Комбинированные инвазивной Подкорковые и неинвазивный поверхности нейрофизиологической Записи для оценки когнитивных и эмоциональных функций у человека

Общая цель данной процедуры заключается в оценке когнитивных и эмоциональных функций взаимодействующих структур мозга посредством одновременной регистрации сигналов как из глубоких, так и из поверхностных нейронных источников. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы нейрофизиологии человека, такие как взаимосвязь между паттернами активности мозга и его функциями, особенно в отношении глубоко расположенных, труднодоступных областей мозга.

Основным преимуществом данного метода является использование системы глубокой стимуляции мозга у пациентов для получения данных в режиме реального времени о работе корковых и подкорковых структур человека во время выполнения когнитивных и эмоциональных задач. Этапы записи в данном разделе сосредоточены на пациенте с двигательным расстройством, выполняющем фланкер-тест. Однако этапы анализа в следующем разделе посвящены пациенту с хроническим расстройством сознания, слушающему когнитивно-эмоциональную речевую парадигму.

Начните с установки оборудования для электроэнцефалографии (ЭЭГ) в процедурной комнате. Подключите компьютер для записи к системе ЭЭГ и запустите программное обеспечение для регистрации ЭЭГ. Нажмите «File» (Файл), затем «New Workspace» (Новое рабочее пространство), чтобы определить параметры рабочего пространства в программе, указав частоту дискретизации 5 kHz, нижнюю и верхнюю частоты среза, каналы ЭЭГ в соответствии с международной системой 10-20, а также каналы локального полевого потенциала (LFP).

Нажмите Monitor, чтобы убедиться, что указанные каналы настроены для записи. Затем подготовьте компьютер для подачи стимулов и проверьте соединение с параллельным портом системы ЭЭГ. Запустите программное обеспечение для стимуляции.

Нажмите Run, чтобы проверить функциональность парадигмы на компьютерном мониторе. Убедитесь, что триггеры с компьютера стимуляции передаются в систему регистрации, проверяя их появление в программном обеспечении для регистрации ЭЭГ во время предъявления стимулов, а также во время ответа испытуемого. Отметьте вершину головы пациента как точку посередине между назионом и инионом, используя маркер для кожи.

Затем отметьте выбранные позиции электродов ЭЭГ в соответствии с системой 10-20. Очистите каждое выбранное место с помощью салфетки с изопропиловым спиртом и абразивной пасты. После этого закрепите поверхностные электроды ЭЭГ на коже головы.

В качестве альтернативы, в зависимости от ограничений по пространству, можно использовать многоканальную ЭЭГ-сетку. Другим высокотехнологичным методом оценки поверхностной активности мозга может стать магнитоэнцефалография, или МЭГ. Подключите перкутанный удлинительный кабель от электродов для глубокой стимуляции мозга, или DBS, к внешнему разъему кабеля.

Подключите каждый электрод, идущий от внешнего кабельного разъема, к блоку управления ЭЭГ в соответствии со схемой регистрации ЭЭГ. Подключите электроды для скальпа к блоку управления ЭЭГ. Затем проинструктируйте пациента по выполнению фланкер-теста.

Убедитесь, что пациенту удобно, и сообщите ему, что он может прекратить эксперимент в любой момент при возникновении дискомфорта. Нажмите Run в программном обеспечении для подачи стимулов, чтобы пациент мог видеть парадигму на мониторе. Проведите с пациентом тренировочную сессию до тех пор, пока он не освоит выполнение задания.

Наконец, начните одновременную запись субкортикального LFP и кортикальной ЭЭГ активности мозга, пока пациент выполняет тест Фланкера. Начните с открытия программного обеспечения для анализа ЭЭГ. Нажмите New, чтобы визуализировать записанные данные парадигмы эмоционально-когнитивной речи, указав пути к папкам и имя данных.

Нажмите «Edit Channels», чтобы выбрать интересующие вас каналы. Затем нажмите «Channel Preprocessing», а затем «New Reference», чтобы заново задать опорные электроды для соседних контактов DBS; это создаст виртуальный биполярный контекст для левого и правого полушарий. Нажмите «Raw Data Inspection», чтобы проверить данные на наличие физиологических артефактов и помех оборудования, уделяя особое внимание моторному тремору и техническим искажениям.

Отметьте сегменты, в которых присутствуют артефакты. Затем нажмите Data Filtering, а затем IIR Filters, чтобы задать режекторный фильтр и выбрать фазово-нейтральные фильтры Баттерворта, указав параметры нижней и верхней частот среза. Нажмите Change Sampling Rate, чтобы понизить частоту дискретизации записываемых сигналов до заданного значения, и укажите тип интерполяции.

Экспортируйте интересующие вас биполярные каналы, нажав Export, а затем Generic Data. Экспорт данных запускается нажатием Export, а затем Markers. Присвойте имена экспортируемым файлам, выбрав формат T-X-T.

Затем запустите MATLAB и нажмите Set Path, чтобы добавить путь к папкам с данными полевого выезда. Рассчитайте спектральную мощность LFP для интересующих каналов: сначала укажите в первом скрипте путь и имена файлов ЭЭГ и LFP, а затем запустите этот скрипт для создания файла со структурой данных, необходимой для второго скрипта. Во-вторых, запустите второй скрипт, предварительно указав параметры спектрального анализа, такие как метод спектрального анализа, частота, интересующий временной интервал и коррекция базовой линии, а также статистические параметры, такие как тип анализа и значение P.

Затем рассчитайте когерентность между субкортикальными и кортикальными сигналами мозга, запустив третий скрипт, предварительно указав длину сегмента, процент перекрытия, интересующие частоты и тип анализа. В завершение рассчитайте кросс-частотную фазо-амплитудную связь, используя программную реализацию, доступную в качестве дополнительного файла в источнике, указанном здесь. Данный протокол позволил оценить эмоционально-когнитивные функции таламуса при использовании парадигмы, показанной здесь.

При использовании стимулов в виде нейтральной речи без обращения и речи с обращением к знакомому лицу. В данном случае модуляция осцилляторной активности в центральном таламусе, привязанная к стимулу, выявила увеличение мощности бета-ритма в правом полушарии в течение первой секунды при сравнении условий нейтрального обращения и обращения к знакомому лицу. Анализ изменения мощности, соответствующий LFP two three, выявил раннее увеличение бета-активности в течение первой секунды, а также позднюю модуляцию данных.

Кроме того, в условии знакомого адресования на LFP 23 было выявлено значительное увеличение тета-активности в диапазоне от 4 до 6,5 Гц и в интервале времени от 2,6 до 2,8 с. После освоения эта методика может быть выполнена за один час при условии ее правильного проведения. При выполнении данной процедуры важно помнить, что пространственное разрешение записей, обеспечиваемое этим методом, находится на уровне локальных полевых потенциалов и ЭЭГ.

После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как проводить комбинированную инвазивную и неинвазивную нейрофизиологическую регистрацию у людей для оценки когнитивных и эмоциональных функций.