Summary
हम अनुसंधान प्रयोजनों के लिए मनुष्य जो आक्रामक मिर्गी की निगरानी के दौर से गुजर रहे हैं से electrocorticographic संकेतों को इकट्ठा करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं. हम बताते हैं कि कैसे डेटा संग्रह, सिग्नल प्रोसेसिंग और प्रोत्साहन प्रस्तुति के लिए BCI2000 सॉफ्टवेयर मंच का उपयोग करने के लिए. विशेष रूप से, हम SIGFRIED, BCI2000 आधारित वास्तविक समय कार्यात्मक ब्रेन मैपिंग के लिए एक उपकरण प्रदर्शित करता है.
Protocol
1. इलेक्ट्रोड स्थानीयकरण
- टुकड़ा प्रति 256 x 256 पिक्सल, दृश्य का पूरा क्षेत्र, कोई प्रक्षेप, 1 मिमी टुकड़ा चौड़ाई, अधिमानतः बाण के समान है वर्गों: एक पूर्व ऑपरेटिव T1 भारित रोगी के सिर के संरचनात्मक (1.5T या 3T) एमआरआई लीजिए.
- ग्रिड और स्ट्रिप्स के शल्य आरोपण का निरीक्षण करते हैं. प्रत्यारोपित ग्रिड और स्ट्रिप्स के स्थानों पर बगल में इलेक्ट्रोड के डिजिटल फोटो और न्यूरोसर्जन नोट्स ले लीजिए.
- पोस्ट ऑपरेटिव खोपड़ी एक्स - रे छवियों और उच्च संकल्प में मस्तिष्क सीटी स्कैन (1 मिमी टुकड़ा चौड़ाई, त्वचा के लिए त्वचा, कोई कोण) ले लीजिए.
- एक तीन आयामी के बाद ग्रिड आरोपण सीटी छवियों के साथ पूर्व ऑपरेटिव एमआरआई, और यह सह रजिस्टर का उपयोग रोगी के मस्तिष्क के cortical मॉडल बनाएँ. हम इस उद्देश्य के लिए करी सॉफ्टवेयर पैकेज का उपयोग करते हैं, और 3 डी cortical संरचना निर्यात और इलेक्ट्रोड MATLAB के प्रारूप में निर्देशांक. MATLAB से, हम एक फिल्म है कि मस्तिष्क पर मैप इलेक्ट्रोड से पता चलता है निर्यात. हम भी हूँएपी इलेक्ट्रोड मानक Brodmann एक स्वचालित Talairach एटलस का उपयोग क्षेत्रों के लिए निर्देशांक.
- 3D मॉडल से, एक्स - रे चित्र, तस्वीरें, और नोट्स में जानकारी की समीक्षा करें. इलेक्ट्रोड, और अस्पताल के तकनीशियनों के साथ काम करने के लिए सुनिश्चित करें कि इलेक्ट्रोड अलगानेवाला बक्से में यह वास्तव में क्रमांकन के बाद समझौता कर रहे हैं के लिए एक नंबर योजना को अंतिम रूप देने. इसके अलावा दो आयामों, जैसे कि सभी इलेक्ट्रोड पदों अतिव्यापी बिना स्पष्ट रूप से प्रतिष्ठित किया जा सकता है में इलेक्ट्रोड की साजिश रचने के लिए एक योजनाबद्ध लेआउट बनाते हैं. यदि आप चलाने के SIGFRIED (अनुभाग 4 देखें) जा रहे हैं, ElectrodeLocations पैरामीटर द्वारा आवश्यक प्रारूप में एक BCI2000 पैरामीटर टुकड़ा के रूप में इन दो आयामी निर्देशांक, को बचाने के. "मूक" यानी, अंत में, दो इलेक्ट्रोड स्थानों है कि लिए electrocorticographically होने की संभावना हैं का चयन वे सुवक्ता प्रांतस्था माना पास, नहीं कर रहे हैं के लिए एक प्रारंभिक जमीन और संदर्भ के रूप में उपयोग (पट्टी नीला कुर्सियां के संदर्भ द्वारा g.USBamps तैयार, और जमीनप्रत्येक इकाई के चरम सही पर पीला, कुर्सियां).
2. हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर सेटअप
- सुनिश्चित करें कि कंप्यूटर विनिर्देशों के प्रयोग के प्रसंस्करण आवश्यकताओं से निपटने के लिए पर्याप्त हैं. एक मल्टी कोर प्रोसेसर की संभावना वास्तविक समय डाटा अधिग्रहण और प्रसंस्करण, वीडियो रिकॉर्डिंग, और अन्य आवश्यक कार्यों की मांगों को समायोजित करने के लिए आवश्यक हो जाएगा. रिकॉर्डिंग और 1200 हर्ट्ज पर 128 चैनल के वास्तविक समय विश्लेषण के लिए, हम राम की 4 जीबी के साथ एक 3 गीगा Quad-कोर मशीन का उपयोग करें. एम्पलीफायरों एक समर्पित USB नियंत्रक, नियंत्रक (ओं) को बाह्य ड्राइव और कैमरे (इस प्रणाली डिवाइस प्रबंधक के माध्यम से सत्यापित किया जा सकता है) के रूप में अन्य बैंडविड्थ की भूख बाह्य उपकरणों, के द्वारा प्रयोग किया जाता से अलग करने के लिए जोड़ा जाना चाहिए. अंत में, वहाँ पर्याप्त डिस्क के लिए प्रयोगात्मक डेटा की दूसरी प्रति 5 एमबी अंतरिक्ष की दुकान, और संग्रह और इसे समर्थन करने के लिए एक सिस्टम होना चाहिए.
- अनुसंधान उपकरण (एम्पलीफायरों, कंप्यूटर, experimenter के स्क्रीन, keybo सेटअर्द, स्पीकर, माइक्रोफोन, और एक एक ट्राली, जो रोगी के कमरे से जल्दी से किया जा सकता है में और बाहर लुढ़का हुआ है, केवल एक ही शक्ति कॉर्ड के साथ दीवार में प्लग पर कैमरा). कमरे से कमरे में कंप्यूटर चाल, सीतनिद्रा में होना अनप्लगिंग से पहले समारोह का उपयोग करें. रोगी वीडियो स्क्रीन एक अलग ट्रे मेज या मॉनिटर हाथ पर होना चाहिए. यह देखते हुए कि रोगी दौरे के लिए प्रवण है, सुनिश्चित करें कि सभी उपकरणों के रास्ते से बाहर हो सकता है जल्दी से लुढ़का चिकित्सा कर्मियों के मामले में मरीज को तत्काल पहुँच की आवश्यकता है. उपकरण भी एंटीसेप्टिक वाइप्स के साथ पहले और बाद में मरीज के कमरे में उपयोग कीटाणुरहित किया जाना चाहिए.
- मरीज के साथ समय सीमित है, और सभी प्रक्रियाओं को और मजबूत करने के लिए उस समय का सबसे अच्छा उपयोग करने के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता है. इस संबंध में लचीलापन और BCI2000 की मजबूती अमूल्य विशेषताएं हैं. सुनिश्चित करें कि प्रयोगों एक बटन के स्पर्श में शुरू किया जा सकता है. BCI2000 के मामले में, एक बैच फ़ाइल का उपयोग करने का सही संयोजन का शुभारंभBCI2000 स्वचालित रूप से आवश्यक आदेश - पंक्ति विकल्पों के साथ मॉड्यूल,. ऑपरेटर और gUSBampSource मॉड्यूल की आवश्यकता है, कर रहे हैं और अपने विशेष प्रयोग के लिए उपयुक्त SignalProcessing आवेदन मॉड्यूल के साथ. है BCI2000 संचालक स्क्रीप्टिंग सुविधा का उपयोग करने के लिए सुनिश्चित करें कि किसी भी है कि इस मरीज के लिए विशिष्ट हैं इलेक्ट्रोड और उनके नाम और पदों की संख्या के रूप में, स्वतः सहित सभी आवश्यक पैरामीटर फाइल लोड कर रहे हैं. इस स्वचालन के उद्देश्य के लिए प्रयोगकर्ता के द्वारा मैनुअल के चरणों की संख्या, और इस प्रकार की त्रुटि के लिए अवसर कम से कम है. सॉफ्टवेयर और इसके मापदंडों को अंतिम रूप दिया गया है और आरोपण से पहले कम से कम एक या दो सप्ताह के परीक्षण की जरूरत है (शायद एक ईईजी विषय के साथ). यह भी उच्च प्रदर्शन के लिए एक "सूखा" पहली प्रायोगिक सत्र के पहले दिन सभी नए रोगी विशेष के मापदंडों सहित चलाने के उचित है.
3. प्रायोगिक सत्र सेट अप
- अपने पल के लिए चुनेंप्रयोगात्मक रिकॉर्डिंग रोगी के लिए सुझाव है, उन्हें दिन में पहले नोटिस दे, और फिर 15 मिनट पहले कि आप शुरू करते हैं. आगंतुकों, भोजन, naps, चिकित्सा प्रक्रियाओं, और रोगी की शारीरिक, भावनात्मक और संज्ञानात्मक राज्य के आसपास काम करते हैं. यह मंजिल पर चिकित्सा कर्मियों के साथ एक संबंध स्थापित करने के लिए, और रिकॉर्डिंग के समय अवधि के अनुकूलन में मदद करने के लिए महत्वपूर्ण है.
- जगह में व्हील उपकरण, बिजली के आउटलेट से कनेक्ट करने के लिए, विषय के वीडियो स्क्रीन पर बारी और यह कंप्यूटर से कनेक्ट करने के लिए, और कंप्यूटर संयुक्त राष्ट्र सीतनिद्रा में होना.
- BCI2000 लॉन्च. साथ VisualizeSource पैरामीटर सक्षम, विन्यास सेट को दबाएं. संकेत दर्शक को खोलता है, दे आप ECOG संकेत गुणवत्ता का आकलन है. दर्शक पर राइट - क्लिक करें और एक 5 हर्ट्ज cutoff के लिए उच्च पास फिल्टर सेट. (इस फिल्टर सेटिंग केवल दृश्य प्रभावित होगा, और डेटा का संग्रह नहीं है.)
- विद्युत लाइन शोर से हस्तक्षेप के लिए जाँच करें: दर्शक में एक पायदान फिल्टर सक्रिय (50 हर्ट्ज या 60 हर्ट्ज पर,जो आप देश में हैं पर निर्भर करता है) संकेत करने के लिए एक बड़ा फर्क पड़ता है? यदि हां, तो किसी भी अप्रयुक्त पार से बात कर तारों को हटाने, या बिजली के हस्तक्षेप के अन्य स्रोतों की पहचान करने और हटाने के द्वारा कम करने की कोशिश. संदर्भ और यदि आवश्यक हो तो जमीन के लिए इस्तेमाल किया इलेक्ट्रोड बदलें.
- यदि आप एक आंख पर नजर रखने का उपयोग कर रहे हैं, यह जांचना अंशांकन सॉफ्टवेयर निर्माता द्वारा प्रदान का उपयोग कर. स्रोत मॉड्यूल BCI2000 EyetrackerLogger शामिल विस्तार के साथ संकलित किया जाना चाहिए, और साथ शुरू किया जाना चाहिए - LogEyetracker = 1 ध्वज सक्षम है, ताकि आँख ट्रैकिंग डेटा ECOG संकेत के साथ एक समय होनेवाला बनाना में प्राप्त किया जा सकता है.
- Distractions और रुकावट से बचने के लिए, और संभव संकेत हस्तक्षेप को कम करने के लिए, यह सुनिश्चित करें कि टीवी, रेडियो और मोबाइल फोन बंद कर दिया है.
- रोगी के प्रयोग आप को चलाने के बारे में कर रहे हैं के लिए सटीक निर्देश दे. विषय कार्य पर निर्भर करता है, पावरपोइंट स्लाइड है कि कार्य दिखाने के लिए तैयार है, सुझाव दिया मुद्रा, आदि, उपयोगी साबित हो सकता है. प्रेस संचालक पर शुरू करने के लिए प्रयोग शुरू. हर बार जब आप प्रेस को प्रारंभ या पुनरारंभ, एक नई फ़ाइल के लिए पिछले डेटा अधिलेखित करने से बचने के लिए बनाया जाएगा, और फ़ाइल के सभी पैरामीटर मान की एक प्रति के साथ प्रारंभ किया जाएगा. कच्चा डेटा फ़ाइल को फिर स्वतः ही streamed जा, घटना मार्कर के साथ साथ, जब तक आप निलंबित या प्रयोगात्मक चलाने खत्म दबाएँ.
- सत्र के दौरान, रोगी के व्यवहार और संदिग्ध बरामदगी के लिए ECOG संकेतों पर नजर रखने, और मेडिकल स्टाफ के निर्देशों के जवाब के लिए तैयार हो.
4. उदाहरण प्रायोगिक सत्र: BCI2000 साथ SIGFRIED क्लीनिकल मानचित्रण
- तैयारी: पहले सत्र शुरू होता है, तो आप एक model.ini फ़ाइल है कि संकेत प्रसंस्करण सेटिंग्स SIGFRIED के लिए एक मॉडल का निर्माण करने के लिए उपयोग होता है तैयार करने की जरूरत है, और एक फ़ाइल PRM (या अलग टुकड़े PRM.) BCI2000 पैरामीटर है कि युक्त. SigfriedSigProc मॉड्यूलवास्तविक समय दृश्य के लिए उपयोग होगा. दो कुंजी पैरामीटर ElectrodeLocations के हैं, 2 - डी लेआउट आप इस मरीज की विशेष इलेक्ट्रोड, और ElectrodeCondition, जो निर्दिष्ट करता है जो विभिन्न कार्यों जिन स्थितियों में मैप किया जाएगा के लिए चुना है निर्दिष्ट. इस उदाहरण में, हम मरीज को निर्देश संवाद स्थापित करने के लिए सरल StimulusPresentation मॉड्यूल का उपयोग कर रहे हैं, तो उत्तेजनाओं पैरामीटर भी काम हम चलाने के लिए इरादा करने के लिए अनुकूलित किया जाना चाहिए.
- आधारभूत चरण: gUSBampSource DummySignalProcessing, और StimulusPresentationTask के मॉड्यूल, 1200Hz पर ग्रिड और स्ट्रिप्स से नमूना ECOG गतिविधि करने के लिए कॉन्फ़िगर प्रारंभ, 0.1 हर्ट्ज पर उच्च पास फ़िल्टर. विषय आज्ञा आराम करने और खुली आँखों के साथ स्थिर रहना. रिकॉर्ड आधारभूत गतिविधि के एक शांत वातावरण में आराम से रोशनी के तहत 6 मिनट.
- मॉडलिंग कदम: आरंभ data2model_gui उपकरण और 5 हर्ट्ज fr डिब्बे में सुविधाओं निकालओम 70-110 हर्ट्ज हर 500 एमएस डेटा के लिए अधिकतम एंट्रोपी विधि का उपयोग कर. प्रेस गाऊसी मिश्रण का उपयोग करते हुए चयनित वर्णक्रमीय सुविधाओं के एक संभाव्य मॉडल का निर्माण करने के लिए मॉडल बनाएँ.
- मानचित्रण चरण: gUSBampSource, SigfriedSigProcLAVA और StimulusPresentationTask मॉड्यूल शुरू करें और कॉन्फ़िगर करने के लिए संभाव्य मॉडल लोड ऑपरेटर, cortical मॉडल, और 2 और 3 आयामी इलेक्ट्रोड निर्देशांक. विषय निर्देश के बाद, मानचित्रण प्रक्रिया शुरू करते हैं. इस प्रक्रिया में, एक विषय के 5 repetitions के प्रत्येक पर 10 सेकंड के लिए एक समय में प्रत्येक कार्य प्रदर्शन करेंगे,. और सुवक्ता प्रांतस्था के 3 आयामी नक्शे प्रत्येक कार्य के दौरान, SIGFRIED कार्य से संबंधित ECOG गतिविधि है कि दो लगातार अद्यतन में प्रस्तुत किया जाता है का पता लगाता है. 2 - आयामी नक्शे में, आकार और प्रत्येक चक्र की लालिमा इस विशेष कार्य में इसके महत्व का प्रतिनिधित्व करता है. विशेष रूप से, प्रत्येक चक्र का आकार गामा बा में कुल संकेत विचरण के अंश के लिए आनुपातिक हैकि एन डी के लिए काम से जिम्मेदार है. इससे पता चलता है दृढ़ संकल्प का गुणांक, या r 2 के रूप में जाना जाता है. यह रेंज (0,1) में है और वर्तमान सेटअप में 0.1 के मूल्य आम तौर पर महत्वपूर्ण माना जा सकता है. हलकों का अधिकतम आर 2 मूल्यों स्केलिंग स्लाइडर्स (चित्र 1C देखें) का उपयोग करते हुए नियंत्रित किया जा सकता है. 3 आयामी नक्शे में, आर 2 मूल्यों वृत्त आकार के बजाय अलग अलग रंग के लिए मैप किया जाता है.
5. प्रतिनिधि परिणाम
चित्रा 1 प्रतिनिधि परिणाम एक रोगी में एक SIGFRIED मानचित्रण सत्र से पता चलता है. रोगी एक 28 वर्षीय महिला दाएँ हाथ के जो बाएं अस्थायी माध्यमिक सामान्यीकरण के साथ शुरुआत की असभ्य स्थानीयकरण से संबंधित मिर्गी था. 120 electrocorticographic इलेक्ट्रोड subdurally बाईं ललाट, पार्श्विका और टेम्पोरल प्रांतस्था पर प्रत्यारोपित किया गया. पार्श्व (पैनल ए) एक्स - रे और एक तस्वीर अंतर ऑपरेटिव (पैनल बी) को दर्शाती है40 इलेक्ट्रोड, एक उच्च घनत्व 68 इलेक्ट्रोड के साथ अस्थायी ग्रिड, और 4 इलेक्ट्रोड के तीन प्रत्येक स्ट्रिप्स के साथ एक ललाट ग्रिड का विन्यास. दर्ज की बरामदगी से, एक न्यूरोलॉजिस्ट मिरगी foci स्थानीयकृत और निर्धारित किया है कि यह आवश्यक था बाएं टेम्पोरल लोब की शल्य लकीर प्रदर्शन करते हुए सुवक्ता भाषा प्रांतस्था बख्शते. यह सफलतापूर्वक किया गया था: 8 के बाद लकीर महीने में रोगी जब्ती मुफ्त के रूप में और स्नायविक घाटे बिना किया गया मूल्यांकन किया गया है. निष्क्रिय मानचित्रण प्रक्रिया की पहचान की भाषा समारोह में शामिल सुन कार्य के दौरान कार्य से संबंधित परिवर्तन विषम द्वारा प्रांतस्था SIGFRIED. एक 2 - आयामी इंटरफेस (पैनल सी), जो इलेक्ट्रोड लेआउट स्पष्ट करता है और एक 3 - आयामी शरीर - विज्ञान की दृष्टि से सही अंतरफलक (पैनल डी) का परिणाम: दो इंटरफेस में प्रस्तुत किए गए. बाएँ से सही पैनल बोली जाने वाली भाषा बनाम आधारभूत (आवाज) के लिए सुन, बनाम आधारभूत (टन) टन सुन, और बोली जाने वाली भाषा बनाम फूल को सुनने के विपरीत(भाषा) टन के tening. इनमें से पिछले श्रवण समारोह है कि ग्रहणशील भाषा के लिए विशिष्ट है की किसी न किसी चित्र के रूप में शामिल है. आवाज हालत के परिणामों स्थानों पर इस मरीज में ग्रहणशील भाषा समारोह बाधित ईसीएस (एक पैनल में पीले हलकों के रूप में चिह्नित) के साथ अच्छा समझौता दिखाया.
चित्रा 1 एक रोगी से उदाहरण परिणाम. पैनल एक पार्श्व एक्स - रे से पता चलता है. पीला हलकों ग्रहणशील भाषा में फंसा इलेक्ट्रोड, के रूप में बाद में electrocortical उत्तेजना मानचित्रण द्वारा की पहचान के निशान. पैनल बी आरोपण के दौरान ली गई तस्वीर है. पैनल सी एक योजनाबद्ध लेआउट द्वि - आयामी में SIGFRIED मानचित्रण परिणाम से पता चलता है: आकार और प्रत्येक डिस्क की लालिमा कार्य, आधारभूत की तुलना में प्रत्येक इलेक्ट्रोड की भागीदारी के महत्व का प्रतिनिधित्व करता है. पैनल डी में एक ही आंकड़ा मस्तिष्क के तीन आयामी मॉडल Rende पर रंग करने के लिए मैप किया गया हैमरीज की एमआरआई से लाल.
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Discussion
अनुसंधान के लिए ECOG डेटा सभा एक उच्च बहु अनुशासनिक टीम के नैदानिक तंत्रिका विज्ञान, न्यूरोसर्जरी, बुनियादी तंत्रिका विज्ञान, कंप्यूटर विज्ञान और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में समस्याओं को सुलझाने के साथ चिकित्सकों और शोधकर्ताओं के बीच निकट सहयोग की आवश्यकता है. इनाम है कि ECOG संकेत है, और उच्च गामा आवृत्ति रेंज (70 110Hz) में विशेष amplitudes में अत्यधिक मूल्यवान हैं. इतना ही नहीं वे संज्ञानात्मक तंत्रिका संबद्ध में वैज्ञानिक अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं, संवेदी और मोटर दोनों एक उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प में 1-4 प्रक्रियाओं, लेकिन मस्तिष्क कंप्यूटर ECOG interfacing के अध्ययन में भी neuroprosthetic के लिए एक आधार के रूप में विधि महान वादा दिखाया 6,7,10 अनुप्रयोगों.
खुले स्रोत सॉफ्टवेयर BCI2000 8,9 मंच ECOG रिकॉर्डिंग और प्रसंस्करण ऐसे सभी अनुसंधान और इंजीनियरिंग के प्रयासों के लिए वास्तविक समय में डेटा, के लिए एक लचीला टूलकिट प्रदान करता है. एक विशेष वास्तविक समय अनुप्रयोग BCI20 पर आधारित00, 10 SIGFRIED, यह दर्शाता है कि ECOG रिकॉर्डिंग भी कार्यात्मक मानचित्रण के लिए मूल्यवान हैं, electrocortical उत्तेजना मानचित्रण का उपयोग कर व्युत्पन्न परिणाम के साथ पर्याप्त सहमति दिखा.
ECOG आधारित अनुसंधान में तेजी से बढ़ती रुचि के बावजूद, यह अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है. तिथि करने के लिए सभी ECOG अध्ययन की बड़ी संख्या को मानव मिर्गी रोगियों में हुई है, और इस प्रकार एक संदर्भ है कि अनुसंधान पर कई सीमाओं लगाता में आयोजित किया गया है: इलेक्ट्रोड नियुक्ति और अवधि नहीं है और नैदानिक अनुसंधान की जरूरत द्वारा परिभाषित कर रहे हैं, विषय है कि प्रत्यारोपण प्राप्त हो सकता है जहां इलेक्ट्रोड रखा जाता है क्षेत्र में विशेष रूप से atypical मस्तिष्क गतिविधि है, और अध्ययन इलेक्ट्रोड प्रौद्योगिकी है कि बायोमेडिकल इंजीनियरिंग (के बाद से इलेक्ट्रोड और उपकरणों नैदानिक इस्तेमाल के लिए एक लंबे समय अनुमोदन प्रक्रिया के माध्यम से चले गए हैं चाहिए) की धार के पीछे कई वर्षों का उपयोग करना चाहिए. हालांकि, के निरंतर विकास के साथ छोटी, उच्च संकल्प biocompatible है, और पूरी तरह से implantable ECOG प्रणाली, अगले कुछ वर्षों में निश्चित रूप से बुनियादी और लागू तंत्रिका विज्ञान में इस तकनीक का निरंतर दोनों मानव और पशु मॉडल में गोद लेने देखेंगे.
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Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
यह काम अमेरिकी सेना के रिसर्च (W911NF-07-1 0415-(जी एस), W911NF-08-1 0,216 (जी एस)) कार्यालय और NIH / NIBIB (EB006356 (जी एस) और EB00856 द्वारा समर्थित अनुदान द्वारा संभव बनाया गया था ( JRW और जी एस)). लेखकों शॉन ऑस्टिन SigfriedSigProcLAVA मॉड्यूल के लिए धन्यवाद, और संबंधित तकनीकी सहायता के लिए ग्रिफिन Milsap.
Materials
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References
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