Исследование функции Deep корковых и подкорковых структур с использованием Стереотаксическая Электроэнцефалография: Уроки от коры передней части поясной извилины

Общая цель данной процедуры заключается в регистрации электрофизиологических сигналов из глубоких структур головного мозга. Для этого сначала электроды устанавливаются в целевые области интереса. Затем у постели пациента настраивается установка для сбора данных, а на заключительном этапе пациенту дают инструкции по выполнению простого когнитивного задания.

Электрофизиологические сигналы регистрируются с помощью электродов во время выполнения пациентом задания. В конечном итоге используется мультитейперный спектральный анализ для демонстрации различий в активности локального полевого потенциала в дорсальной части передней поясной коры в зависимости от сложности когнитивной задачи. Преимущество стерео-ЭЭГ перед другими методами регистрации, такими как имплантация субдуральных сеток, заключается в том, что стерео-ЭЭГ обеспечивает доступ к глубоким структурам головного мозга.

Это дает клиническое преимущество в тех случаях, когда считается, что приступы могут исходить из этих глубоких структур, а также открывает новые возможности для исследований, поскольку обеспечивает доступ к областям мозга, которые иначе недоступны. Кроме того, критически важным является отбор пациентов, так как данный метод особенно подходит для локализации приступов, исходящих из глубоких корковых и подкорковых структур. Подобные записи могут помочь ответить на ключевые вопросы в области эпилептологии, например, где именно начинаются приступы?

Куда распространяются судорожные приступы и как нам картировать эти области? Используя стандартные методы ЭЭГ. Хотя этот метод может дать представление об эпилепсии и происхождении приступов, мы также можем применять его к другим аспектам нейронаук, таким как когнитивные функции, память и социальное восприятие. Как правило, люди, только начинающие осваивать этот метод, сталкиваются с трудностями на этапе сбора данных, поскольку регистрация электрофизиологических сигналов может быть сложным процессом.

После проведения КТ верните пациента в операционную и подготовьте операционное поле в соответствии со стандартными методами стерилизации. Затем, используя распечатанные стереотаксические координаты, полученные в результате сканирования, установите координаты для первого глубинного электрода на головной раме в латерально-вертикальной и передне-задней плоскостях. Координаты проверяются и, при необходимости, корректируются вторым хирургом. С помощью компьютерной рабочей станции в операционной используйте направляющий блок для определения места введения в кожу и отметьте эту позицию маркировочным маркером.

Введите от одного до двух миллилитров местного анестетика в область отмеченного разреза. Затем с помощью скальпеля № 11 сделайте надрез по метке до самого черепа, после чего примените монополярный коагулятор с изолированным наконечником для прижигания дермы и глубоких тканей, используя направляющий блок. Для соблюдения правильной траектории просверлите отверстие, используя спиральное сверло диаметром 2.1 мм и ручную электрическую дрель.

Раскройте твердую оболочку с помощью монополярного коагулятора под контролем жесткого покрытого операторского зонда, продолжая направлять траекторию с помощью направляющего блока. Вкрутите анкерный болт в отверстие и введите предварительно отмеренный стилет-зонд через анкерный болт, чтобы создать канал для электрода. Затем осторожно продвиньте электрод на предварительно рассчитанную глубину, затянув колпачок анкерного болта для фиксации электрода после его установки.

Чтобы обеспечить правильную траекторию размещения всех электродов, введите стерильно задрапированный флюороскоп в операционное поле и получите флюороскопический снимок в передне-задней проекции. Затем подключите электроды к клинической системе ЭЭГ для проверки соответствующих значений импеданса. Наложите повязку.

Снимите стереотаксическую головную раму и выведите пациента из состояния анестезии. Для настройки поведенческого теста откройте соответствующее программное обеспечение и выберите файл условий, предназначенный для проведения теста на многоисточниковый интерференционный эффект. Чтобы включить все четыре типа проб с равной частотой, нажмите кнопку «set conditions» (установить условия), чтобы выбрать нужный файл условий.

Затем нажмите «test» в окне дисплея, чтобы проверить монитор поведенческого отображения. Тестовый визуальный стимул должен появиться на два-три секунды. После этого подключите блок кнопок к аналоговым входам платы сбора данных и к источнику питания.

Используйте шлейф, разделенный на девять лент, чтобы подключить восемь из них к портам с нулевого по седьмой в секции цифрового ввода-вывода (IO) платы сбора данных. Девятую ленту подключите к нулевому порту в секции цифрового интерфейса PFI той же платы. Затем установите желаемую частоту дискретизации в программном обеспечении процессора нейронных сигналов.

Например, в данном случае желаемая частота дискретизации установлена на уровне 50 000 выборок в секунду с онлайн-фильтрацией псевдочастот и понижением частоты дискретизации до 1000 выборок в секунду. Завершите настройку, подключив усилитель к процессору нейронных сигналов с помощью оптоволоконного кабеля, а процессор нейронных сигналов — к потоковому передатчику данных и оптической плате PCI в компьютере для сбора нейронных данных также с помощью оптоволоконного кабеля. Ключом к успешному сбору данных является проверка системы обработки сигналов перед входом в палату пациента, чтобы запись могла проходить бесперебойно.

Когда поведенческий монитор будет готов, переместите исследовательскую установку в палату пациента, установив монитор перед пациентом на переносной стол. Подключите монитор к компьютеру управления поведением с помощью стандартного кабеля DVI и разместите записывающее устройство в незаметном месте.

Затем подключите исследовательскую систему к разветвителю, который отделяет запись исследовательских данных от клинической системы. После этого передайте блок с кнопками пациенту и проинструктируйте его определять цель, нажимая соответствующую кнопку. В завершение нажмите «запуск» (run) для начала выполнения задания и позвольте пациенту завершить два блока по 150 испытаний в каждом, используя программное обеспечение процессора нейронных сигналов для управления параметрами записи.

После того как пациент был отобран для стереотаксической установки ЭЭГ-электродов, проводится волюметрическая МРТ в режимах T2 и T1 с контрастным усилением. Затем, используя стереотаксическую навигацию по волюметрическим МРТ-последовательностям, планируются траектории установки стереотаксических ЭЭГ-электродов. Данная методика облегчает сбор локальных полевых потенциалов из структур, расположенных глубоко в коре, таких как дорсальная часть передней поясной коры, показанная здесь, что было бы невозможно при типичной установке поверхностных электродов.

После проведения достаточного количества проб в задаче с многоисточниковой интерференцией данные локального полевого потенциала с электродов стереотаксической ЭЭГ в дорсальной части передней поясной коры проходят предварительную обработку для синхронизации данных локального полевого потенциала с предъявлением Q для дальнейшего анализа. Кроме того, после синхронизации данные локального полевого потенциала можно усреднить для изучения изменений среднего электрофизиологического ответа между типами проб. Впоследствии строятся мультитейперные спектрограммы для исследования изменений в частотных диапазонах с течением времени.

Действительно, исследования ЭЭГ скальпа показали участие различных частотных диапазонов в активности, наблюдаемой в дорсальной части передней поясной коры. Частотно-временной анализ является важным методом для установления связи между электрофизиологическими изменениями в дорсальной части передней поясной коры и соответствующим поведением. После освоения метода процедура занимает около двух-трех часов и сопровождается минимальными осложнениями.

При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости адаптации когнитивной задачи к регистрируемой области коры или подкорковых структур. После завершения этой процедуры можно применить другие методы анализа данных, такие как частотно-временной анализ. Это позволяет разграничить эффекты различных типов нейронных осцилляций в разные моменты времени.

После просмотра этого видео вы должны будете хорошо понимать, как регистрировать электрофизиологические сигналы из глубоких структур мозга с помощью стереотаксически установленных электродов и системы сбора данных.