Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

ביצוע משימות התנהגות בנושאים עם אלקטרודות תוך גולגולתי

Published: October 2, 2014 doi: 10.3791/51947
Automatic Translation
1, 1, 2, 1, 2, 2, 4, 4, 4, 1,3
1Department of Neurosciences, Cleveland Clinic Foundation, 2Epilepsy Center, Cleveland Clinic Foundation, 3Department of Neurosciences and Center for Neurological Restoration, Cleveland Clinic Foundation, 4Department of Biomedical Engineering, Johns Hopkins University

Summary

חולים מושתלים עם אלקטרודות תוך גולגולתי מספקים הזדמנות ייחודית להקלטת נתונים נוירולוגית ממספר האזורים במוח בזמן שהמטופל מבצע משימות התנהגותיות. כאן, אנו מציגים שיטה של ​​הקלטה מחולים מושתלים שיכול להיות לשחזור במוסדות אחרים עם גישה לאוכלוסיית חולים זו.

Abstract

לחולים שיש שתלי אלקטרודה סטריאו electroencephalography אלקטרודה (Seeg), רשת או עומק subdural רב של אלקטרודות מושתלות באזורים שונים של המוח שלהם ללוקליזציה של מוקד התפיסה ובאזורים רהוטים. לאחר השתלה, החולה חייב להישאר בבית החולים עד שהאזור פתולוגית של המוח נמצא, ואולי עבר כריתה. במהלך תקופה זו, חולים אלה מציעים הזדמנות ייחודית לקהילת המחקר כי כל מספר של פרדיגמות התנהגות יכול להתבצע לחשוף העצבי קושר שמדריך התנהגות. כאן אנו מציגים שיטת רישום פעילות מוח משתלים תוך גולגולתי כנתינים לבצע משימה התנהגותית שנועדה להעריך את קבלת החלטות וקידוד גמול. כל נתוני אלקטרו מאלקטרודות תוך גולגולתי נרשמים במהלך המשימה התנהגותית, המאפשרים הבדיקה של אזורי המוח הרבים המעורבים בפונקציה אחת בזמן הקשקשים רלוונטיים להתנהגות.יתר על כן, ו, חולים אנושיים יכולים ללמוד שלא כמו מחקרים בבעלי חיים במגוון רחב של משימות התנהגותיות במהירות, המאפשר את היכולת לבצע משימה אחת או יותר באותו הנושא או לבקרת ביצוע. למרות יתרונות הרבים של שיטה זו להבנת תפקוד מוח אנושי, יש גם מגבלות מתודולוגיות שאנו דנים, ובכלל זה גורמים סביבתיים, השפעות משכך כאבים, אילוצי זמן והקלטות מהרקמה חולה. שיטה זו עשויה להיות מיושמת בקלות על ידי כל מוסד שמבצע הערכות תוך גולגולתי; מתן ההזדמנות לבחון באופן ישיר את תפקוד מוח אנושי במהלך התנהגות.

Introduction

אפילפסיה היא אחת ההפרעות השכיחות ביותר במוח, המתאפיינת בהתקפים חוזרים ונשנים באופן כרוני כתוצאה מהתפרקויות חשמליות חריגות מקבוצות של תאי עצב. אפילפסיה משפיעה על 50 מיליון אנשים ברחבי העולם וכ 40% מכלל האנשים עם אפילפסיה יש התקפים סוררים שלא יכול לגמרי להיות נשלטו על ידי טיפול רפואי 1. ניתוח עלול לגרום למצב חופשי תפיסה אם אזורי המוח אחראים על הדור של התקפים (אזור epileptogenic - EZ) הם מקומיים ומוסר בניתוח או מנותק. על מנת להגדיר את המיקום האנטומי של EZ וקרבתו לאזורים בקליפת המוח רהוטים וקורטיקליים אפשריים, מערך של כלים לא פולשנית זמין: ניתוח semiology תפיסה, הקלטות וידאו-קרקפת electroencephalographic (ictal והקלטות interictal), בדיקה נוירופסיכולוגיים , מגנט (MEG) וMRI 2. כאשר הנתונים לא פולשנית אינם מספיקים כדי precisely להגדיר את המיקום של EZ היפותטי, כאשר יש חשד למעורבות המוקדמת של קליפת המוח הרהוט ואזורים קורטיקליים או כאשר קיימת האפשרות להתקפים רב מוקדי, ייתכן שיהיה צורך ניטור פולשני כרוני 3,4.

שיטות של ניטור פולשני כרוני להגדרת המיקום וגבולות של EZ עשוי לכלול רשתות subdural ורצועות, עם אלקטרודות המונחות על פני השטח של המוח, והמערכה סטריאו-electroencephalography (Seeg), כאשר אלקטרודות עומק רבות ממוקמות במוח בשלושה אופנה ממדית. הקלטות תוך גולגולתי subdural בתחילה דווחו ב1939 כאשר פנפילד ועמיתיו השתמשו באלקטרודות מגע יחידים אפידורל בחולה עם שבר זמני-הקודקודית שמאלי ישן וpneumoencephalography שייחשף ניוון מוחי מפוזר 5. בהמשך לכך, השימוש במערכי גריד subdural הפכו פופולריים יותר לאחר פרסומים רבים במהלך -1980 הפגינובטיחות ויעילות 6. שיטת Seeg פותחה ופופולרי בצרפת על ידי ז'אן Tailarach וז'אן Bancaud במהלך -50 וכבר משמשת בעיקר בצרפת ואיטליה כשיטת בחירה של מיפוי פולשנית באפילפסיה מוקד עקשן 7-9.

עיקרון Seeg מבוסס על מתאמי anatomo-אלקטרו קליני, אשר לוקח כעיקרון המרכזי שלה ארגון מרחב והזמן 3 ממדים של פריקת אפילפטי במוח במתאם עם semiology תפיסה. אסטרטגית ההשתלה היא אישית, עם מיקום האלקטרודה המבוססת על השערת preimplantation שלוקח בחשבון את הארגון העיקרי של פעילות epileptiform ורשת אפילפסיה היפותטי מעורבת בהתפשטות של התקפים. על פי כמה דיווחים בצפון אמריקה אירופה והאחרונים, מתודולוגיה Seeg מאפשרת הקלטות מדויקות ממבנים בקליפת המוח וקורטיקליים עמוקים, והנה לא רציפים מרוביםBES, וחקירות בין שתי המדינות, תוך הימנעות את הצורך בcraniotomies הגדול 10-15. לאחר מכן, תמונות לאחר ניתוח נלקחות כדי לקבל את העמדה האנטומי המדויקת של אלקטרודות מושתלות. בהמשך לכך, תקופת מעקב מתחיל שבחולים יישארו בבית החולים לתקופה של 1 עד 4 שבועות כדי לתעד את פעילות interictal וictal מאלקטרודות המושתלת. תקופת מעקב זה היא זמן מתאים לחקר תפקוד מוח באמצעות ניתוח Seeg הקשור לאירוע, שכן אין תוספת סיכון והמטופל בדרך כלל רואה במחקר כדחייה מבורכת מתקופת המעקב השגרתית. ההקלטות זכו מאלקטרודות תוך גולגולתי אינן חיוניות רק להערכה וטיפול בחולי אפילפסיה השתפרה, אלא גם מספקות הזדמנות יוצאת דופן ללמוד את פעילות מוח אנושית במהלך פרדיגמות התנהגות.

כמה חוקרים כבר הבינו את ההזדמנות ללמוד הקלטות פולשנית מחולי אפילפסיה. היל et al. דיווח על המתודולוגיה להקלטת אותות electrocorticographic (ECOG) מחולים למיפוי קליפת המוח תפקודי 16. גם הקלטות ECOG סיפקו תובנה לצימוד מנוע בשפת 17. חולים עם אלקטרודות עומק מושתלים ביצעו משימות ניווט ללמוד תנודות מוח בזיכרון, למידת 18 ותנועת 19. הקלטות אלקטרודה עומק שמשו גם ללמוד פרדיגמות עם רזולוציה של זמן אחר בלתי ניתנת להשגה, כגון פעילות בהיפוקמפוס עוררה 20, פעילות עצבית ברשת ברירת מחדל במצב 21, וכמובן הזמני של עיבוד רגשי 22. Hudry et al למד חולים עם אפילפסיה של אונה הרקתית שהייתה להם אלקטרודות Seeg מושתלות לתוך האמיגדלה שלהם לגירויי חוש הריח לטווח קצר 23 התאמה. קבוצה נוספת שלמדה תנועות גפיים פשוטות כגון יד כיפוף או תנועה חד צדדית של היד או רגל בbrai הבריאאתרי n מחולי אפילפסיה עם Seeg המושתל 24,25.

המחקרים שתוארו לעיל הם דגימה קטנה של אוסף מאוד מגוון של ספרות רלוונטית. קיים פוטנציאל בלתי עביר כדי ללמוד ולהבין כיצד פועל המוח האנושי באמצעות שילוב של משימות התנהגותיות והקלטות תוך גולגולתי. אמנם יש שיטות אחרות להשגת מטרה זו, הקלטות תוך גולגולתי יש מספר יתרונות, כולל רזולוציה של זמן ומרחב גבוהה, כמו גם גישה למבנים עמוקים יותר. המחברים שואפים לתאר את המתודולוגיה הכללית להקלטה מחולים עם אלקטרודות תוך גולגולתי במהלך משימות התנהגותיות. עם זאת, יש כמה גורמים מרתיעים וחסמים להשלמת מחקר קליני בחולים שקבלו טיפול בהצלחה. מגבלות, תופעות של בלבול, ומשמעות של מחקר זה יהיו גם להיות מזוהה וחקרו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל המשימות בוצעו על פי פרוטוקול שאושר על שהוגש לדירקטוריון הסקירה המוסדי (IRB) של קליבלנד קליניק הקרן. תהליך הסכמה מדעת נערך עם כל מטופל לפני כל פעילות המחקר. בדוגמא זו, נושא שעומד בקריטריון מחקר שיש לו סטריאו electroencephalography אלקטרודות (Seeg) מושתלות לתפיסה נבחרה. הפרויקט נדון בנושא והם הסכימו להשתתף.

.1 גיוס חולה

  1. להעריך חולים עם אפילפסיה עקשן בתמורה להשתלת אלקטרודה תוך גולגולתי. אם החולה אינו מועמד טוב לניתוח פולשני, לנתח את החולה של MRI, PET ומג יחד עם פתולוגיה התפיסה על מנת לייעל את המיקום של האלקטרודות. צוות קליני מבצע את כל ההערכות ולא מתקבלות החלטות לצורכי מחקר. .
  2. לזהות חולים זכאים למחקר subsequent להערכה להשתלה ולאמת את החולים לפרוטוקול IRB אישר המבוסס על הקריטריונים להכללה / אי הכללה.
    הערה: זה הוא האינטרס הטוב ביותר של המטופל לכלול נושאים עם הילה בקריטריוני ההכללה. חולים עם הילות יכולים להודיע ​​לחוקרים שהם עומדים לקבל התקף; נותנת זמן לחוקרים ומטופל לנקוט באמצעי הזהירות הדרוש (לחיצה על אזעקת התפיסה להודיע ​​לצוות הקליני ומושך את כל הציוד מהדרך). עם זאת, אם נושאים מגויסים שאין לו הילה, להבטיח שהתקני קלט המטופל ניתן להסיר בקלות מאזור המטופל וכי צוות מודע לציוד המחקר והפרוטוקול.
  3. קבלת הסכמה מדעת לפני פעילות מחקר כל בהתאם לIRB. במהלך ההסכמה מהדעת, להסביר את המחקר, תוך שימת דגש כי ההשתתפות היא בהתנדבות בקפדנות ובשום אופן להשפיע על חולי טיפול קליני. ברוב המקרים יש ליאין שום תועלת ישירה למטופל ואת נכונותם להשתתף הוא אלטרואיסטי.
  4. לשמור על כבוד לזכויותיו של המטופל ועל פרטיותו בכל העת. להזכיר החולים שהמידע שלהם יהיה להישאר בעילום שם וסודי, והם עשויים להפסיק את ההשתתפות במחקר בכל עת בשום תוצאה.
  5. יש לי סימן החולה ותאריך ההסכמה מהדעת אם הוא או היא מבינה ומסכים להשתתף במחקר. עותק לעזוב אחד לא נשאר עם המטופל לבחינה; צריך להיות להם שאלות או חששות לעודד החולים ליצור קשר עם הצרכן.

.2 התנהגות מערכת Set-up

  1. לפני שהבאתי את הציוד לחדר, לוודא שיש מספיק מקום בחדרו של החולה, כמו גם גישה לכולים ההכרחיים (2).
  2. בדוק שכל הציוד והחוטים מוכנים לזרז את להגדיר. מערכת ההתנהגות כוללת FDA ​​אישר זרוע רובוטית (המאפשר את הנושא להמשךרול סמן במהלך המשימה), מחשב נייד כדי לשלוט במערכת רכישת נתונים לאחסון נתונים אלקטרו והתנהגות תכנית ההתנהגות, צג להצגת גירויי המשימה, ו.
    הערה: הפוך את התאמות נחוצות כדי לענות על הצרכים ספציפיים של מחקרו של אחד. למשל, להשתמש בתיבת לחצן לממשק החולה במקום זרוע רובוטית.
  3. אם החולה אינו ממוקם כיום באופן מתאים כדי להשלים את המשימה, לסייע לחולה לכיסא שכיבה (או מיטה) בזרועות, צריך להיות להם תפיסה.
    הערה: זה רעיון טוב כדי לדון בתכנון המחקר, הציוד, וכו 'עם כל חברי יחידת הניטור כדי ליידע אותם מה קורה, איך הקבוצה תהיה אינטראקציה עם החולים, וכל בעיות אפשריות שעלולים להתעורר.
  4. כאשר המטופל מוכן, להביא את מערכת ההתנהגות לחדר ולהתחיל באתחול מערכת ההתנהגות וזרוע הרובוטית.
  5. חבר את מרק אירוע הדיגיטליפלט r מהמחשב התנהגותיות לערוצי DC של מערכת רכישת אלקטרו כדי הזמן לנעול את אותות Seeg נרשמו עם סמני אירוע התנהגותי.
    הערה: במרכז זה קיימת מערכת רכישת אלקטרו נפרדת המיועדת למטרות מחקר, שאינו מפריעות למערכת הרכישה הקלינית. עם זאת, ניתן להשתמש במערכת הרכישה הקלינית על ידי עבודה עם האנשים המתאימים. כל המאמצים צריכים להיות עשויים שלא לשבש את הרכישה הקלינית.
  6. כייל את הזרוע הרובוטית ולמקם אותו כך שטווח תנועה הוא נוח למטופל. אם שימוש במכשיר ממשק אחר, להבטיח שהציוד פועל באופן תקין, והוא ממוקם בנוחות לנושא להשתמש.
  7. תוך שימוש בזרוע רובוטית, להבטיח כי לחצני עצירת חירום נגישים בקלות על ידי החוקרים ברחבי המשימה התנהגותית. במקרה של תפיסה, כפתור עצירת החירום הואלחץ והציוד התרחק מהמטופל, כך שהם לא יפגעו בעצמם. בנוסף, אנחנו לא משתמשים ברצועות ולקרו שמגיעות עם מערכת הרובוט כדי להקל על ההסרה מהמטופל במקרה של התקפים מתרחש.
    הערה: בדוגמא זו, יציאת המקבילית של מתקן ההתנהגות מחוברת ליציאת קלט הדיגיטלית של מערכת הרכישה באמצעות כבל יציאת מקבילית. אותות אנלוגיים נוספים, כגון מיקום x & y של הזרוע רובוטית נרשמו בו זמנית.

.3 התנהגות משימה

  1. הסבר את המשימה למטופל לאחר השלמת המתקן הוקם והכיול של מכשיר הממשק.
  2. השתמש במשימה התנהגותיות דומה למשחק הקלפים הילדים של "מלחמה". שאל את המטופל לעשות הימורים באשר לשאלה האם הכרטיס שלהם הוא גדול יותר מהכרטיס של המחשב. הבחירה של ההימור מבוסס על התפיסה של המטופלים של הערך היחסי של הכרטיס שלהם. לפשט את tלבקש ניתוח שלאחר מכן, על ידי שימוש רק בכרטיסים של חליפה אחת ולהגביל את הסיפון ל2, 4, 6, 8, ו10 כרטיסים ממוספרים.
  3. הצג קיו קיבעון על המסך ל350 אלפית שניים. ודא המטופל מחזיק את הסמן מעל סימן הקיבעון ליזום המשימה.
  4. הראה את הגירוי ל1,000 אלפית שניים. לאפשר למטופל לראות בכרטיס שלהם עם הכרטיס של המחשב לידו עם פנים כלפי מטה.
  5. בעקבות היעלמות כרטיסים, להראות go-קיו (<msec 5,000) בו מוצגות שתי אפשרויות, שואל החולה להמר או 5 $ או $ 20, המבוסס על הכרטיס שלהם. שאל את המטופל למקום ההימור על ידי הזזת הסמן באמצעות זרוע רובוטית, על ההימור הנבחר שלהם. אקראי עמדת ההימור ממשפט למשפט כדי להבטיח שאין הטיה המבוססת על מיקום.
  6. לאחר ההימור נבחר, תבחין 250 - עיכוב 500 אלפיות (מסך ריק), ואחריו את ההתגלות של הכרטיס של המחשב (1,000 - 1,250 האלפיות השניים). שים לב לתוצאה (1,000 אלפיות השני), אם המשפט היה נצחון, לאבד, או לצייר וכמה היה מנצח או מפסידים.
  7. לאפשר למטופל לתרגל עד שהם בטוחים בביצועים שלהם ואין להם שאלות.

.4 Data Acquisition

  1. רשום את הנתונים כאשר המטופל מוכן ולוודא שההגדרות במערכת רכישת המחקר (קלינית או) הם כראוי נבחרו.
  2. כבה את האורות בחדר וטלוויזיה כדי לשמור על רעש הרקע למינימום במהלך ההקלטה. בנוסף, לשאול את החולה להימנע מהתנהגויות כגון תופף ברגל שלהם, מדבר או רועד רגליהם.
  3. להתחיל את המשימה ולהקליט את המטופל לבצע את המשימה. לשאול את הנושא כדי לבצע את המשימה למשך 30 דקות. קצב הדגימה של מערכת הזרוע הרובוטית הוא KHz 1, וזו של מערכת הקלטת Seeg היא 2 KHz.
    הערה: משך זה עשוי להיות שונה עבור פרדיגמות אחרות.

ניתוח .5 נתונים

  1. ראשית, דה לזהות נתונים Seeg נרשמו על מנת להבטיח שInforma של המטופלtion נשאר חסוי וש/ נתוניו הוגשו בעילום שם.
  2. השג את הקואורדינטות של מיקום האלקטרודה מMRI CT ולפני הניתוח שלאחר הניתוח.
  3. יישר את הרישומים חשמליים עם חותמות הזמן הדיגיטליים של אינטרסים מהמשימה התנהגותית.
  4. ליישם שיטות ניתוח אותות לנתח את אפנון פעילות מוחית אירוע תלוי.
    הערה: במחקר זה, צפיפות ספקטרלית כוח (PSD) של האירוע שקשור אותות Seeg חושב באמצעות ארגז הכלים multitaper Chronux 26,27. כל נתוני ניסוי היה מיושר ביחס לאירוע הרלוונטי (זמן אפס), וPSD מחושב היה מנורמל בכל סל תדירות ביחס לPSD תחילת המחקר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

בתוצאות אלו אנו מציגים הניתוח של נתונים Seeg מהמערכת הלימבית שנתפסה בנושא אחד ששיחק את המשימה המלחמה. אנו יכולים להוכיח כי היבטים שונים של המשימה המלחמה לעורר גמא להקה משמעותית (40 - 150 הרץ) אפנון במערכת הלימבית (איור 1). כפי שניתן לראות, בקליפת המוח הראייתית, תגובה בפס רחבה המצגת של אובייקט על תוצאות המסך בהשהיה מהירה (~ 200 אלפיות שני), ללא קשר לשעת חירום המשימה. בנוסף, נראה שיש הבדלים במשך התגובה בתקופת השכר ופרש פוטנציאלים בין כוחה של התשובה העוררת לניסויי unrewarded בהשוואה לניסויים מתוגמלים. בניגוד לכך, gyrus הקדמי התחתון הוא מווסת רק בניסויים שיגרמו לתגמול. אפנון זה היה ארוך יותר בחביון (~ 500 אלפיות שניים), המצביע על תקופה שבה מידע הפרס היה להיות מעובד. היענות הגמול הקשורים בקנה אחד עם התפקוד של חלק זה שלקליפת מוח, כפי שהוא חשב שgyrus הקדמי התחתון מעורב בקבלת החלטות ובפרס הערכה 28.

בניתוח זה, בחרנו לבחון את התוכן בתדירות של נתונים אלקטרו בטווח להקת גמא, כפי שהוא חשב שהלהקה הזו של פעילות מייצגת עיבוד הקוגניטיבי 29. עם זאת, יש מגוון גדול של טכניקות ניתוח שיכול להיות מועסק על מנת יחסי נתוני שדה מקומיים למשימות התנהגותיות, כגון תוכן בתדירות בלהקות אחרות, פעילות עוררה, או ניתוח מבוסס רשת. בנוסף, ניתוח סטטיסטי מחובר יגדיר את המובהקות הסטטיסטיות ביחס למשימות התנהגותיות.

איור 1
איור 1. ספקטרום כוחה של פעילות ביחס לשלוש תקופות שונות (t = 0) במלחמה. משימת השורה הראשונה מתארת ​​את הפעילות של gyrus הקדמי התחתון והשורה השנייה מתארת ​​את הפעילות של קליפת המוח הראייתית, (ציר x: זמן יחסית לתקופה, ציר y: תדר וצבע מייצגים z-ציון יחסית לתחילת מחקר) . האפסים של הגרפים בכל עמודה הזמן מייצגים את המראה של אפשרויות הימור (עמודה שמאלית), את המראה של גמול חיובי (עמודה אמצעית), והופעתו של גמול שלילי (עמודה ימנית). קשקשי הצבע הם שינויי אחוזים מכוח האות שנרשם בכל תדר ביחס לנקודת ההתחלה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

כאן יש לנו הצגתי שיטה לביצוע מחקרי אלקטרו תוך גולגולתי בבני אדם כפי שהם עוסקים במשימה התנהגותית. מתודולוגיה זו והתמורות פשוטות שלה הן חשובים ללימוד תנועה והכרה אנושיות. בעוד מטבעו קיים יתרונות וחסרונות לכל טכניקה, יש הקלטה מאלקטרודות תוך גולגולתי יתרונות על פני שיטות אלקטרו והדמיה אחרות. שני היתרונות הגדולים הם היכולת לאסוף נתונים באיכות גבוהה עם שליטה ועיצוב של משימות התנהגותיות טובים יותר.

יש לי הקלטות אלקטרודה תוך גולגולתי יש מספר היתרונות על פני שיטות אחרות המשמשות למדידת פעילות המוח במהלך משימות התנהגותיות. כלומר, רוב מכריע של מחקרים שנערך בטכניקות באמצעות הדמיה כגון fMRI ו PET, שמציעות את היתרון של כיסוי גבוה מרחבי אך פתרון זמני מוגבל (בסדר הגודל של 1 - 1.5 שניות). ככזה, מחקרים אלה להעריך בגסותתפקוד מוח כשינוי בפעילות ביחס לנקודת התחלת מדינות ולא יכול לספק הערכות מציאותיות של דינמי עיבוד ביחס לרכיבים ספציפיים של התנהגות. מחקרי MEG, מצד שני, יש לי פתרון זמני טוב יותר (<msec 1), אך כיסוי מרחבי מוגבל למטרות בקליפת המוח ויכולים להיות מבולבל על ידי אותות שנוצרו עמוק בתוך המוח. מחקרי יחידה אחת ורב היו מוצלחים במתן תובנה תפקוד המוח, כפי שהם מספקים רזולוציה גבוהה זמנית. עם זאת, ההגבלה של לימודי יחידה אחת ורב קונבנציונליים מתייחסת למיקום של אלקטרודות ישירות לתוך האזור במוח של עניין, הגבלת כיסוי המרחבי לנפח קטן של רקמה. לפיכך, מחקרים אלה נוטים להתמקד בחלק אחד (או גרעין) של המוח ולא מצליחים לבחון כיצד מחובר גרעיני המוח לתקשר לשלוט בהתנהגות 30. בניגוד לכך, אלקטרודות תוך גולגולתי מספקות רזולוציה גבוהה של זמן (msec 1) ורחבהכיסוי המרחבי (עד 200 עמדות אלקטרודה), המאפשר לחוקר לבחון עיבוד מידע על פני מבנים רבים של המוח בו זמנית בסולמות זמן מסוגלים רכיבים ספציפיים הבחנה של התנהגות.

בנוסף לאיכות הנתונים, יש גם יתרונות לעיצוב של מחקרים התנהגותיים שניתן שנערכו בנושאים אלה. בניגוד למחקרים בבעלי חיים, את היכולת הקוגניטיבית של חולים אנושיים מאפשרת לתקופות הכשרה קצרות במשימות מורכבות, שהובילה לרכישת נתונים מהירה וגודל מדגם גדול יותר. שנית, הפעילות העצבית צברה ממחקרים אלה קשורים להתנהגות אנושית, ומבטל את הצורך לפצות על הבדלי מינים בכל עיבוד או התנהגות עצביים. לבסוף, משום שהנושאים נמצאים באזור הניטור לתקופות ממושכות, ואין סיכון משמעותי בניהול מחקרים אלה, ניתן לאסוף ניסויים רבים במשימת נתונה ולבצע משימה אחת או יותר באותומטופל. יתרון זה הוא בעלת חשיבות מיוחדת משום שהיא משפרת את הכח סטטיסטי ומאפשרת לביצוע ניסויי שליטה. עם טכניקות אחרות המשמשות במחקרים בבני אדם, זמן (כלומר, הקלטות יחידה / רבת יחידה בחדר הניתוח) ועלות (כלומר, fMRI או MEG) מעצורים יובילו לתקופות איסוף נתונים קטנות, המגבילות את היכולת לבצע הסקת מסקנות חזקות או לחשבון להסברים חלופיים לאפקט שנצפה. בניגוד לכך, מחקרים שנערכו במודלים של בעלי חיים מאפשרים לתקופות הקלטה ארוכות אך מוגבלים בדרך כלל לסוג אחד של התנהגות בשל אילוצים של אימון התנהגותי. יתר על כן, חולים יכולים גם לספק משוב, חיוביים או שלילי, על עצם את המשימה וכיצד פוטנציאל לשפר את חוויית המטופל בעתיד.

אמנם יש יתרונות רבים לסוג זה של מחקר, יש כמה חסרונות, כמו גם. כמו חולים אלה מוגבלים לחדר שלהם בזמן שהם נמצאים תחת מעקב afteניתוח r, המשימה התנהגותית צריכה להסתגל לאילוצים של החדר, אשר עשוי לכלול מיקום השקעים, רעשי רקע ממכשירים בחדר, או הפרעות מאנשי קליניים. תצפיות צריכים להיעשות במהלך ההקלטות, כך שכל חפצים בלתי צפויים עשויים להיות מטופלת. עם כל כבוד לנתונים שנאספו, האזורים במוח הממוקדים נקבעים אך ורק על ידי צוות המנתחים במאמץ לאתר את EZ, לכן חוקרים צריכים להבין שהם לא תמיד לאסוף נתונים מהיעד האידיאלי שלהם או מאזורים במוח שאינם מושפעים על ידי מחלה. חסרון נוסף הוא הפוטנציאל לתופעות בלבול של כל משככי כאבים או תרופות שהחולה נוטלת בזמן שהם מבצעים את המשימה התנהגותית. ללא בקרות כדי להסביר בלבול אלה, אין דרך כדי לקבוע כיצד תרופות משפיעות על יכולתו של המטופל לבצע את המשימה; אם כי במקרים מסוימים, את ההשפעות של משככי כאבים או תרופות עשויות להיות focus של המחקר.

בעיות אחרות עם טכניקה זו כוללות בטיחות ושלמויות נתוני אלקטרו מרפאת מטופל. כלומר כל מאמץ צריך להיעשות כדי להגן מפני פגיעה במטופל במהלך המשימה הניסיונית. לדוגמא, במחקר זה, בחרנו לי החולים בכיסא בזמן שהם ביצעו את המשימה התנהגותית. הכיסאות השתמשנו הם ריהוט רגיל בחדרי ניטור תפיסת אפילפסיה שלנו ונועדו להפחית פגיעת מטופל במהלך אירועי השתלטות. לעתים קרובות המטופל כבר נמצא בכיסא לפני שאנחנו מתחילים את הניסוי ובקשות להישאר בכיסא לאחר הניסוי הושלם. בכל קשור להגנה על נתונים קליניים, חיבורים למערכת הרכישה צריכים להיעשות מבלי להפריע רכישת נתונים למטרות קליניות. אנו משיגים זאת באמצעות השימוש במערכת רכישה שנייה לאיסוף נתוני מחקר בנושאים שלנו שאינו תלוי במערכת הרכישה הקלינית. עם זאת, ייתכן שזהלגרום לשגיאות סנכרון בין מערכת הרכישה הקלינית, אשר יכולה להיות מתוקנת למראש, אם מחשבה תחילה ניתנת לדרישות החומרה הדרושות כדי לחבר את מערכת ההתנהגות למערכת רכישת מערכת הצגת התנהגות ו. לבסוף, צוות המחקר חייב להיות גמיש כדי להתאים לצרכימים הרפואיים של המטופל, ובמיוחד בהתייחס לתזמון סביב צוות הקליני.

ישירות מקשרת את פעילות מוח אנושית להתנהגות היא הזדמנות חשובה לקידום ההבנה של תפקוד המוח ותפקוד לקוי. יש נתונים שהושגו באמצעות הקלטות תוך גולגולתי יש מספר היתרונות על פני שיטות חודרניות ולא פולשנית אחרות, אבל אינו הופכים את הטכניקות אחרות אלה לא חוקיים או מיושנות. למעשה, השילוב של הקלטות ונתונים תוך גולגולתי שנאסף noninvasively או במודל של בעלי חיים הוא חינם ורק מחזק את היכולת להבין את המנגנונים של processi המידעng ושליטה התנהגותית. בעוד ניסויי אלקטרו אנושיים מלאים במכשולים ודורשים הרבה סבלנות, יש לי טכניקות אלה את היכולת להניב רומן ומידע מרגש בכל קשור להתנהגות אנושית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אי לנו קונפליקטים לחשוף.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי האפרים-MC3: # 1,137,237 הוענקה לSVS וJTG

Materials

Name Company Catalog Number Comments
InMotion ARM Interactive Motion Technologies InMotion Arm http://interactive-motion.com/inmotion-arm-the-new-standard-of-care/
Equipment our lab used, can use other equipment to collect data
MATLAB Mathworks Inc MATLAB http://www.mathworks.com/
Need version r2007b or higher to run Monkeylogic
Data Acquisition Toolbox Mathworks Inc Data Acquisition Toolbox http://www.mathworks.com/products/daq/
Must have to run Monkeylogic
Image Processing Toolbox Mathworks Inc Image Processing Toolbox http://www.mathworks.com/products/image/
Must have to run Monkeylogic
Monkeylogic Wael Asaad and David Freedman Monkeylogic http://www.brown.edu/Research/monkeylogic/
Free download, must have MATLAB to run
Chronux  Medametrics, LLC  Data Processing Toolbox http://www.chronux.org/
Brainstorm MEG/EEG Analysis Application http://neuroimage.usc.edu/brainstorm/
Laptop Dell Latitude E5530 http://www.dell.com/us/business/p/latitude-e5530/pd?ST=dell%20latitude%20e5530&dgc=ST&cid=263756&lid=4781504&acd=12309152537461010
NI Card National Instruments NI USB-6008 http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/201986
12-Bit, 10 kS/sec Low-Cost Multifunction DAQ

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Epilepsy Fact Sheet No. 999. , World Health Organization. Available from: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs999/en/ (2013).
  2. Rosenow, F., Luders, H. Presurgical evaluation of epilepsy. Brain. 124, 1683-1700 (1093).
  3. Adelson, P. D., et al. Use of subdural grids and strip electrodes to identify a seizure focus in children. Pediatr. Neurosurg. 22 (4), 174-180 (1995).
  4. Jayakar, P. Invasive EEG monitoring in children: When, where, and what. J Clin Neurophysiol. 16, 408-418 (1999).
  5. Almeida, A. N., Martinez, V., Feindel, W. The first case of invasive EEG monitoring for the surgical treatment of epilepsy: Historical significance and context. Epilepsia. 46, 1082-1085 (2005).
  6. Dinner, D. S., Luders, H. O., Klem, G. Chronic electrocorticography: Cleveland clinic experience. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. , 58-69 (1998).
  7. Bancaud, J., et al. Functional Stereotaxic Exploration (Seeg) of Epilepsy. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 28, 85 (1970).
  8. Chassoux, F., et al. Intralesional recordings and epileptogenic zone in focal polymicrogyria. Epilepsia. 49, 51-64 (2008).
  9. Lo Russo, G., et al. Focal cortical resection in malformations of cortical development. Epileptic Disord. 5, S115-S123 (2003).
  10. Avanzini, G. Discussion of stereoelectroencephalography. Acta neurologica Scandinavica Supplementum. , 152-170 (1994).
  11. Cossu, M., et al. Stereo-EEG in children. Child Nerv Syst. 22, 766-778 (2006).
  12. Cossu, M., et al. Epilepsy surgery in children: Results and predictors of outcome on seizures. Epilepsia. 49, 65-72 (2008).
  13. Cossu, M., et al. Stereoelectroencephalography in the presurgical evaluation of focal epilepsy in infancy and early childhood Clinical article. J Neurosurg-Pediatr. 9, 290-300 (2012).
  14. Gonzalez-Martinez, J., et al. Stereoelectroencephalography in the "difficult to localize" refractory focal epilepsy: early experience from a North American epilepsy center. Epilepsia. 54, 323-330 (2013).
  15. Vadera, S., et al. Stereoelectroencephalography following subdural grid placement for difficult to localize epilepsy. Neurosurgery. 72, 723-729 (2013).
  16. Hill, N. J., et al. Recording human electrocorticographic (ECoG) signals for neuroscientific research and real-time functional cortical mapping. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2012).
  17. Ibanez, A., et al. Motor-language coupling: direct evidence from early Parkinson's disease and intracranial cortical recordings. Cortex; a journal devoted to the study of the nervous system and behavior. 49, 968-984 (2013).
  18. Caplan, J. B., Madsen, J. R., Raghavachari, S., Kahana, M. J. Distinct patterns of brain oscillations underlie two basic parameters of human maze learning. J Neurophysiol. 86, 368-380 (2001).
  19. Watrous, A. J., Fried, I., Ekstrom, A. D. Behavioral correlates of human hippocampal delta and theta oscillations during navigation. J Neurophysiol. 105, 1747-1755 (2011).
  20. Roman, R., et al. Hippocampal negative event-related potential recorded in humans during a simple sensorimotor task occurs independently of motor execution. Hippocampus. , (2013).
  21. Jerbi, K., et al. Exploring the electrophysiological correlates of the default-mode network with intracerebral EEG. Front Syst Neurosci. 4, 27 (2010).
  22. Krolak-Salmon, P., Henaff, M. A., Vighetto, A., Bertrand, O., Mauguiere, F. Early amygdala reaction to fear spreading in occipital, temporal, and frontal cortex: a depth electrode ERP study in human. Neuron. 42, 665-676 (2004).
  23. Hudry, J., Perrin, F., Ryvlin, P., Mauguiere, F., Royet, J. P. Olfactory short-term memory and related amygdala recordings in patients with temporal lobe epilepsy. Brain. 126, 1851-1863 (2003).
  24. Rektor, I., Bares, M., Kubova, D. Movement-related potentials in the basal ganglia: a SEEG readiness potential study. Clin Neurophysiol. 112, 2146-2153 (2001).
  25. Rektor, I., Louvel, J., Lamarche, M. Intracerebral recording of potentials accompanying simple limb movements: a SEEG study in epileptic patients. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 107, 277-286 (1998).
  26. Mitra, P., Bokil, H. Observed Brain Dynamics. , Oxford University Press. New York. (2008).
  27. Lachaux, J. P., Axmacher, N., Mormann, F., Halgren, E., Crone, N. E. High-frequency neural activity and human cognition: past, present and possible future of intracranial EEG research. Progress in neurobiology. 98, 279-301 (2012).
  28. Rogers, R. D., et al. Choosing between small, likely rewards and large, unlikely rewards activates inferior and orbital prefrontal cortex. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 19, 9029-9038 (1999).
  29. Lachaux, J. -P., Axmacher, N., Mormann, F., Halgren, E., Crone, N. E. High-frequency neural activity and human cognition: Past, present and possible future of intracranial EEG research. Prog. Neurobiol. 98, 279-301 (2012).
  30. Gale, J. T., Martinez-Rubio, C., Sheth, S. A., Eskandar, E. N. Intra-operative behavioral tasks in awake humans undergoing deep brain stimulation surgery. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2011).

Tags

התנהגות גיליון 92 מדעי מוח הקוגניטיביים אפילפסיה סטריאו-electroencephalography רשתות subdural שיטה התנהגותית אלקטרופיזיולוגיה
ביצוע משימות התנהגות בנושאים עם אלקטרודות תוך גולגולתי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Johnson, M. A., Thompson, S.,… More

Johnson, M. A., Thompson, S., Gonzalez-Martinez, J., Park, H. J., Bulacio, J., Najm, I., Kahn, K., Kerr, M., Sarma, S. V., Gale, J. T. Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes. J. Vis. Exp. (92), e51947, doi:10.3791/51947 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter