Gravação Humanos eletrocorticográfica (ECOG) Sinais para pesquisa neurocientífica e mapeamento em tempo real Funcional Cortical

O objetivo deste procedimento é obter dados eletrocorticográficos de qualidade para pesquisa de pacientes submetidos à monitorização clínica de epilepsia e utilizá-los para realizar mapeamento funcional em tempo real. Isso é realizado primeiramente configurando um sistema de aquisição de sinal de qualidade para pesquisa que possa ser conectado ao sistema clínico de monitorização de epilepsia sem comprometer ou interromper a monitorização clínica. O segundo passo no mapeamento funcional é registrar sinais de linha de base enquanto o paciente está acordado, mas descansando calmamente.

Em seguida, os sinais são processados para extrair características que representam a atividade cerebral na faixa de frequência gama alta, e essas são utilizadas para construir um modelo do estado cerebral basal do paciente. O passo final consiste em fazer com que o paciente realize tarefas cognitivas ou motoras simples enquanto os algoritmos de detecção de novidades do sistema Siegfried destacam as partes do córtex onde a atividade gama alta difere significativamente do estado basal. Em última análise, o coeficiente de determinação em cada local eletrodo mostra quais áreas corticais apresentam ativação significativa durante a realização da tarefa.

A sua participação é então confirmada por meio do mapeamento com estimulação eletrocortical, cujos resultados tornam o procedimento de mapeamento mais fácil e menos demorado, fornecendo informações complementares. A ELETROCORTICOGRAFIA ou ECOG é definida pelo uso de eletrodos em grade e em faixa subdural para registrar também as crises habituais do paciente. Para estimular eletricamente esses eletrodos, um ou dois de cada vez, a fim de interferir em determinadas funções, como função motora ou função linguística, realiza-se um mapeamento da córtex eloquente que deverá ser preservada durante a ressecção.

O ECOG possui uma combinação de alta resolução temporal e alta resolução espacial que simplesmente não se encontra em outras técnicas de medição, como EEG ou ressonância magnética funcional. Em particular, é a única maneira de obter gravações adequadas da atividade elétrica cerebral na faixa de frequência gama alta, que é um correlato muito informativo de uma ampla gama de funções cerebrais. O ECOG é uma técnica invasiva de registro na qual grades são colocadas diretamente sobre a superfície do cérebro, o que exige uma cirurgia e é realizada apenas em situações clínicas que requerem intervenção cirúrgica.

Os pacientes geralmente permanecem na unidade de monitoramento de epilepsia por cerca de uma semana, até que os clínicos tenham informações suficientes para localizar o foco da crise durante esse período. Se o paciente consentir, ele pode participar de pesquisas e, desde que não interfiramos no monitoramento clínico, isso proporciona uma janela de oportunidade única para os pesquisadores registrarem o cérebro humano em atividade. Neste vídeo, demonstrarei como localizar os eletrodos de ECoG por meio do registro conjunto de uma ressonância magnética pré-operatória e um CD pós-operatório, e também demonstrarei uma nova forma de mapeamento funcional baseada em características gama nos sinais de ECoG. Antes da cirurgia, obtenha uma ressonância magnética estrutural ponderada em T1 da cabeça do paciente com 256 por 256 pixels por corte, campo de visão completo, sem interpolação, espessura de corte de um milímetro e, preferencialmente, cortes sagitais.

Em seguida, no dia da cirurgia, observe o implante cirúrgico dos eletrodos em grade e em fita e colete fotografias digitais dos eletrodos in situ, bem como as anotações do neurocirurgião sobre os locais implantados. Após a cirurgia, obtenha imagens radiográficas pós-operatórias do crânio, bem como exames de tomografia computadorizada (TC) do cérebro, que devem ser adquiridos de pele a pele com alta resolução, com corte de um milímetro de espessura e sem angulação. Em seguida, utilize o pacote de software Curry para criar um modelo cortical tridimensional do cérebro do paciente a partir da ressonância magnética pré-operatória e, depois, realizar a co-registração deste com as imagens de TC pós-implante da grade.

Em seguida, clique com o botão direito em cada posição do eletrodo, em ordem, e selecione exportar cursor para localizar. Para registrar as coordenadas tridimensionais dos eletrodos, exporte a estrutura cortical tridimensional do sujeito e as coordenadas dos eletrodos em formato MATLAB. Em seguida, crie uma exportação, um vídeo que mostra os eletrodos mapeados sobre a superfície cerebral.

Além disso, mapeie as coordenadas dos eletrodos para áreas de Brodmann padrão utilizando um atlas automático. Revise as informações provenientes do modelo 3D, imagens de raios X, fotografias e anotações. Defina um esquema de numeração para os eletrodos e trabalhe junto com os técnicos do hospital para garantir que os eletrodos sejam conectados corretamente nas caixas divisoras.

Seguindo esta numeração exatamente. Além disso, crie um esquema de disposição para o fio dental dos eletrodos de forma que todas as posições dos eletrodos possam ser claramente diferenciadas sem sobreposição. Selecione dois locais de eletrodos que provavelmente sejam eletrocorticograficamente silenciosos, distantes da córtex supostamente eloquente, para serem usados como terra e referência iniciais.

Em seguida, prepare uma pilha conectada de amplificadores GUSB. Sincronize-os escolhendo um como mestre, conecte sua saída S à entrada S do outro e insira o número de série do mestre como BCI dois mil.

Parâmetro mestre de identificação do dispositivo. Conecte os conectores de referência azuis entre si e conecte os conectores de terra amarelos entre si na extremidade mais à direita da pilha. É aqui que você conectará sua referência escolhida ao azul e a terra ao amarelo antes do início da sessão.

Prepare um arquivo de modelo do I nni contendo as configurações de processamento de sinal que o software Siegfried usará para construir um modelo. Também prepare um arquivo dot PRM ou fragmentos separados de dot PRM contendo os parâmetros que o sistema BCI 2000 usará para aquisição e visualização em tempo real. Dois parâmetros principais para o Siegfried são as localizações dos eletrodos, especificando o layout 2D escolhido para os eletrodos do paciente, e o estado dos eletrodos, que especifica quais tarefas serão mapeadas sob quais condições.

Esteja ciente de que o tempo com o paciente é limitado. Portanto, todos os procedimentos precisam ser robustos, otimizados e testados previamente. Escolha um momento apropriado para sugerir gravações experimentais ao paciente, informando com antecedência pela manhã e também 15 minutos antes da sessão.

Posicione o equipamento ao lado da cama do paciente, ligue e ligue o monitor de vídeo do paciente e retire o computador do modo de hibernação. Além disso, conecte o sistema de aquisição de dados às grades de ECOG por meio dos conectores divisores. Inicie o software BCI 2000.

Em seguida, com o parâmetro de origem visualizada ativado, selecione a configuração e clique com o botão direito no visualizador, definindo o filtro passa-alta com frequência de corte de cinco hertz. Observe que essa configuração afetará apenas a visualização, não a coleta de dados. Verifique a interferência de ruído de linha observando se a ativação de um filtro rejeita-banda no visualizador causa uma grande diferença no sinal.

Se isso ocorrer, tente reduzir interferências removendo quaisquer fontes de interferência de energia, como cabos não utilizados que causem diafonia. Altere os eletrodos utilizados como referência e terra, se necessário. Se estiver usando um rastreador ocular, calibre-o utilizando o software de calibração fornecido pelo fabricante para evitar distrações e interrupções e minimizar possíveis interferências no sinal.

Certifique-se de que todas as TVs, rádios e telefones celulares na sala estejam desligados. Inicie a sessão experimental registrando primeiro a atividade basal. Instrua o sujeito a relaxar e permanecer imóvel com os olhos abertos.

Em seguida, inicie o processamento do sinal simulado da fonte GUSB e a apresentação do estímulo. Módulos da tarefa. Registre seis minutos de atividade de linha de base com iluminação confortável em um ambiente silencioso.

Em seguida, inicie a ferramenta GUI de dados para modelo configurada para extrair características em intervalos de cinco hertz de 70 a 110 hertz, utilizando o método de entropia máxima a cada 500 milissegundos de dados. Pressione construir modelo para gerar um modelo probabilístico das características espectrais selecionadas usando misturas de galium. Agora, forneça instruções precisas ao paciente para a tarefa experimental que será realizada nesta atividade.

O sujeito realizará cada tarefa por 10 segundos de cada vez, em cada uma das cinco repetições. Inicie os módulos da fonte GUSB amp Siegfried Sig Pro lava e da apresentação do estímulo, e configure o operador para carregar o modelo probabilístico, o modelo cortical e as coordenadas dos eletrodos em duas e três dimensões. Pressione iniciar no operador para começar o experimento e iniciar o processo de mapeamento.

Os dados brutos são transmitidos automaticamente junto com marcadores de eventos até que a suspensão seja pressionada ou o experimento seja concluído; cada vez que iniciar ou retomar for pressionado, um novo arquivo será criado para evitar a sobrescrita dos dados anteriores durante cada tarefa. O software Siegfried detecta atividade ECOG relacionada à tarefa, que é apresentada em mapas bidimensionais e tridimensionais do córtex continuamente atualizados. O tamanho e a tonalidade vermelha de cada círculo representam sua importância na tarefa em andamento.

O dimensionamento dos círculos em relação aos valores máximos de R quadrado pode ser controlado usando os controles deslizantes durante toda a sessão. Certifique-se de monitorar o comportamento do paciente e os sinais de ECOG para detecção de crises suspeitas e esteja pronto para alertar imediatamente e responder às instruções da equipe médica. Aqui vemos um exemplo de radiografia lateral de um paciente representativo.

Os círculos amarelos marcam os eletrodos implicados na linguagem receptiva, conforme identificado posteriormente por meio do mapeamento por estimulação eletrocortical. É mostrada aqui uma fotografia tirada durante a implantação para este paciente. Esses esquemas mostram os resultados do mapeamento de Siegfried em um layout esquemático bidimensional.

O tamanho e a vermelhidão de cada disco representam a significância da participação de cada eletrodo na tarefa em relação à linha de base, e aqui a mesma estatística é mapeada em cores em um modelo tridimensional do cérebro renderizado a partir da ressonância magnética do paciente. Este vídeo demonstrou como os dados humanos de ECOG podem ser registrados para fins de pesquisa e processados em tempo real usando o conjunto de softwares BCI 2000. Um exemplo de aplicação em tempo real do BCI 2000 é a ferramenta de mapeamento funcional.

O mapeamento Siegfried pode ser realizado em até 10 minutos, dependendo do número de tarefas executadas. Resultados preliminares podem ser observados em segundos, e resultados estáveis podem ser obtidos em cinco a 10 repetições, cada uma levando 10 segundos. A vantagem do mapeamento Siegfried é a relevância funcional em toda a grade simultaneamente, enquanto a estimulação elétrica exige estímulo de corrente em cada sítio eletrodo, o que é muito mais demorado e pode potencialmente induzir convulsões.

Ainda realizamos mapeamento elétrico, mas utilizando inicialmente o Siegfried, obtemos um mapa preliminar rápido que atenua significativamente o processo. No futuro, a melhoria do design da grade esperançosamente permitirá aplicações além do monitoramento de epilepsia, por exemplo, em pacientes com acidente vascular cerebral, para restaurar função, para movimentação de membros protéticos e também para melhorar a comunicação em pessoas com paralisia da musculatura vocal ou com doenças do tipo ELA.

Obrigado por assistir.