Method Article

Monitoramento simultâneo de olho e single-Neuron gravações em pacientes com epilepsia humana

DOI:

10.3791/59117

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June 17th, 2019

 ,  ,  , 
1Department of Chemical and Biomedical Engineering, and Rockefeller Neuroscience Institute, West Virginia University, 2Departments of Neurosurgery and Neurology, Cedars-Sinai Medical Center, 3Center for Neural Science and Medicine, Department of Biomedical Sciences, Cedars-Sinai Medical Center, 4Division of Biology and Biological Engineering, California Institute of Technology

In This Article

Summary

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Nós descrevemos um método para conduzir gravações do único-Neuron com seguimento simultâneo do olho nos seres humanos. Nós demonstramos a utilidade deste método e ilustramos como nós usamos esta aproximação para obter os neurônios no lóbulo temporal medial humano que codificam alvos de uma busca visual.

Abstract

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As gravações intracranial dos pacientes com epilepsia intratável fornecem uma oportunidade original de estudar a atividade de neurônios humanos individuais durante o comportamento ativo. Uma ferramenta importante para quantificar o comportamento é o rastreamento ocular, que é uma ferramenta indispensável para o estudo da atenção Visual. No entanto, o rastreamento ocular é desafiador para uso simultâneo com eletrofisiologia invasiva e essa abordagem tem sido pouco utilizada. Aqui, nós apresentamos um protocolo experimental provado para conduzir gravações do único-Neuron com seguimento simultâneo do olho nos seres humanos. Nós descrevemos como os sistemas são conectados e as configurações ideais para gravar neurônios e movimentos oculares. Para ilustrar a utilidade deste método, nós Resumimos os resultados que foram tornada possíveis por esta instalação. Esses dados mostram como usar o rastreamento ocular em uma tarefa de pesquisa Visual guiada por memória nos permitiu descrever uma nova classe de neurônios chamados neurônios-alvo, cuja resposta era reflexiva da atenção de cima para baixo para o alvo de pesquisa atual. Por fim, discutimos o significado e as soluções para possíveis problemas dessa configuração. Junto, nosso protocolo e resultados sugerem que as gravações do único-Neuron com seguimento simultâneo do olho nos seres humanos sejam um método eficaz para estudar a função humana do cérebro. Fornece uma ligação faltante chave entre a neurofisiologia animal e a neurociência cognitiva humana.

Introduction

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As gravações humanas do único-Neuron são uma ferramenta original e poderosa para explorar a função do cérebro humano com a definição espacial e temporal extraordinária1. Recentemente, as gravações do único-Neuron ganharam o uso largo no campo da neurociência cognitiva porque permitem a investigação direta de processos cognitivos centrais à cognição humana. Estas gravações são tornadas possíveis pela necessidade clínica de determinar a posição de focos epileptic, para que os elétrodos da profundidade estão implantados temporariamente nos cérebros dos pacientes com epilepsia focal suspeitada. Com esta configuração, as gravações do único-Neuron po....

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Protocol

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1. os participantes

  1. Recrute pacientes neurocirúrgicos com epilepsia intratável que estão passando por colocação de eletrodos intracranianos para localizar suas crises epilépticas.
  2. Insira eletrodos de profundidade com microfios embutidos em todos os locais alvo clinicamente indicados, que normalmente incluem um subconjunto de amígdala, hipocampo, córtex cingulado anterior e área motora pré-suplementar. Veja detalhes para a implantação em nosso protocolo precedente2.
  3. Uma vez que o paciente retorne à unidade de monitoração da epilepsia, conecte o equipamento de gravação para macro-e micro-gravações. Isto inclui cuidad....

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Results

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Para ilustrar o uso do método mencionado acima, nós descrevemos brevemente um caso de uso que publicamos recentemente8. Registramos 228 neurônios únicos do lobo temporal medial humano (MTL; amígdala e hipocampo) enquanto os pacientes realizavam uma tarefa de busca visual (Figura 3a, B). Durante esta tarefa, investigamos se a atividade dos neurônios diferenciou-se entre fixações em alvos e distratores.

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Discussion

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Neste protocolo, nós descrevemos como empregar gravações do único-neurônio com seguimento simultâneo do olho e descrevemos como nós usamos este método para identificar neurônios do alvo no MTL humano.

A instalação envolve três computadores: um executando a tarefa (computador do estímulo), um que executa o perseguidor do olho, e um que executa o sistema da aquisição. Para sincronizar entre os três sistemas, a porta paralela é usada para enviar gatilhos TTL do computador de estímulo para o siste.......

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Disclosures

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Os autores não declaram conflito de interesses.

Acknowledgements

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Agradecemos a todos os pacientes por sua participação. Esta pesquisa foi apoiada pelo Instituto de neurociência Rockefeller, a Fundação de ciência do autismo e da Fundação Dana (para SW), um prêmio NSF CAREER (1554105 para U.R.), e o NIH (R01MH110831 e U01NS098961 para U.R.). Os financiadores não tiveram papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicar ou preparação do manuscrito. Agradecemos a James Lee, Erika Quan, e a equipe do centro de simulação Cedars-Sinai por sua ajuda na produção do vídeo de demonstração.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Caixa de Resposta CedrusCedrus (https://cedrus.com/)RB-844Caixa de botões
Dell LaptopDell Dell (https://dell.com)Precision 7520Stimulus Computer
EyeLink Eye TrackerSR Research (https://www.sr-research.com)1000 Plus Remote com laptop host e suporte de braço LCDRastreamento ocular
MATLABMathWorks IncR2016a (RRID: SCR_ 001622)Análise de dados
Neuralynx Neurophysiology SystemNeuralynx (https://neuralynx.com)ATLAS 128Electrophysiology
OsortCódigo abertov4.1 (RRID: SCR_015869)Algoritmo de classificação de pico
Psychophysics ToolbxPTB3 de código aberto(RRID: SCR_002881)Caixa de ferramentas Matlab para implementar experimentos psicofísicos

References

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  1. Fried, I., Rutishauser, U., Cerf, M., Kreiman, G. Single Neuron Studies of the Human Brain: Probing Cognition. , MIT Press. Boston. (2014).
  2. Minxha, J., Mamelak, A. N., Rutishauser, U. Surgical and Electrophysiological Techniques for Single-Neuron Recordings in Human Epilepsy Patients. Extracellular Recording Approaches. Sillitoe, R. V. , Springer New ....

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