Name: Combinadas Funções Invasiva subcorticais e Superfície Non-invasive neurofisiológica Gravações de Avaliação da cognitivos e emocionais em humanos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 25 s
Description: Aprenda a avaliar funções cognitivas e emocionais em humanos por meio de gravações simultâneas de potenciais de campo local e EEG. Este método combina tarefas como o Flanker e estímulos emocionais para estudar estruturas subcorticais e corticais em pacientes com distúrbios do movimento.

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Este trabalho foi apoiado por NEURON ERA-NET / BMBF Alemanha (Tymon). taxas de publicação estão cobertas por uma subvenção do Hospital Universitário de Düsseldorf. A tarefa Flanker usada aqui foi modificado a partir da versão inicialmente programado pelo Prof. C. Beste e seu grupo 47.

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Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Em contraste com as técnicas de gravação cérebro não-invasivos, como couro cabeludo-EEG e MEG, o quadro invasivo e não-invasivo combinado proposto neurofisiológica gravação fornece uma oportunidade notável para extrair informações de áreas corticais e subcorticais em relação às tarefas cognitivas e emocionais. Tal informação é refletida pela atividade oscilatório cérebro em múltiplas bandas de frequência e diferentes níveis de organização em relação ao funcionamento cerebral 44. padrões cerebrais oscilatórias...

Gravações neurofisiológicos invasivas em humanos datam de estudos seminais de segmentação gravações eletrocorticográfica de áreas corticais e do cerebelo durante a cirurgia de epilepsia e pesquisa do tumor 1. Um marco importante para um maior desenvolvimento de tal processo de gravação tem sido a introdução da técnica estereotáxica que fornece acesso seguro e eficiente de estruturas profundas do cérebro humano 2. Além de tratamento clínico, abordagens invasivas do cérebro em humanos fornecem uma oportunidade e única para estudar a função cerebral em relação aos padrões de atividade registrados modulados por estímulos externos, nomeadamente o caso de gravações invasoras intra e pós-operatório em pacientes submetidos à estimulação cerebral profunda (DBS ) procedimentos. A aplicabilidade e utilidade do DBS foi abordada em várias doenças neurológicas e neuropsiquiátricas da doença de Parkinson (DP) para transtorno obsessivo-compulsivo (TOC) ou condições como crodistúrbios nic de consciência (DOC). Em particular, o DBS ter sido aplicado no tratamento da doença de Parkinson 3,4,5, 6 tremor essencial, primário / generalizada distonia segmentar 7,8,9, doença de Huntington 10,11, resistente ao tratamento de depressão-12,13, nicotina e álcool 14, doença de Alzheimer 15,16, da síndrome de Tourette 17 e distúrbio crônico da consciência (DOC) 18,19,20. No âmbito da neuropsiquiatria, DBS é um tratamento aprovado / marca CE para o transtorno obsessivo compulsivo (TOC) visando o ramo anterior da cápsula interna (ALIC) e está em uso visando a cápsula / ventral striatum / caudado ventral ventral (VC / VS), núcleo accumbens (NAC) e do núcleo subtalâmico (STN) 21. No que diz respeito DBS no TOC 22, estudos recentes salientam o papel da STN para o mecanismo de verificação compulsivoing através da utilização de memória baseados em paradigmas 23,24,25. Notável, modulação da atividade cerebral sob a influência de paradigmas com conotação cognitiva e emocional tem sido enfatizada em DOC 26,27,28,29. Assim, é realçada DBS, não só como um tratamento potencial para DOC crónica, mas também como um procedimento clínico que abre a possibilidade de estudar a modulação da actividade subcortical gravando locais potenciais de campo (LFP) a partir de regiões intra e pós-talâmicos centrais operativamente. Em DBS, implantação de eléctrodos de neurocirurgia é baseado na técnica de estereotaxia, que representa de forma segura para o cérebro restrições anatómicas, enquanto que a estimulação do paciente é personalizada através de ensaios de estimulação de impulso intra-operatórios. gravação LFP pós-operatório é possível após a implantação inicial de eletrodos DBS e antes de internalização do gerador de impulsos. Em particular, o presente protocolo é centered em gravações pós-operatórias. Em combinação com LFPs, a gravação simultânea da actividade cerebral cortical pode ser conseguido por exemplo por electroencefalografia não-invasiva (EEG) ou magnetoencephalography (MEG) 30,31. Estes dois métodos não invasivos são suportados, devido à sua excelente resolução de tempo. Enquanto MEG é menos afetada do que EEG por efeitos crânio 32, EEG parece vantajoso porque é menos afectado por artefatos causados ​​por implantes metálicos e movimentos de cabeça e ele pode ser usado na cama do lado do paciente 33. Por gravação simultânea de atividade cerebral cortical-subcortical (LFP e EEG / MEG) em resposta a paradigmas emocional-cognitivo aplicado, diferentes relações entre as oscilações do cérebro e comportamento poderia ser estabelecido com base no acoplamento de tempo-frequência analisa 34. Por sua vez, esses padrões poderia levar a biomarcadores potenciais de cognitiva individualizado de um paciente e estados emocionais e optimization de parâmetros de tratamento, considerando configurações individualizadas. As seguintes metas do protocolo de invasoras e de registo neurofisiológico não-invasiva em humanos para a avaliação da função cognitiva e emocional, especialmente a nível cortical e subcortical (EEG e LFPs). Em primeiro lugar, as etapas de gravação neurofisiológicos ilustrados no vídeo, que acompanha o presente protocolo, corresponde a uma gravação com um exemplo paciente com desordem de movimento que realiza a chamada tarefa Flanqueador (Exemplo 1). Em segundo lugar, passos no protocolo são discutidos, concentrando-se na metodologia de análise e amostras resultados tomadas a partir de um exemplo DBS publicado em DOC crônica 26 (Exemplo 2). Estes dois exemplos destacar a aplicabilidade do protocolo proposto para pacientes tratados com DBS com diferentes distúrbios e vários paradigmas experimentais.

<table><tbody><tr><td>BrainAmp Amplifier</td><td>Brain Products GmbH, Gilching Alemanha</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>Software de Gravador BrainVision</td><td>Brain Products GmbH, Gilching Alemanha</td><td></td><td>1 Licença&nbsp;</td></tr><tr><td>Software BrainVision Analyzer</td><td>Brain Products GmbH, Gilching Germany</td><td></td><td>1 Licença&nbsp;</td></tr><tr><td>Cabos de fibra óptica e conectores USB</td><td>Brain Products GmbH, Gilching Alemanha</td><td></td><td>Estes vêm com o equipamento listado acima</td></tr><tr><td>Caixa de entrada de eletrodo (64 canais)</td><td>Brain Products GmbH, Gilching Alemanha</td><td></td><td>Quantidade: 1</td></tr><tr><td>gel EEG&nbsp;</td><td>Natus Inc</td><td></td><td>Quantidade: 1</td></tr><tr><td>Álcool isopropílico</td><td>Sch&uuml; lke & Mayr GmbH, Alemanha</td><td></td><td>Quantidade: 1</td></tr><tr><td>Gel de preparação de pele</td><td>Weaver and Co, EUA</td><td></td><td>Quantidade: 1</td></tr><tr><td>MATLAB&nbsp; &nbsp;</td><td>Math-Works, Natick, Massachusetts, EUA</td><td></td><td>1 Licença</td></tr><tr><td>Caixa de ferramentas FieldTrip</td><td>http://www.fieldtriptoolbox.org/</td><td></td> Macroeletrodos <td>de Código Aberto</td></tr><tr><td>(modelo 3387 eletrodo DBS quadripolar)</td> <td>Medtronic Inc., Minneapolis, MN, EUA</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>Fios de extensão percutânea estéreis (modelo 3550-05)&nbsp;</td><td>Medtronic Inc., Minneapolis, MN, EUA</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>Cabo de torção (modelo 3550-03)&nbsp;</td><td>Medtronic Inc., Minneapolis, MN, EUA</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>conectores personalizados para conectores</td><td></td><td></td> DIN 428092 à prova de toque <td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>Vercise Lead kit DB -2201&nbsp;</td><td>Boston Scientific</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>Kit de extensão de contato NM-3138&nbsp;</td><td>Boston Scientific</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>O.R. cabel & extensão SC-4100 A&nbsp;</td><td>Boston Scientific</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>conectores&nbsp; à prova de toque&nbsp;</td><td>Twente Medical Systems International B.V.</td><td></td><td>Quantidade: 2</td></tr><tr><td>tomógrafos Modell PQ2000 (tomografias computadorizadas pós-operatórias)</td><td>Philips Healthcare GmbH Hamburgo</td><td></td><td>Quantidade: 1</td></tr><tr><td>Software de apresentação (Flanker Task)</td><td>Neurobehavioral systems Inc.</td><td></td><td>1 Licença&nbsp;</td></tr><tr><td>MEG System</td><td>Elekta Neuromag Inc</td><td></td><td>Alternativamente</td></tr><tr><td>Rede de sensores de EEG de alta densidade (128 ou 256 canais)</td><td>Electrical Geodesics Inc (EGI), EUA</td><td></td><td>Alternativamente</td></tr></tbody></table>

combinadas funções invasiva subcorticais e superfície non-invasive neurofisiológica gravações de avaliação da cognitivos e emocionais em humanos

Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans

Apesar do sucesso na aplicação de eletroencefalografia não-invasiva (EEG), magneto-encefalografia (MEG) e ressonância magnética funcional (fMRI) para extrair informações importantes sobre o mecanismo do cérebro humano, tais métodos não são suficientes para fornecer informações sobre fisiológica processos que refletem as funções cognitivas e emocionais no nível subcortical. A este respeito, abordagens clínicas invasivas modernas em seres humanos, tais como a estimulação cerebral profunda (DBS), oferecem uma tremenda possibilidade de gravar a atividade cerebral subcortical, potenciais de campo nomeadamente locais (LFPs) representando atividade coerente de conjuntos neuronais de gânglios da base localizada ou regiões do tálamo . Não obstante o facto de as abordagens invasivas em humanos são aplicadas somente após indicação médica e os dados assim registados correspondem aos circuitos cerebrais alteradas, informações valiosas podem ser obtidas em relação à presença das funções cerebrais intactas em relação ao oscilatório cérebroactividade e a patofisiologia de distúrbios na resposta ao paradigmas experimentais cognitivas. Nesse sentido, um número crescente de estudos DBS em pacientes com doença de Parkinson (DP) como alvo não apenas as funções motoras, mas também processos de nível superior, tais como emoções, tomada de decisão, atenção, memória e percepção sensorial. Ensaios clínicos recentes também destacar o papel da DBS como um tratamento alternativo em distúrbios neuropsiquiátricos que variam de transtorno obsessivo compulsivo (TOC) para doenças crônicas de consciência (DOC). Consequentemente, vamos nos concentrar no uso de invasoras (LFP) e não-invasivos (EEG) gravações do cérebro humano combinados na avaliação do papel das estruturas corticais-subcortical em paradigmas experimentais de processamento de vale cognitivos e emocionais (por exemplo. Estímulos de fala com conotação emocional ou paradigmas de controle cognitivo, como a tarefa Flanker), para pacientes submetidos a tratamento DBS.

Para o caso DBS-DOC (Exemplo 2), que agora fornecem dados sobre localização de alvos para a implantação DBS, diagramas esquemáticos de eletrodo LFP e EEG configurar, gravações exemplares de atividade EEG e LFP (dados brutos) e os resultados da análise representativos: A Figura 2A mostra a trajetória planejada (linha preta) projetada em um atlas anatômico 36, seção 30, coronária, 10,7 mm atrás da com...

O presente protocolo visa avaliar as funções cognitivo-emocionais nos gânglios da base por meio do registro neurofisiológico simultâneo dos potenciais de campo locais e da atividade cortical cerebral (EEG) não invasiva. O procedimento é exemplificado pelo uso de paradigmas envolvendo estímulos de fala com conotação emocional ou a tarefa de Flanker envolvendo controle cognitivo.

Combinadas Funções Invasiva subcorticais e Superfície Non-invasive neurofisiológica Gravações de Avaliação da cognitivos e emocionais em humanos

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging ...

O objetivo geral deste procedimento é avaliar as funções cognitivas e emocionais de estruturas cerebrais interativas por meio de gravações simultâneas de fontes neuronais profundas e superficiais. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na neurofisiologia humana, como a relação entre padrões de atividade cerebral e a função cerebral, especialmente em relação a áreas cerebrais profundas e de difícil acesso.A principal vantagem desta técnica é que utiliza a estrutura de pacientes submetidos à estimulação cerebral profunda para extrair informações em tempo real das estruturas corticais e subcorticais em humanos durante tarefas cognitivas e emocionais. Os passos de gravação nesta seção concentram-se em um paciente com transtorno do movimento realizando uma tarefa de flanker. Os passos de análise na próxima seção, no entanto, concentram-se em um paciente com transtorno crônico da consciência ouvindo um paradigma de fala cognitiva e emocional.Para começar, configure o equipamento de eletroencefalografia, ou EEG, na sala de testes. Conecte o computador de gravação ao sistema de EEG e inicie o software de gravação de EEG. Clique em Arquivo e depois em Novo Espaço de Trabalho para definir o espaço de trabalho no software de gravação de EEG, especificando uma frequência de amostragem de cinco quilohertz, uma frequência de corte baixa e uma frequência de corte alta, canais de EEG de acordo com o sistema internacional 10-20 e canais de potencial de campo local, ou LFP.Clique em Monitorar para verificar se os canais especificados estão agora configurados para gravação. Em seguida, configure o computador de estímulo e verifique a conexão com a porta paralela do sistema de EEG. Inicie o software de estímulo.Clique em Executar para verificar a funcionalidade do paradigma no monitor do computador. Certifique-se de que os gatilhos do computador de estímulo sejam enviados ao sistema de gravação, verificando sua aparência no software de gravação de EEG durante a apresentação dos estímulos, bem como durante a resposta do sujeito. Marque o vértice da cabeça do paciente como o ponto médio entre a nasion e a inion, utilizando uma caneta marcadora de pele.Em seguida, marque as posições escolhidas para os eletrodos de EEG, de acordo com o sistema 10-20. Limpe cada local selecionado com um disco de álcool isopropílico e pasta abrasiva. Em seguida, fixe os eletrodos de superfície de EEG no couro cabeludo.Alternativamente, dependendo das restrições de espaço, pode-se utilizar uma rede de EEG multicanal. Outro método de alta precisão para avaliar a atividade cerebral superficial seria a magnetoencefalografia, ou MEG. Conecte o cabo de extensão percutâneo dos eletrodos de estimulação cerebral profunda, ou DBS, a um conector de cabo externo.Conecte cada eletrodo fornecido pelo conector de cabo externo à caixa de controle de EEG, de acordo com a configuração de gravação de EEG. Conecte os eletrodos de EEG do couro cabeludo à caixa de controle de EEG. Em seguida, forneça ao paciente instruções sobre a tarefa de flanker.Certifique-se de que o paciente esteja confortável e oriente-o a interromper o experimento a qualquer momento caso sinta desconforto. Clique em Executar no software de estímulo para que o paciente possa visualizar o paradigma no monitor. Realize uma sessão de treinamento com o paciente até que ele se sinta confortável com a tarefa.Por fim, inicie a gravação simultânea da atividade cerebral LFP subcortical e EEG cortical enquanto o paciente realiza a tarefa de flanker. Comece abrindo o software de análise de EEG. Clique em Novo para visualizar os dados gravados do paradigma de fala cognitivo emocional, especificando os caminhos das pastas e o nome dos dados.Clique em Editar Canais para selecionar os canais de interesse. Em seguida, clique em Pré-processamento de Canal e depois em Nova Referência, para referenciar novamente contatos DBS adjacentes, o que cria um contexto bipolar virtual para os hemisférios esquerdo e direito. Clique em Inspeção dos Dados Brutos para examinar os dados em busca de artefatos fisiológicos e relacionados ao equipamento, com ênfase em tremores motores e interferências do equipamento.Marque os segmentos em que estão presentes artefatos. Em seguida, clique em Filtragem de Dados e depois em Filtros IIR para especificar um filtro rejeita-banda e escolher filtros Butterworth de fase zero ao definir os parâmetros de corte inferior e superior. Clique em Alterar Taxa de Amostragem para reduzir a taxa de amostragem dos sinais gravados para uma frequência especificada e também especifique o tipo de interpolação.Exporte os canais bipolares de interesse clicando em Exportar e, em seguida, em Dados Genéricos. Exporte os gatilhos de dados clicando em Exportar e, em seguida, em Marcadores. Nomeie os arquivos a serem exportados selecionando um formato T-X-T.Em seguida, inicie o MAT lab e clique em Set Path para adicionar o caminho das pastas da saída de campo. Calcule a potência espectral do LFP para os canais de interesse especificando, primeiro, no script um, o caminho e o nome dos arquivos de EEG e LFP e executando esse script para gerar um arquivo com a estrutura de dados exigida pelo script dois. Em segundo lugar, execute o script dois após especificar os parâmetros de análise espectral, como método espectral, frequência, intervalo de tempo de interesse e correção da linha de base, e os parâmetros estatísticos, como tipo de análise e valor de P.Em seguida, calcule a coerência entre os sinais cerebrais subcorticais e corticais executando o script três, não antes de especificar o comprimento do segmento, a porcentagem de sobreposição, a frequência de interesse e o tipo de análise. Por fim, calcule o acoplamento de fase e amplitude entre frequências executando a implementação de software disponível como arquivo suplementar na referência exibida aqui. Este protocolo avaliou funções cognitivas emocionais no tálamo durante o paradigma mostrado aqui.Com estímulos de fala neutra não direcionada e fala direcionada familiar. Aqui, a modulação sincronizada ao estímulo da atividade oscilatória no tálamo central revelou um aumento na potência beta no hemisfério direito durante o primeiro segundo, ao contrastar as condições de fala não direcionada neutra versus fala direcionada familiar. A análise da alteração de potência correspondente ao LFP dois três revelou um aumento inicial na banda beta dentro do primeiro segundo, bem como uma modulação tardia dos dados.Além disso, foi revelado um aumento significativo na faixa de theta durante a condição de endereçamento familiar, entre quatro e seis vírgula cinco hertz, e no período de tempo de dois vírgula seis a dois vírgula oito segundos no potencial de campo local dois três. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em uma hora, se for executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que a resolução espacial dos registros fornecidos por esta técnica está no nível dos potenciais de campo locais e de EEG.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como realizar gravações neurofisiológicas combinadas invasivas e não invasivas em humanos para avaliar funções cognitivas e emocionais.

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Research

JoVE Journal

Behavior

Comportamento

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

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Investigações Multiescala de Processamento Cortical Integrando Politrodos Laminares e Optogenética com Microeletrocorticografia em Roedores

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Combinadas Funções Invasiva subcorticais e Superfície Non-invasive neurofisiológica Gravações de Avaliação da cognitivos e emocionais em humanos

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