna jest niezwykle ważna, ponieważ zwiększona zachorowalność wiąże się z i) niższą jakością życia, ii) zwiększonymi powikłaniami pooperacyjnymi, które mogą zwiększać śmiertelność (np. pacjenci, którzy nie mogą się już poruszać, są bardziej narażeni na zakrzepy krwi3,4). Napięcie związane z równowagą "onkofunkcjonalną" w warunkach operacji guza mózgu przekłada się również na operację padaczki – tam równowaga występuje między celem klinicznym, jakim jest usunięcie całej tkanki, która generuje drgawki, a nie usunięciem tkanki, która wspiera krytyczne funkcje.
Na szerokim poziomie, neuroanatomia funkcjonalna jest bardzo stereotypowa od osoby do osoby. Może jednak istnieć wysoki stopień indywidualnej zmienności w dokładnej (tj. mm do mm) lokalizacji wyższych funkcji korowych. Ponadto powszechnie uznaje się, że obecność patologii korowej lub podkorowej może stymulować reorganizację kory mózgowej, chociaż zasady, które napędzają taką reorganizację, są słabo poznane5. Interwencje neurochirurgiczne przebiegają milimetr po milimetrze. Dlatego tak ważne jest, aby zmapować mózg każdego pacjenta, szczegółowo, z czułością i precyzją, aby zrozumieć, które regiony u tego konkretnego pacjenta wspierają jakie funkcje sensoryczne, poznawcze i motoryczne6.
Program do translacyjnego mapowania mózgu na Uniwersytecie w Rochester został opracowany tak, aby sprostać potrzebom spersonalizowanego mapowania mózgu w warunkach wysokiej przepustowości praktyki obejmującej wielu chirurgów akademickich. Synergicznymi celami Programu Mapowania Mózgu są: i) wykorzystanie narzędzi neuronauki poznawczej do rozwoju spersonalizowanej neuromedycyny w postaci funkcjonalnych map mózgu specyficznych dla pacjenta oraz ii) wykorzystanie klinicznego przygotowania interwencji neurochirurgicznych do testowania mechanistycznych hipotez dotyczących funkcjonowania ludzkiego mózgu.

translacyjne mapowanie mózgu w centrum medycznym uniwersytetu rochester: ochrona umysłu poprzez spersonalizowane mapowanie mózgu

Translational Brain Mapping at the University of Rochester Medical Center: Preserving the Mind Through Personalized Brain Mapping

Program Translacyjnego Mapowania Mózgu na Uniwersytecie w Rochester to interdyscyplinarne przedsięwzięcie, które integruje kognitywistykę, neurofizjologię, neuroanestezjologię i neurochirurgię. Pacjenci, którzy mają guzy lub tkankę padaczkową w elokwentnych obszarach mózgu, są badani przed operacją za pomocą funkcjonalnego i strukturalnego rezonansu magnetycznego oraz śródoperacyjnie za pomocą bezpośredniego mapowania stymulacji elektrycznej. Pooperacyjne pomiary wyników neuronowych i poznawczych napędzają podstawowe badania naukowe nad czynnikami, które pośredniczą w dobrych i złych wynikach po operacji oraz w jaki sposób mapowanie mózgu można jeszcze bardziej zoptymalizować, aby zapewnić najlepsze wyniki dla przyszłych pacjentów. W tym artykule opisujemy interdyscyplinarny przepływ pracy, który pozwala naszemu zespołowi osiągnąć synergiczne cele optymalizacji wyników leczenia pacjentów i pogłębiania naukowego zrozumienia ludzkiego mózgu.

Rycina 2,&#160;Rycina 3 oraz&#160;Rycina 4&#160;przedstawiają reprezentatywne wyniki przedoperacyjnego mapowania funkcjonalnego i strukturalnego u trzech pacjentów z guzami sąsiadującymi z obszarami elokwentnymi mózgu. Wyniki pokazane na Rycini 2,&#160;Rycini 3 oraz&#160;Rycini 4&#160;mają charakter ilustracyjny (a nie stanowią wyczerpującego podsumowania) typów map generowanych dla każdego pacjenta. Szczegóły dotyczące przypadków przedstawionych na Rycini 2,&#160;Rycini 3 oraz&#160;Rycini 4&#160;można znaleźć w: Rycina 2 (Chernoff, Teghipco, Garcea, Sims, Belkhir,&#160; Paul, Tivarus, Smith, Hintz, Pilcher, Mahon, w prasie51),&#160;Rycina 3 (Chernoff, Sims, Smith, Pilcher i Mahon, 201952) oraz Rycina 4 (Garcea i wsp., 201716). Istotną konsekwencją kolejnego rekrutowania pacjentów z glejakami do jednolitego protokołu jest umożliwienie analiz na poziomie grupowym, które oceniają wpływ guzów mózgu na funkcję i organizację sieci. Jako przykład tego rodzaju analiz, Rycina 5 przedstawia wyniki niedawnego badania 14&#160;, w którym stwierdzono, że guzy w lewej korze ciemieniowej modulowały odpowiedzi neuronalne na „narzędzia” (małe przedmioty manipulowalne) w płacie skroniowym, co jest przejawem bardziej ogólnego zjawiska określanego jako dynamiczna diascheza53.&#160;
<img alt="Rysunek 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59592/59592fig1.jpg" /> 
Rysunek 1.&#160;Przegląd sprzętu używanego do pozaoperacyjnych i śródoperacyjnych testów poznawczych. (A) Przykład konfiguracji do wysokoprzepustowych neuropsychologicznych testów poznawczych, wdrożonej przez Program Mapowania Translacyjnego Mózgu w Katedrze Neurochirurgii w&#160;University of Rochester Medical Center. Kluczowe elementy zapewniające, że wszyscy zrekrutowani pacjenci będą w stanie ukończyć wszystkie zaplanowane testy, obejmują: i) miejsce do siedzenia i przeprowadzania testów, w pełni dostosowane do rozmiarów każdego pacjenta, w tym krzesło zaprojektowane specjalnie w celu zmniejszenia zmęczenia, oraz ii) rozmieszczenie miejsca do testów poznawczych/behawioralnych bezpośrednio w sąsiedztwie MRI. Elementy te pozwalają pacjentom odwiedzić placówkę i przejść funkcjonalny oraz strukturalny rezonans magnetyczny w ramach jednej sesji, podczas której mierzone są podstawowe dane behawioralne. Uczestnicy wykonują więcej prób i osiągają lepsze wyniki, jeśli czują się komfortowo, co jest szczególnie istotne w przypadku starszych populacji uczestników z innymi chorobami współistniejącymi, które mogą sprawić, że długotrwałe siedzenie będzie uciążliwe. (B) Sprzęt używany podczas mapowania śródoperacyjnego. Obraz po lewej przedstawia pacjenta przed odizolowaniem pola operacyjnego (po prawej po odizolowaniu). Przed odizolowaniem zespołu nauk poznawczych konfiguruje sprzęt, w tym rejestratory audio i wideo pacjenta, monitor umieszczony w linii wzroku pacjenta oraz drugi monitor ustawiony tak, aby osoba pracująca z pacjentem mogła łatwo widzieć bodziec, na który aktualnie patrzy pacjent (szczegóły w sekcji „Procedura”). (C) Stymulator bipolarny z dołączoną gwiazdą rejestracyjną służący do zapisywania lokalizacji stymulacji śródoperacyjnej w przestrzeni DICOM przedoperacyjnego MRI. Zazwyczaj w momencie operacji, gdy opona twarda została odsunięta, a pacjent jest wybudzany z narkozy ogólnej, jest kilka minut na zarejestrowanie stymulatora bipolarnego w polu operacyjnym. Musi to zrobić członek zespołu, który jest sterylnie ubrany do zabiegu (tj. chirurg prowadzący lub rezydent, bądź technik/pielęgniarka instrumentariuszka). Osiąga się to poprzez przymocowanie małej gwiazdy rejestracyjnej do stymulatora bipolarnego i postępowanie zgodnie z instrukcjami w systemie nawigacji czaszkowej w celu zarejestrowania nowego instrumentu w polu operacyjnym. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59592/59592fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rysunek 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59592/59592fig2.jpg" /> 
Rysunek 2. Przedoperacyjne funkcjonalne MRI i obrazowanie tensora dyfuzji (DTI) u pacjenta AH&#160;z glejakiem dolnej części płata ciemieniowego lewego, który naciekał pęczek łukowaty. (A) Przedoperacyjne MRI T1 i rekonstrukcja 3D lewego pęczka łukowatego oraz glejaka. Pęczek łukowaty przedstawiono na pomarańczowo przy progu 5%, a zrekonstruowany guz na niebiesko. (B) Przedoperacyjne funkcjonalne MRI. Pacjent przeszedł kilka sesji funkcjonalnego MRI, z których każda została zaprojektowana w celu zmapowania funkcji, która według przewidywań znajdowała się w sąsiedztwie obszaru interwencji chirurgicznej. Wszystkie mapy zostały poddane progowaniu przy FDR q &#60; .05 lub lepszym. Na niebiesko zaznaczono woksle wykazujące różnicowe odpowiedzi neuronalne podczas nazywania narzędzi w porównaniu do zwierząt; zgodnie z wcześniejszymi badaniami w naszym laboratorium z wykorzystaniem tych samych bodźców, zidentyfikowano rozbudowaną sieć obejmującą obszary przedruchowe, ciemieniowe oraz boczne i brzuszne obszary skroniowe7,8,9,10,14,15,17,18,19,20,21,22,28. Pacjent został również poproszony o wykonanie zadania z liczebnością, w którym musiał ocenić, która z dwóch chmur kropek zawiera więcej punktów; dwie chmury kropek mogły mieć podobną liczbę kropek (trudne porównanie, stosunek = 0,8) lub bardzo różną liczbę kropek (łatwe porównanie, stosunek = 0,25). Na zielono zaznaczono woksle wykazujące różnicowe odpowiedzi neuronalne podczas wykonywania zadania przy bodźcach o trudnym stosunku (stosunek = .8) w porównaniu do bodźców łatwych (stosunek = .25 54,55). Pacjent został również poproszony o poruszanie rękami i stopami (zgięcie/wyprost lub rotacja25). Na czerwono zaznaczono woksle, które wykazywały różnicowe odpowiedzi neuronalne na ruchy prawej ręki w porównaniu do ruchów prawej stopy. Na koniec pacjent został poproszony o wymienienie w ciągu 30 sekund jak największej liczby elementów z różnych kategorii (np. „rzeczy, które robi się w kuchni”, „zwierzęta”, słowa zaczynające się na literę „F” itp.). Na fioletowo zaznaczono woksle, które wykazywały różnicową aktywność neuronalną podczas jawnej produkcji słów w porównaniu do fiksacji/odpoczynku. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59592/59592fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Rycina 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59592/59592fig3.jpg" /> 
Rycina 3.&#160;Przedoperacyjna traktografia istoty białej pęczka czołowego skośnego (Frontal Aslant Tract) i sąsiednich włókien w kształcie litery U. Wcześniejsze doświadczenia w ramach Programu Mapowania Translacyjnego Mózgu (Program for Translational Brain Mapping)&#160;(Chernoff et al., 201756) w zakresie mapowania mózgu u pacjentów z glejakami sąsiadującymi z pęczkiem czołowym skośnym wykazały, że (nawet częściowe) przerwanie tej drogi może wiązać się z dysfluencjami w mowie spontanicznej, podczas gdy powtarzanie języka mówionego może pozostać nienaruszone. Doświadczenia te wykorzystano do przeprowadzenia przedoperacyjnego mapowania pęczka czołowego skośnego u pacjenta AI11. (A) Przekroje czołowe pokazujące pęczek czołowy skośny (niebieski-jasnoniebieski) i włókna w kształcie litery U (czerwony-żółty). Pęczek czołowy skośny przebiega tuż przednio i przyśrodkowo w stosunku do glejaka. (B) Rendering 3D pęczka czołowego skośnego (niebieski) i guza (czerwony) z wielu perspektyw. Przedoperacyjne badania anatomiczne (panele A i B) wskazały, że po zakończeniu resekcji guza możliwe będzie zdefiniowanie przedniej krawędzi nowotworu za pomocą mapowania bezpośrednią stymulacją elektryczną. Zaprojektowaliśmy zatem nowe zadanie językowe w oparciu o nasze wcześniejsze doświadczenia, specjalnie w celu sprawdzenia, czy stymulacja pęczka czołowego skośnego zaburza produkcję zdań na granicach fraz gramatycznych. (C) Bezpośrednia stymulacja elektryczna pęczka czołowego skośnego w różny sposób zaburza produkcję zdań na granicach fraz gramatycznych. Zrzut ekranu (panel C, lewa strona) z filmu przedstawia pacjenta, bodziec, który mu zaprezentowano, rękę chirurga trzymającą stymulator bipolarny w kontakcie z pęczkiem czołowym skośnym przy przedniej krawędzi guza oraz lokalizację aktualnego punktu stymulacji (czerwona kropka) w przekrojach czołowych i strzałkowych w relacji do pęczka czołowego skośnego (niebieski). Zadaniem pacjenta był opis relacji przestrzennej kształtu docelowego w stosunku do położenia kształtu referencyjnego (dla pokazanej próby poprawną odpowiedzią byłoby: „Czerwony kwadrat znajduje się poniżej czerwonego rombu”). Stwierdzono, że stymulacja pęczka czołowego skośnego zaburza produkcję zdań, a w szczególności na początku nowych fraz gramatycznych (panel C, wykres po prawej; film z procedury mapowania śródoperacyjnego u tego pacjenta dostępny jest pod adresem www.openbrainproject.org). Obserwacja ta stała się podstawą nowej hipotezy dotyczącej roli pęczka czołowego skośnego w produkcji zdań: hipotezy ograniczeń syntagmatycznych elementów pozycyjnych (Syntagmatic Constraints on Positional Elements – SCOPE)11. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59592/59592fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Rycina 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59592/59592fig4.jpg" /> 
Rycina 4. Przedoperacyjne funkcjonalne i strukturalne MRI oraz śródoperacyjne mapowanie za pomocą bezpośredniej stymulacji elektrycznej u zawodowego muzyka z glejakiem w prawym tylnym płacie skroniowym. (A) Przedoperacyjne mapowanie fMRI przetwarzania wzrokowego wysokiego poziomu, produkcji mowy i wiedzy o narzędziach. Guz, zaznaczony na żółto, znajdował się w prawym płacie skroniowym, widoczny przez prawą bruzdę skroniową górną (bruzdy lekko rozszerzone w celu ułatwienia wizualizacji). Ponieważ guz znajdował się blisko obszarów przetwarzania ruchu w bocznej korze skroniowej, zlokalizowaliśmy obszar MT/V5, porównując aktywność neuronów podczas skupienia uwagi pacjenta na układach ruchomych kropek z aktywnością wywołaną przez kropki nieruchome; woksle wykazujące różnicowe odpowiedzi neuronowe dla ruchu w porównaniu do kropek statycznych naniesiono na skalę kolorystyczną purpurowo-białą (jesteśmy wdzięczni Duje Tadin za pomoc w opracowaniu tego lokalizatora funkcjonalnego). Podobnie jak we wszystkich innych przypadkach badanych w Programie Translacyjnego Mapowania Mózgu (np. Rycina 2, Rycina 3), woksle wykazujące różnicowe odpowiedzi neuronowe podczas nazywania powszechnych obrazków porównano z poziomem bazowym polegającym na oglądaniu wersji tych samych obrazów z rozmyciem fazowym; naniesiono to na skalę kolorystyczną zielono-białą. Kontrast ten zidentyfikował obustronny boczny kompleks potyliczny, obustronne zakręty skroniowe środkowe/górne oraz korę ruchową (związaną z ruchową aktywnością mowy). Również tak jak na Rycynie 2, woksle wykazujące różnicowe odpowiedzi neuronowe podczas nazywania „narzędzi” znaleziono w lewym dolnym zakręcie płata ciemieniowego, obustronnej korze ciemieniowej górnej/potylicznej grzbietowej oraz w lewym tylnym zakręcie skroniowym środkowym/dolnym (skala kolorystyczna niebiesko-biała). Na koniec, ponownie podobnie jak na Rycynie 2, pacjenta poproszono o wykonanie zadania produkcji słów w ramach testu płynności słownej. Woksle związane z generowaniem słów w porównaniu z odpoczynkiem bazowym naniesiono na skalę kolorystyczną czerwono-białą; znaleziono je w lewym zakręcie czołowym dolnym (ośrodek Broca), korze skroniowej górnej/ciemieniowej dolnej oraz w systemie ruchowym mowy. (B) Pacjent przed operacją wykonał wiele eksperymentów fMRI specjalnie w celu zmapowania przetwarzania muzyki. W jednym eksperymencie, opracowanym na podstawie wcześniejszych prac z laboratorium Grega Hickoka57, pacjent słuchał krótkich melodii fortepianowych i musiał je zanucić, lub słuchał krótkich zdań i musiał je powtórzyć. Na mózgu, na czerwono-purpurowej skali kolorystycznej, naniesiono woksle, które wykazały inną aktywność neuronową dla muzyki niż dla języka. Czterej doktoranci Eastman School of Music wykonali ten sam eksperyment fMRI; granica obszaru zidentyfikowanego dla tego samego kontrastu funkcjonalnego u dopasowanych zdrowych kontroli została zaznaczona zielonym obrysem. Dodatkowo 10 innych pacjentów neurochirurgicznych wykonało ten sam eksperyment, również w przedoperacyjnej fazie leczenia. Choć bezpośrednim celem u tych 10 pacjentów była identyfikacja obszarów reagujących na język (poprzez kontrast język &#62; muzyka), kontrast muzyka &#62; język identyfikuje bardzo podobny obszar prawego zakrętu skroniowego górnego (granice obszaru funkcjonalnego u 10 kontrolnych pacjentów neurochirurgicznych narysowano w jasnoniebieskim kolorze). (C) Przedoperacyjna probabilistyczna traktografia na podstawie danych DTI pokazująca prawe promieniowania słuchowe i pęczek łukowaty w odniesieniu do guza pacjenta AE (próg 5%, nałożone na natywny obraz T2-zależny). (D) Podczas operacji pacjent AE wykonywał to samo zadanie, co podczas fMRI, w którym musiał słuchać krótkich melodii fortepianowych i je zanucić, lub krótkiego zdania i je powtórzyć. Stwierdzono, że bezpośrednia stymulacja elektryczna prawego tylnego zakrętu skroniowego górnego zaburzała wyniki w zadaniu powtarzania w przypadku melodii (w niektórych próbach), ale nie wpływała na wyniki (w żadnych próbach) w tym samym zadaniu powtarzania w przypadku zdań (filmy z śródoperacyjnego mapowania muzycznego dostępne są na stronie www.openbrainproject.org). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59592/59592fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Rycina 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59592/59592fig5.jpg" /> 
Rycina 5.&#160;Demonstracja diaschezji specyficznej dla domeny: Analiza związku między lokalizacją zmiany a wywołaną bodźcem aktywnością neuronalną w grupie pacjentów z glejakami, badanych przedoperacyjnie w ramach Programu Translacyjnego Mapowania Mózgu. Istotną konsekwencją zastosowania wspólnego zestawu badań fMRI i behawioralnych u wszystkich pacjentów przechodzących przez Program Translacyjnego Mapowania Mózgu w University of Rochester Medical Center jest możliwość przeprowadzenia analiz na poziomie grupowym na większych zbiorach kolejno badanych pacjentów. Jako przykład, Rycina 5 przedstawia wyniki testu podstawowej hipotezy naukowej, według której odpowiedzi neuronalne na „narzędzia” w płacie skroniowym są modulowane w czasie rzeczywistym przez sygnały z kory ciemieniowej. Jeśli hipoteza ta jest prawdziwa, to zmiany (guzy) w korze ciemieniowej powinny zmieniać odpowiedzi neuronalne w płacie skroniowym na „narzędzia”, a wariancja aktywności neuronalnej na „narzędzia” w płacie skroniowym między pacjentami powinna być skorelowana z obecnością zmian (guzów) w korze ciemieniowej. (A) Zmiany w korze ciemieniowej są przewidywane na poziomie grupowym (regresja logistyczna) na podstawie wariancji odpowiedzi neuronalnych w przyśrodkowej zakręcie wrzecionowatej na brzusznej powierzchni płata skroniowego między pacjentami. (B) Odpowiedzi neuronalne na narzędzia w przyśrodkowej zakręcie wrzecionowatej są przewidywane na poziomie grupowym (regresja logistyczna) na podstawie wariancji w zakresie tego, czy zmiana/guz obejmuje przednią bruzdę wewnątrzciemieniową (aIPS). Wyniki podsumowane na panelach A i B stanowią przykład dynamicznej diaschezji53, w tym przypadku dynamicznej diaschezji „specyficznej dla domeny”, ponieważ związek lokalizacji zmiany z aktywnością neuronalną jest modulowany przez typ przetwarzanego bodźca (tj. związek ten występuje dla narzędzi, a nie dla miejsc, twarzy lub zwierząt) – szczegóły znajdują się w pracy Garcei i współpracowników14. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59592/59592fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

Ten artykuł zawiera przegląd multimodalnego programu mapowania mózgu, zaprojektowanego do identyfikacji obszarów mózgu, które wspierają kluczowe funkcje poznawcze u poszczególnych pacjentów neurochirurgicznych.

Translacyjne mapowanie mózgu w Centrum Medycznym Uniwersytetu Rochester: Ochrona umysłu poprzez spersonalizowane mapowanie mózgu

The Translational Brain Mapping Program at the University of Rochester is an interdisciplinary effort that integrates cognitive science, neurophysiology, ...

Celem wszystkich operacji guza mózgu jest tak naprawdę uzyskanie tego, co nazywamy maksymalnie bezpieczną resekcją chirurgiczną. Oznacza to, że chcemy usunąć cały guz, ale nie chcemy mieć żadnego negatywnego wpływu na otaczającą normalną tkankę mózgową. Przed jakąkolwiek operacją guza mózgu w korze elokwentnej pacjent jest przyjmowany do programu do translacyjnego mapowania mózgu.Wszystkie informacje, które uzyskujemy z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, są w rzeczywistości wykorzystywane do poprawy wyników pacjenta w momencie operacji. Ten konkretny pacjent przeszedł fMRI przed operacją, a ta ocena wykazała, że guz znajdował się w górnym zakręcie czołowym, bezpośrednio przed korą ruchową. Okazało się, że guz nie był bezpośrednio reprezentowany przez język.Okazało się, że reprezentacja języka dodatkowego obszaru motorycznego była ograniczona do przeciwnej półkuli. I wreszcie, w analizie DTI okazało się, że przedni skośny przewód był zlokalizowany przed przednim brzegiem guza. Zawsze zaczynamy od pacjenta, który ma dominującą resekcję guza czołowego, gdy pacjent znajduje się w bocznej pozycji odleżynowa, ale potem cofamy pacjenta, aby nie musieć zakładać rolki pachowej.Wokół pacjenta kładziemy poduszki i inne urządzenia piankowe, aby po przebudzeniu spędził godzinę, a może dwie godziny podczas procedury mapowania, aby pacjent czuł się komfortowo podczas zabiegu. Następnie musimy umieścić uchwyt na głowę Mayfielda i umieszczamy uchwyt na głowę nad skórą głowy. Następnie wstrzykujemy znieczulenie miejscowe w miejscu, w którym zostaną umieszczone trzy szpilki.Mocujemy urządzenie Mayfielda do stołu i do czaszki. Następnie rejestrujemy głowę pacjenta na przedoperacyjnym rezonansie magnetycznym za pomocą systemu nawigacji czaszkowej. Na Uniwersytecie w Rochester używamy firmy Brainlab do nawigacji międzyoperacyjnej i system ten działa dla nas bardzo dobrze na wielu poziomach.Bardzo ważnym etapem operacji jest wykonanie bloku znieczulenia miejscowego. W każdym przypadku używamy prawdopodobnie 30-40 cm3 znieczulenia miejscowego. Pierwszym etapem blokady jest wstrzyknięcie nacięcia na całej jego długości, aż do czaszki.Następnie wykonujemy blokady regionalne, które blokują, w tym przypadku nerw nadoczodołowy, nerw uszno-skroniowy, nerw potyliczny większy, a następnie wykonujemy bloki mięśni głębokich, które blokują mięsień skroniowy i obszar tuż nad uchem. Równolegle z naszymi wysiłkami na rzecz wygodnego ułożenia pacjenta, zespół neurofizjologii przygotowuje się do monitorowania międzyoperacyjnego, które będzie wykonywać. Zespół kognitywistyki rozstawia swój sprzęt.Kiedy pacjent budzi się na sali operacyjnej, przed nim znajduje się mały monitor, a do tego monitora przymocowany jest mikrofon i głośnik oraz kamera wideo. A to pozwala nam powielić na sali operacyjnej wszystko, co robimy z funkcjonalnym rezonansem magnetycznym, gdy badamy pacjenta przed operacją. Zaletą stołu podwieszanego jest to, że anestezjolog i pielęgniarka, a także kognitywista i zespół neurofizjologii mają dostęp do całego pacjenta podczas operacji.Przygotowaliśmy kraniotomię, która była na tyle duża, że pozwoliła nam na zmapowanie większości kory ruchowej. To pozwoliłoby nam odwzorować dowolną funkcję językową w środkowym zakręcie czołowym. Kraniotomia byłaby również na tyle duża, że pozwoliłaby nam uzyskać przedni brzeg guza w przedniej części górnego zakrętu czołowego.To odróżnia nasze podejście w tym konkretnym przypadku od bardziej minimalistycznych podejść, w których negatywne odpowiedzi są uzyskiwane z obszaru bezpośredniej resekcji guza. Gdy skóra głowy jest całkowicie otwarta, pierwszą rzeczą, którą zrobiliśmy w tym przypadku, było zaznaczenie lokalizacji guza, zaznaczenie linii środkowej, a następnie rozpoczęcie decydowania, gdzie umieścimy nasze otwory na zadziory i gdzie wykonamy cięcie piłą. Po całkowitym otwarciu opony twardej i zabezpieczeniu żył mostkowych oraz oddzieleniu ich od przyśrodkowej części opony twardej, kolejnym celem było przymocowanie urządzenia do elektrokortygrafii do zacisku czaszki, tak abyśmy mogli badać po przekroczeniu progów wyładowań i wykonywać elektrokortygrafię podczas całego zabiegu.Przed rozpoczęciem części operacji mapowania mózgu rejestrujemy stymulator dwubiegunowy w tej samej przestrzeni, w której odbywa się przedoperacyjny rezonans magnetyczny, korzystając z systemu nawigacji czaszkowej, w tym przypadku Brainlab. Dzięki temu możemy zarejestrować współrzędną trójwymiarową dla każdego miejsca bezpośredniej stymulacji elektrycznej. Po operacji możemy przeprowadzić analizy ilościowe, które łączą przedoperacyjny funkcjonalny rezonans magnetyczny z konsekwencjami mapowania stymulacji międzyoperacyjnej i ostatecznie z wynikami pacjenta.Na samym początku procedury mapowania mózgu zwykle zaczynamy od mapowania motorycznego. Zaczynając od obszaru języka, gdy pacjent wysunął język, a następnie stymulując przy bardzo niskim poziomie miliampera, zwykle od 5 do 1,0 miliampera, i szukając retrakcji języka lub ruchów twarzy, które wskazywałyby, że z powodzeniem mapujemy funkcje motoryczne. Ach, spójrz na jego rękę.Nadgarstek obrócony. Powiedz mi, czy czujesz coś mrowienia. Prawy łokieć?Prawy łokieć, idealny. Czytasz podręcznik. Powiedz mi, czy czujesz teraz mrowienie.Ach, prawa szyja. Jesteś tutaj? Bardziej na odwrót.W tym obszarze guz wydaje się kończyć właśnie tutaj. Jest to silnik na palec i dłoń oraz nadgarstek i ramię. Silnik nóg jest najprawdopodobniej właśnie tutaj.I to wszystko jest sensoryczne, mieliśmy naprawdę dobre reakcje sensoryczne w dłoni i aż do ramienia i szyi. Teraz celem jest pobranie guza i kontynuowanie mapowania, z jego aktywnym udziałem, w celu zmapowania aktywności motorycznej stopy, ponieważ ten tylny brzeg guza jest kluczowym obszarem, który chcemy usunąć, nie powodując osłabienia nogi. Zdecydowaliśmy się rozpocząć resekcję guza na tylnym brzegu guza, bezpośrednio przed korą ruchową.Celem tej decyzji było, podczas gdy pacjent był przytomny i w pełni współpracujący, rozpoczęcie odciążania z tyłu, aby zidentyfikować przedni bank skórki kory ruchowej nogi w celu usunięcia banku skórki guza i ewentualnie naciekanej istoty białej, a pacjent wykonywał różne zadania z kończyną górną i dolną. Byliśmy wtedy w stanie całkowicie wyciąć guz na jego przecięciu z obszarem Rolanda. Po zakończeniu tej wstępnej resekcji mogliśmy rozpocząć przednią część guza i deproporcję resekcji guza do przodu. Zdając sobie sprawę, że jeśli zdolność pacjenta do współpracy uległaby zmianie, przeprowadziliśmy już najbardziej niebezpieczną część operacji z powodzeniem.Raportowanie ruchów pacjenta, raportowanie jego zręczności, z precyzją, jest niezwykle ważne. A w tym konkretnym przypadku pielęgniarka, Susan Smith, która pracowała z nami przy tych operacjach przez ponad 20 lat i która ma doświadczenie z setkami podobnych operacji, jej raportowanie stanowi niezwykle ważną część zespołu operacyjnego. Sprawdź jego stopę.Zegnij stopę w górę i w dół. Poruszaj palcami u stóp, naciskaj na moją rękę, podciągnij się mocno, ładnie i mocno. Dziękuję, Sue.Proszę. W podobnych przypadkach, gdy guz znajduje się bardziej z przodu w górnym zakręcie czołowym, byliśmy w stanie zidentyfikować zajęcie skośnego odcinka czołowego na DTI przed operacją i udało nam się zmapować skośny odcinek czołowy za pomocą mapowania stymulacji podkorowej. Żółty trójkąt znajduje się nad czerwonym rombem.Zielone kółko znajduje się powyżej. Kontynuujemy Oczywiście ostrzegliśmy pacjenta i jego rodzinę, że może wystąpić przejściowy zespół SMA. Nie podjęliśmy próby zmapowania dodatkowego obszaru motorycznego, ponieważ był on całkowicie związany z guzem.I rzeczywiście, po operacji pacjent miał subtelny zespół SMA z pewną ekspresyjną afazją i pewną niekoordynacją oraz bardzo niewielką utratą kontroli motorycznej w prawej kończynie górnej. Ale to szybko zanikło i do czasu wypisu w 5 dniu badanie pacjenta było normalne. W ciągu ostatnich kilku lat, w miarę jak rozwijaliśmy nasz program translacyjnego mapowania mózgu i coraz ściślej współpracowaliśmy z naszymi kolegami z kognitywistyki, rozwinęliśmy zwinną zdolność do dostosowywania operacji i komponentu mapowania mózgu do potrzeb pacjenta w zależności od lokalizacji guza.W związku z tym zdobyliśmy znaczące doświadczenie w mapowaniu wiedzy o liczbach i matematyce. 53 plus 18 równa się 71,65 plus 16 równa się 81. Zdobyliśmy również znaczące doświadczenie w mapowaniu różnych aspektów funkcji języka, w tym nazywania, czytania i powtarzania.Oto w, inger. To jest gorąca gęba. Ostatnio rozwinęliśmy również zdolność do mapowania funkcji muzyki na półkuli niedominującej.Mapowanie mózgu naprawdę pozwala nam być tak kompletnym, jak to tylko możliwe, podczas operacji, przy jednoczesnym zachowaniu marginesu bezpieczeństwa dla tkanki mózgowej wokół guza, który staramy się zachować na końcu przypadku. Za każdym razem, gdy przeprowadzamy operację u pacjenta z guzem mózgu lub padaczką, za każdym razem, gdy wykonujemy operację, mamy okazję dowiedzieć się czegoś więcej o mózgu.

translational-brain-mapping-at-university-rochester-medical-center

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

W niniejszym artykule badamy wpływ stymulacji TMS w trybie Theta-Burst na plastyczność kory mózgowej u osób cierpiących na zespół kruchego chromosomu X oraz u osób w spektrum autyzmu.

TMS: Wykorzystanie protokołu Theta-Burst do badania mechanizmów plastyczności u osób z zespołem kruchego chromosomu X i autyzmem

Techniki neuroobrazowania, takie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) oraz obrazowanie tensora dyfuzji (DTI), stają się coraz bardziej użyteczne w charakteryzacji deficytów poznawczych i neurologicznych w autyzmie. Przedstawiono badanie łączności mózgowej w autyzmie na poziomie sieci oraz adaptacje procedur skanowania dzieci z zaburzeniami rozwojowymi.

Badanie mózgu w autyzmie z wykorzystaniem fMRI oraz obrazowania tensora dyfuzji

W tym badaniu, autorzy po raz pierwszy opisują nowatorską neuronawigację 3D-Immersive &amp; Interactive (3D-IIN) poprzez wpływ spontanicznego ataku migrenowego bólu głowy na układ μ-opioidowy mózgu pacjenta in vivo.

Neuronawigacja 3D in vivo przez mózg pacjenta podczas spontanicznego migrenowego bólu głowy

Zorganizowane procedury cięcia mózgu są konieczne, aby skorelować określone zjawiska neuropsychiatryczne z ostatecznymi diagnozami neuropatologicznymi. Cięcia mózgu są wykonywane w różny sposób w zależności od różnych kliniczno-akademickich okoliczności. Protokół ten opisuje symetryczną procedurę dwupółkulowego cięcia mózgu w celu zbadania różnic półkulowych w patologiach ludzkiego mózgu oraz maksymalizacji obecnych i przyszłych technik biomolekularnych/neuroobrazowania.

Symetryczne pośmiertne cięcie mózgu w bihemferze w celu zbadania zdrowych i patologicznych stanów mózgu u ludzi

Ten artykuł opisuje model statystyczny do analizy danych z wolumetrycznego rezonansu magnetycznego, który identyfikuje "punkt zmiany", kiedy zaczyna się atrofia mózgu w przedmanifestacyjnej chorobie Huntingtona. Mapowanie punktów zmian w całym mózgu uzyskuje się na podstawie objętości mózgu uzyskanych za pomocą opartego na atlasie potoku segmentacji obrazów zależnych od T1.

Segmentacja całego mózgu i analiza punktów zmian w anatomicznym rezonansie magnetycznym mózgu — zastosowanie w przedmanifestacyjnej chorobie Huntingtona

Pokazujemy protokoły modulacji (tDCS, HD-tDCS) i mapowania (TMS robota) kory ruchowej u dzieci.

Nieinwazyjna modulacja i robotyczne mapowanie kory ruchowej w rozwijającym się mózgu

Mapowanie funkcjonalne mózgu zwierzęcia może skorzystać z eksperymentalnego systemu funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) w czasie rzeczywistym. Korzystając z najnowszego oprogramowania wdrożonego w systemie MRI zwierząt, stworzyliśmy platformę monitorowania w czasie rzeczywistym fMRI małych zwierząt.

Mapowanie mózgu fMRI w czasie rzeczywistym u zwierząt

Opisujemy intraparenchymalne przeszczepienie ludzkich nerwowych komórek progenitorowych transdukowanych podwójnym wektorem reporterowym wyrażającym lucyferazy-zielone białko fluorescencyjne (GFP) w mózgu myszy. Po przeszczepie sygnał lucyferazy jest wielokrotnie mierzony za pomocą bioluminescencji in vivo i przeszczepionych komórek wykazujących ekspresję GFP, identyfikowanych w sekcjach mózgu za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej.

Przeszczep domózgowy i śledzenie bioluminescencji in vivo ludzkich nerwowych komórek progenitorowych w mózgu myszy

Obecny protokół zapewnia krok po kroku procedurę szybkiego i jednoczesnego oczyszczania optycznego, wieloetapowego znakowania i wolumetrycznej rekonstrukcji 3D dziesiątek pośmiertnych odcinków ludzkiego mózgu poprzez połączenie (SWITCH - H2O2 - Pozyskiwanie antygenu R- 2,2'-tiodieetanol [TDE]) KRÓTKA technika transformacji tkankowej z obrazowaniem mikroskopii fluorescencyjnej za pomocą arkusza świetlnego w rutynowym protokole wysokoprzepustowym.

Optyczne oczyszczanie i znakowanie w mikroskopii fluorescencyjnej arkuszy świetlnych w wielkoskalowym obrazowaniu ludzkiego mózgu

Nowatorski protokół spersonalizowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej w połączeniu z mapowaniem sieci korowych za pomocą elektroencefalografii (TMS–EEG), oparty na wielu modalnościach obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI).

Neuroobrazowanie TMS-EEG do mapowania sieci korowej w czasie rzeczywistym

Akwizycja danych z dynamicznej pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) i rekonstrukcja w przedziałach czasowych pozwala na analizę metabolicznej łączności mózgu na poziomie pojedynczego podmiotu. Opisujemy metodę pozyskiwania [18F]FDG dynamicznych danych PET mózgu szczura i uzyskania macierzy połączeń poprzez ekstrakcję krzywych czasowo-aktywnych o interesujących nas objętościach.

Badanie metabolicznych połączeń mózgu za pomocą dynamicznej pozytonowej tomografii emisyjnej 2-deoksy-2-[18F]fluoro-D-glukozy na poziomie pojedynczego obiektu

Poznaj wielomodalne mapowanie mózgu w neurochirurgii wykorzystujące fMRI do identyfikacji obszarów odpowiedzialnych za funkcje poznawcze. Ta metoda umożliwia precyzyjne planowanie resekcji guzów przy zachowaniu kluczowych struktur nerwowych.

Translacyjne mapowanie mózgu w Centrum Medycznym Uniwersytetu Rochester: Ochrona umysłu poprzez spersonalizowane mapowanie mózgu (Wideo) | JoVE Journal

Translacyjne mapowanie mózgu w Centrum Medycznym Uniwersytetu Rochester: Ochrona umysłu poprzez spersonalizowane mapowanie mózgu

Przeglądaj więcej filmów