Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

أداء المهام السلوكية في المواد الدراسية داخل الجمجمة مع أقطاب

doi: 10.3791/51947 Published: October 2, 2014

Summary

مرضى زرع أقطاب كهربائية داخل القحف مع توفر فرصة فريدة لتسجيل البيانات العصبية من مناطق متعددة من الدماغ في حين أن المريض بأداء المهام السلوكية. هنا، نقدم طريقة تسجيل من مرضى زرع التي يمكن أن تكون قابلة للتكرار في المؤسسات الأخرى من الوصول إلى هذه الفئة من السكان المريض.

Abstract

المرضى الذين يعانون من ستيريو المخ (SEEG) الكهربائي، شبكة تحت الجافية أو يزرع عمق القطب لديهم العديد من الأقطاب الكهربائية المزروعة في مناطق مختلفة من الدماغ من أجل توطين التركيز ضبطها والمناطق بليغة. بعد الزرع، يجب أن يبقى المريض في المستشفى حتى يتم العثور على منطقة المرضية من الدماغ وربما مقطوعة. خلال هذا الوقت، هؤلاء المرضى فرصة فريدة للمجتمع البحث لأن أي عدد من النماذج السلوكية لا يمكن أن يؤديها للكشف عن العصبية يرتبط هذا التصرف دليل. نحن هنا نقدم وسيلة لتسجيل نشاط المخ داخل الجمجمة من يزرع كمواضيع تنفيذ مهمة السلوكية المصممة لتقييم عملية صنع القرار وترميز مكافأة. وتسجل جميع البيانات من الأقطاب الكهربية داخل الجمجمة أثناء مهمة السلوكية، مما يسمح لفحص العديد من مناطق الدماغ تشارك في وظيفة واحدة في النطاقات الزمنية ذات الصلة السلوك.وعلاوة على ذلك، وعلى عكس الدراسات على الحيوانات، المرضى من البشر يمكن أن تتعلم مجموعة واسعة من المهام السلوكية بسرعة، مما يسمح للالقدرة على أداء أكثر من مهمة واحدة في نفس الموضوع أو لضوابط الأداء. على الرغم من العديد من المزايا من هذه التقنية لفهم وظيفة الدماغ البشري، وهناك أيضا القيود المنهجية التي نناقش، بما في ذلك العوامل البيئية وتأثيرات مسكنة، ضيق الوقت والتسجيلات من الأنسجة المريضة. هذه الطريقة يمكن تنفيذها بسهولة من قبل أي مؤسسة التي تنفذ عمليات التقييم داخل الجمجمة. إتاحة الفرصة لدراسة وظيفة الدماغ البشري مباشرة خلال السلوك.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

الصرع هو واحد من اضطرابات الدماغ الأكثر شيوعا، وتتميز نوبات مزمنة المتكررة الناتجة عن شحنات كهربائية زائدة من مجموعات من الخلايا العصبية. الصرع يصيب حوالي 50 مليون شخص في العالم وحوالي 40٪ من جميع الأفراد المصابين بالصرع لديهم نوبات المستعصية التي لا يمكن السيطرة عليها تماما من العلاج الطبي 1. الجراحة قد يؤدي إلى حالة الخلو من الاستيلاء إذا كانت مناطق الدماغ المسؤولة عن توليد المضبوطات (المنطقة المولدة للصرع - EZ) يتم ترجمة وإزالتها جراحيا أو قطع الاتصال. من أجل تحديد الموقع التشريحي للEZ وقربها مع المناطق القشرية وتحت القشرية بليغة الممكنة، هي مجموعة من الأدوات غير الغازية المتاحة: تحليل علم الأعراض الاستيلاء والتسجيلات الكهربي الفيديو فروة الرأس (نشبي والتسجيلات النشبات)، اختبار العصبية ، الدماغ المغناطيسي (MEG) والتصوير بالرنين المغناطيسي 2. عندما هو البيانات موسع كافية لpreciselذ تحديد موقع EZ افتراضي، عندما يكون هناك اشتباه في تورطهم في وقت مبكر من بليغ القشرية وتحت القشرية المناطق أو عندما يكون هناك احتمال لنوبات متعددة التنسيق والرصد الغازية المزمن قد تكون هناك حاجة 3،4.

أساليب الرصد الغازية المزمن لتحديد موقع وحدود وEZ قد تشمل شبكات تحت الجافية والشرائط، مع أقطاب توضع على سطح الدماغ، وستيريو المخ (SEEG)، عندما يتم وضع أقطاب متعددة في عمق الدماغ في ثلاثة الأزياء الأبعاد. ولم يبلغ عن والتسجيلات داخل الجمجمة تحت الجافية في البداية في عام 1939 عندما بنفيلد وزملاؤه تستخدم أقطاب اتصال واحدة فوق الجافية في المريض مع كسر الأيسر الزمني-الجدارية القديمة والذي كشف الضمور الدماغي المنتشر 5 تصوير الدماغ المحقون بالغاز. بعد ذلك، أصبح استخدام صفائف الشبكة تحت الجافية أكثر شعبية بعد منشورات متعددة خلال عام 1980 أظهرت لهمسلامة وفعالية 6. تم تطوير طريقة SEEG وأصبحت شعبية في فرنسا جان Tailarach وجان Bancaud خلال القرن 50، وقد تستخدم في الغالب في فرنسا وإيطاليا كما أن طريقة الاختيار لرسم الخرائط الغازية في الصرع البؤري الحرارية 7-9.

ويستند مبدأ SEEG على الارتباطات anatomo الكهربائية السريرية، والتي تأخذ باعتبارها المبدأ الرئيسي للمنظمة المكانية والزمانية 3 الأبعاد لتفريغ صرعي داخل الدماغ في العلاقة مع مصادرة علم الأعراض. وفردية استراتيجية الزرع، مع وضع قطب كهربائي على أساس فرضية سابق للانغراس أن تأخذ بعين الاعتبار المنظمة الرئيسية لنشاط صرعي الصرع وشبكة افتراضية المشاركة في نشر المضبوطات. وفقا لعدة تقارير أمريكا الشمالية والأوروبية الأخيرة، منهجية SEEG تمكن التسجيلات دقيقة من البنى القشرية وتحت القشرية العميقة، لو متعددة غير متجاورةبيز، والاستكشافات الثنائية مع تجنب الحاجة إلى craniotomies كبير 10-15. بعد ذلك، يتم أخذ الصور بعد العملية الجراحية للحصول على موقف التشريحي الدقيق للأقطاب كهربائية مزروعة. وفي وقت لاحق، وهو يبدأ فترة الرصد التي يبقى المريض في المستشفى لفترة من 1 إلى 4 أسابيع من أجل تسجيل الأنشطة النشبات ونشبي من الأقطاب الكهربائية المزروعة. هذه فترة الرصد هو الوقت المناسب لدراسة وظيفة الدماغ باستخدام ذات الصلة بالحدث تحليل SEEG، حيث لا يوجد خطر المضافة والمريض ينظر عادة دراسة بحثية كما مهلة ترحيب من فترة الرصد الدنيوية. حصل على تسجيلات من الأقطاب الكهربائية داخل الجمجمة ليست حيوية فقط لتحسين التقييم والرعاية لمرضى الصرع، ولكن بالإضافة إلى ذلك توفر فرصة استثنائية لدراسة نشاط الدماغ البشري خلال النماذج السلوكية.

وقد أدرك العديد من الباحثين بالفعل الفرصة لدراسة تسجيلات الغازية منمرضى الصرع. هيل وآخرون تقريرا عن منهجية لتسجيل electrocorticographic (ECoG) إشارات من المرضى لرسم الخرائط القشرية وظيفي 16. وقد وفرت التسجيلات ECoG أيضا البصيرة لمحرك باللغة اقتران 17. مرضى زرع أقطاب عمق وتنفيذ المهام الملاحية لدراسة التذبذبات الدماغ في الذاكرة والتعلم 18 و 19 حركة. استخدمت تسجيلات القطب عمق أيضا إلى دراسة نماذج مع القرار الزماني بعيد المنال على خلاف ذلك مثل الحصين أثار النشاط 20 والنشاط العصبي في الشبكة الافتراضية وضع 21، وبالطبع الزمني لمعالجة العاطفي 22. درس Hudry وآخرون مرضى الصرع الصدغي الفص الذي كان أقطاب SEEG زرعها في اللوزة من أجل محفزات حاسة الشم المدى القصير مطابقة 23. وقد درست مجموعة أخرى حركات أطرافهم بسيطة مثل الانحناء جهة أو حركة أحادية الجانب من اليد أو القدم في المخ صحيمواقع ن من مرضى الصرع مع زرع SEEG 24،25.

الدراسات المذكورة أعلاه هي عينة صغيرة من مجموعة متنوعة جدا من المؤلفات ذات الصلة. يوجد إمكانات لا يمكن التغلب عليها لمعرفة وفهم كيفية عمل الدماغ البشري باستخدام مزيج من المهام السلوكية والتسجيلات داخل الجمجمة. في حين أن هناك وسائل أخرى لتحقيق هذا الهدف، والتسجيلات داخل الجمجمة تمتلك العديد من المزايا بما في ذلك القرار الزماني والمكاني عالية وكذلك الوصول إلى البنى العميقة. وتهدف المؤلفين لوصف المنهجية العامة لتسجيل من المرضى الذين يعانون من الأقطاب الكهربائية داخل الجمجمة خلال المهام السلوكية. ومع ذلك، هناك العديد من الحواجز والروادع لإكمال بنجاح البحوث السريرية في المرضى الذين يتلقون الرعاية. كما سيتم تحديد القيود، والتأثيرات المربكة، وأهمية هذا البحث واستكشاف.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

تم تنفيذ جميع المهام وفقا لبروتوكول افق المقدمة إلى مجلس المراجعة المؤسسية (IRB) من مؤسسة كليفلاند كلينيك. وقد أجريت عملية الموافقة المسبقة مع كل مريض قبل جميع الأنشطة البحثية. في هذا المثال، وهو الموضوع الذي يلبي معيار الدراسة التي تمت زيارتها ستيريو المخ (SEEG) زرع أقطاب كهربائية للاستيلاء يتم اختيار. تمت مناقشة المشروع مع الموضوع وأنها قد وافقت على المشاركة.

1. انتساب المريض

  1. تقييم المرضى الذين يعانون من الصرع الحرارية في النظر لزرع قطب كهربائي داخل الجمجمة. إذا كان المريض هو مرشح جيد لعملية جراحية الغازية، وتحليل المريض MRI، PET وMEG جنبا إلى جنب مع علم الأمراض الاستيلاء من أجل تحسين وضع الأقطاب. فريق السريرية ينفذ جميع عمليات التقييم ويتم إجراء أية قرارات لأغراض البحث. .
  2. تحديد المرضى المؤهلين لدراسة subsequeالإقليم الشمالي للتقييم لزرع والتحقق من مريض في البروتوكول وافق الاتحاد الدولي للرجبي على أساس معايير الاشتمال / الاستبعاد.
    ملاحظة: إنه في مصلحة المريض لتشمل الموضوعات مع هالة في معايير الاشتمال. المرضى الذين يعانون من الهالات قادرون على إخطار الباحثين أنهم على وشك أن يكون لها الاستيلاء. إعطاء الباحثين والمريض الوقت لاتخاذ الاحتياطات اللازمة (الضغط على إنذار الاستيلاء إخطار الكادر الطبي وسحب جميع المعدات من الطريق). ومع ذلك، إذا يتم تجنيد الموضوعات التي لم يكن لديك هالة، تأكد من أن أجهزة الإدخال المرضى يمكن إزالتها بسهولة من منطقة المرضى والموظفين أن يدرك معدات البحث والبروتوكول.
  3. الحصول على الموافقة المسبقة عن علم على أي أنشطة البحث وفقا لIRB. خلال الموافقة المسبقة، وشرح الأبحاث، مؤكدا أن المشاركة اختيارية وسوف في أي وسيلة تؤثر على مرضى الرعاية السريرية. في معظم الحالات هناك طق أي فائدة مباشرة للمريض، واستعدادهم للمشاركة هو الإيثار.
  4. الحفاظ على احترام حقوق المريض والخصوصية في جميع الأوقات. تذكير المرضى بأن معلوماتهم سيبقى مجهول وسرية وأنها قد تتوقف عن المشاركة في الدراسة في أي وقت تحت أي نتيجة.
  5. لدينا علامة بالصبر وتأريخ الموافقة المسبقة إذا يفهمها ويوافق على المشاركة في الدراسة. تبقى ترك نسخة واحدة مع المريض لمراجعة؛ يجب أن يكون لديك أي أسئلة أو استفسارات تشجيع المرضى على الاتصال بي.

2. سلوك النظام تعيين المتابعة

  1. قبل جلب المعدات إلى الغرفة، ضمان وجود مساحة كافية في غرفة المريض، وكذلك الوصول إلى منافذ اللازمة (2).
  2. تأكد من أن جميع المعدات والأسلاك جاهزة للإسراع المجموعة لأعلى. ويشمل النظام السلوكي وافقت ادارة الاغذية والعقاقير الذراع الروبوتية (الذي يسمح الموضوع إلى تابعرول مؤشر خلال مهمة)، جهاز كمبيوتر محمول للتحكم في البرنامج السلوكي، ورصد لتقديم المحفزات المهمة، ونظام الحصول على البيانات لتخزين البيانات الكهربية والسلوكية.
    ملاحظة: تأكد التعديلات اللازمة لتلبية الاحتياجات المحددة للبحوث واحد. على سبيل المثال، استخدم مربع زر للواجهة المرضى بدلا من الذراع الروبوتية.
  3. إذا لم يتم وضع المريض في الوقت الحاضر بطريقة مناسبة لإكمال المهمة، ومساعدة المريض على كرسي مستلق (أو السرير) بالسلاح، ينبغي أن يكون لها الاستيلاء.
    ملاحظة: انها فكرة جيدة لمناقشة تصميم الدراسة، والمعدات، وما إلى ذلك مع جميع أعضاء وحدة الرصد لإطلاعهم على ما يجري، وكيف أن مجموعة سيتم التفاعل مع المرضى، وأية قضايا المحتملة التي قد تنشأ.
  4. عندما يكون المريض جاهز، وجلب النظام السلوكي الى الغرفة ويبدأ تشغيل النظام السلوكي والذراع الروبوتية.
  5. اتصال من السوق الحدث الرقميالناتج ص من الكمبيوتر السلوكي للقنوات DC من نظام الحصول الكهربية لوقت قفل إشارات SEEG سجلت مع علامات الحدث السلوكية.
    ملاحظة: في هذا المركز هناك نظام الحصول الكهربية منفصلة مخصصة لأغراض البحث، والتي لا تتعارض مع نظام الحصول السريري. ومع ذلك، فمن الممكن استخدام نظام الحصول السريري من خلال العمل مع الموظفين المناسبين. وينبغي بذل كل الجهود لا لعرقلة اكتساب السريري.
  6. معايرة الذراع الروبوتية وضعه بحيث مجموعة من الاقتراح هو مريح للمريض. في حالة استخدام جهاز واجهة أخرى، تأكد من أن المعدات تعمل بشكل صحيح ويتم وضع مريح للموضوع للاستخدام.
  7. أثناء استخدام الذراع الروبوتية، تأكد من أن الأزرار التوقف في حالات الطوارئ يمكن الوصول إليها بسهولة من قبل الباحثين في جميع أنحاء المهمة السلوكية. في حالة الاستيلاء، على زر التوقف في حالات الطوارئ هوضغط ويتم سحب المعدات بعيدا عن المريض بحيث لا تضر نفسها. بالإضافة إلى ذلك، نحن لا نستخدم الأشرطة الفيلكرو التي تأتي مع نظام الروبوت لتسهيل إزالة من المريض في حالة حدوث النوبة.
    ملاحظة: في هذا المثال، يتم توصيل المنفذ المتوازي للتلاعب السلوك إلى منفذ الإدخال الرقمي للنظام حيازة باستخدام كابل المنفذ المتوازي. يتم تسجيل الإشارات التناظرية إضافية مثل X و Y الموقف من الذراع الروبوتية في وقت واحد.

3. السلوكية المهمة

  1. شرح مهمة للمريض بعد الانتهاء من تلاعب إعداد ومعايرة واجهة الجهاز.
  2. استخدام مهمة السلوكية مماثلة لعبة بطاقة الأطفال "الحرب". نطلب من المريض لجعل الرهانات حول ما إذا كان بطاقاتهم أكبر من بطاقة الكمبيوتر. ويستند اختيار الرهان على تصور المرضى من القيمة النسبية لبطاقاتهم. تبسيط رطلب تحليل اللاحقة، وذلك فقط باستخدام بطاقات بدلة واحدة والحد من سطح السفينة إلى 2، 4، 6، 8، و 10 بطاقات مرقمة.
  3. تظهر جديلة تثبيت على الشاشة لمدة 350 مللي ثانية. ضمان يحمل المريض المؤشر فوق علامة تثبيت لبدء المهمة.
  4. عرض حافزا لل1،000 ميللي ثانية. السماح للمريض لمعرفة بطاقة مع بطاقة الكمبيوتر بجانب وجهه لأسفل.
  5. بعد اختفاء بطاقات، تظهر GO-جديلة (<5،000 ميللي ثانية) عرض خيارين، يسأل المريض للمراهنة إما 5 دولارات أو 20 $، بناء على بطاقاتهم. نطلب من المريض أن يضع الرهان عن طريق تحريك المؤشر باستخدام الذراع الآلية، على الرهان الذي اختاروه. بطريقة عشوائية الموقف الرهان من المحاكمة إلى محاكمة لضمان عدم تحيز على أساس الموقف.
  6. بعد أن تم اختيار الرهان، لاحظت وجود 250 - 500 ميللي ثانية تأخير (شاشة فارغة)، تليها الكشف عن بطاقة الكمبيوتر (1،000 - 1،250 ميللي ثانية). مراقبة نتائج (1،000 ميللي ثانية)، ما إذا كانت المحاكمة الفوز، وتفقد، أو رسم وكم كان فاز أو خسر.
  7. السماح للمريض لممارسة حتى انهم واثقون في أدائها وليس لها أي أسئلة.

4. الحصول على البيانات

  1. تسجيل البيانات عندما يكون المريض جاهز وتحقق من أن إعدادات على البحث (أو السريري) نظام الحصول ويتم اختيار مناسب.
  2. إطفاء الأنوار الغرفة والتلفزيون للحفاظ على الضوضاء في الخلفية إلى أدنى حد ممكن أثناء التسجيل. بالإضافة إلى ذلك، يطلب من المريض الامتناع عن السلوكيات مثل التنصت على أقدامهم، والحديث أو تهتز أرجلهم.
  3. بدء مهمة وتسجيل المريض تنفيذ المهمة. وطرح هذا الموضوع لتنفيذ المهمة لمدة 30 دقيقة. معدل أخذ العينات من نظام الذراع الروبوتية هو 1 كيلو هرتز، وذلك من نظام تسجيل SEEG هو 2 كيلو هيرتز.
    ملاحظة: قد تكون هذه المدة مختلفا عن النماذج الأخرى.

تحليل البيانات 5.

  1. أولا، دي التعرف على البيانات المسجلة SEEG لضمان انفورما المريضنشوئها تبقى سرية والتي تم تسليمها / بياناته مجهولة.
  2. الحصول على إحداثيات المواقع الكهربائي من التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي وبعد الجراحة قبل الجراحة.
  3. محاذاة التسجيلات العصبية مع الطوابع الزمنية الرقمية المصالح من المهمة السلوكية.
  4. تطبيق أساليب التحليل إشارة لتحليل الحدث يعتمد نشاط الدماغ تعديل.
    ملاحظة: في هذه الدراسة، تم حساب كثافة القدرة الطيفية (PSD) من الحدث إشارات SEEG المتعلقة باستخدام Chronux multitaper الأدوات 26،27. تم محاذاة كل البيانات محاكمة فيما يتعلق الحدث ذات الصلة (الساعة صفر)، وتطبيع PSD المحسوبة في كل تردد بن فيما يتعلق PSD الأساس.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

في هذه النتائج نقدم تحليل البيانات SEEG من الجهاز الحوفي المأسورة في موضوع واحد لعب المهام الحرب. يمكننا إثبات أن مختلف جوانب العمل الهامة الحرب تثير الفرقة غاما (40-150 هرتز) تعديل في الجهاز الحوفي (الشكل 1). كما رأينا، في القشرة البصرية، عرض كائن على نتائج الشاشة في الكمون سريع (~ 200 مللي ثانية) استجابة واسعة النطاق بغض النظر عن طوارئ المهمة. بالإضافة إلى ذلك، يبدو أن هناك اختلافات في مدة الاستجابة خلال الفترة الثواب وفرق الجهد بين قوة استجابة أثار للمحاكمات دون مردود بالمقارنة مع التجارب مكافأة. في المقابل، التضمين في التلفيف الجبهي السفلي فقط في التجارب التي تؤدي إلى الثواب. كان هذا التشكيل يعد في الكمون (~ 500 مللي ثانية)، مما يشير إلى الفترة التي كان يجري معالجة المعلومات مكافأة. استجابة مكافأة المتعلقة تتفق مع وظيفة هذا الجزء منالقشرة، كما هو يعتقد أن التلفيف الجبهي السفلي وتشارك في صنع القرار وتقييم مكافأة 28.

في هذا التحليل، اخترنا لفحص محتوى تواتر البيانات الكهربية في نطاق الفرقة جاما، كما هو يعتقد أن هذه الفرقة من النشاط تمثل العمليات المعرفية 29. ومع ذلك، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من تقنيات التحليل التي يمكن استخدامها لبيانات ميدانية محلية بالنسبة إلى المهام السلوكية، مثل محتوى تردد في نطاقات أخرى، أثار النشاط، أو على أساس تحليل الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، سوف متواجد حاليا التحليل الإحصائي ترسم دلالة إحصائية فيما يتعلق المهام السلوكية.

الشكل 1
الشكل 1. الطيف قوة النشاط بالنسبة إلى ثلاثة عصور مختلفة (ر = 0) في الحرب. مهمة يصور الصف الأول نشاط التلفيف الجبهي السفلي والصف الثاني يصور نشاط القشرة البصرية، (محور س: بالنسبة لوقت العصر، المحور ص: تردد واللون يمثل ض النتيجة بالنسبة إلى خط الأساس) . الأصفار الوقت من الرسوم البيانية في كل عمود يمثل ظهور خيارات الرهان (العمود الأيسر)، وظهور مكافأة إيجابية (العمود الأوسط)، وظهور مكافأة السلبية (العمود الأيمن). جداول اللون التغييرات في المئة من قوة الإشارات المسجلة في كل نطاق التردد فيما يتعلق بخط الأساس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

نحن هنا قدمت طريقة لإجراء دراسات الكهربية داخل الجمجمة في البشر كما يخوضوا في مهمة السلوكية. هذه المنهجية والتباديل بسيطة في مهمة لدراسة حركة الإنسان والإدراك. بينما يوجد بطبيعتها مزايا وعيوب أي تقنية، تسجيل من أقطاب داخل الجمجمة لديه مزايا أكثر من غيرها من تقنيات الكهربية والتصوير. اثنين من المزايا الرئيسية هي القدرة على جمع بيانات عالية الجودة مع أفضل تحكم وتصميم المهام السلوكية.

التسجيلات الكهربائي داخل الجمجمة لديها عدد من المزايا أكثر من غيرها من الأساليب المستخدمة لقياس نشاط المخ أثناء المهام السلوكية. وهي أجريت الغالبية العظمى من الدراسات باستخدام تقنيات التصوير مثل الرنين المغناطيسي الوظيفي وPET، والتي تقدم ميزة التغطية المكانية عالية ولكن القرار الزماني محدود (بناء على أمر من 1 حتي 1،5 ثانية). على هذا النحو، هذه الدراسات ويقدر بشكل فاضحوظيفة الدماغ وتغيير في النشاط بالنسبة إلى خط الأساس والدول لا يمكن أن توفر تقديرات واقعية لمعالجة دينامية بالنسبة لمكونات محددة من السلوك. دراسات MEG، من ناحية أخرى، يكون قرار أفضل الزمني (<1 ميللي ثانية) ولكن يتم تقييد التغطية المكانية لأهداف القشرية ويمكن مرتبك بواسطة إشارات ولدت في أعماق الدماغ. وكانت دراسات حدة واحدة ومتعددة ناجحة إلى توفير نظرة ثاقبة وظائف المخ، كما أنها توفر دقة زمنية عالية. ومع ذلك، فإن الحد من الدراسات التقليدية حدة واحدة ومتعددة يتصل وضع أقطاب كهربائية مباشرة إلى منطقة الدماغ من الفائدة، والحد من التغطية المكانية إلى وحدة تخزين صغيرة من الأنسجة. وبالتالي، فإن هذه الدراسات تميل إلى التركيز على جزء واحد (أو النواة) من الدماغ وتفشل في دراسة كيفية التواصل مترابطة نوى الدماغ للسيطرة على السلوك 30. في المقابل، تقدم أقطاب داخل الجمجمة عالية الدقة الزمنية (1 ميللي ثانية) على نطاق واسعالتغطية المكانية (تصل إلى 200 وظيفة كهربائي)، مما يتيح للباحث لدراسة معالجة المعلومات عبر هياكل متعددة من الدماغ في وقت واحد على جداول زمنية قادرة على مكونات محددة المميزين من السلوك.

بالإضافة إلى جودة البيانات، وهناك أيضا مزايا لتصميم الدراسات السلوكية التي يمكن أن تجرى في هذه المواضيع. على النقيض من الدراسات على الحيوانات، والقدرة المعرفية من المرضى من البشر تسمح لفترات وجيزة التدريب على المهام المعقدة، مما يؤدي إلى الحصول على البيانات بسرعة وأحجام عينة أكبر. ثانيا، ارتفع النشاط العصبي من هذه الدراسات يرتبط السلوك البشري، مما يلغي الحاجة لمراعاة الاختلافات في الأنواع إما المعالجة العصبية أو السلوك. أخيرا، لأن الموضوعات هي في منطقة المراقبة لفترات طويلة وليس هناك احتمال كبير في إجراء هذه الدراسات، فمن الممكن لجمع العديد من التجارب في مهمة معينة وأداء أكثر من مهمة واحدة في نفسالمريض. هذه الميزة ذات أهمية خاصة لأنه يحسن القدرة الإحصائية ويسمح لتنفيذ التجارب السيطرة. مع التقنيات الأخرى المستخدمة في الدراسات الإنسانية، والوقت (أي واحدة / تسجيلات متعددة الوحدات في غرفة العمليات) والتكلفة (أي الرنين المغناطيسي الوظيفي أو MEG) القيود تؤدي إلى فترات جمع البيانات الصغيرة، والتي تحد من قدرة الوصول لاستنتاجات قوية أو إلى حساب لتفسيرات بديلة لتأثير ملاحظ. في المقابل، الدراسات التي أجريت في النماذج الحيوانية تسمح لفترات طويلة ولكن تسجيل تقتصر عادة على نوع واحد من السلوك بسبب القيود التدريب السلوكي. وعلاوة على ذلك، يمكن للمرضى أيضا توفير التغذية المرتدة، إما إيجابية أو سلبية، على المهمة، وكيف يمكن أن تكون لتحسين تجربة المريض في المستقبل.

في حين أن هناك مزايا متعددة لهذا النوع من الأبحاث، هناك بعض العيوب أيضا. كما تقتصر هؤلاء المرضى إلى غرفة في حين يتم مراقبتها بعد عملية الشراءجراحة ص، يجب أن المهمة السلوكية التكيف مع القيود من الغرفة، والتي قد تشمل موقع المنافذ والضوضاء الخلفية من الأجهزة في الغرفة، أو انقطاع من أفراد السريري. وينبغي بذل الملاحظات خلال التسجيلات بحيث يمكن احتساب أي القطع الأثرية غير متوقعة ل. فيما يتعلق البيانات التي تم جمعها، ويتم تحديد مناطق الدماغ فقط من قبل الفريق الجراحي المستهدفة في محاولة لتحديد موقع EZ، لذا يحتاج الباحثون إلى فهم أنها قد لا دائما جمع البيانات من الهدف المثالي أو من مناطق الدماغ التي لا تتأثر المرض. عيب آخر هو احتمال التباس آثار أي المسكنات أو الأدوية أن المريض قد تكون آخذة في ذلك الوقت أنهم يؤدون مهمة السلوكية. دون ضوابط لحساب هذه يفند، لا توجد وسيلة لتحديد كيفية الأدوية سوف يؤثر على قدرة المريض على أداء المهمة؛ على الرغم من أن في بعض الحالات، قد يكون من آثار المسكنات أو الأدوية ووocus الدراسة.

وتشمل القضايا الأخرى مع هذه التقنية أمن وسلامة البيانات الكهربية عيادة المرضى. وهي ينبغي بذل كل جهد ممكن للحيلولة دون إصابة المريض أثناء مهمة تجريبية. على سبيل المثال، في هذه الدراسة، اخترنا أن يكون المريض على كرسي بينما أدوا هذه المهمة السلوكية. الكراسي استخدمنا هي تأثيث العادي في غرفنا مراقبة الصرع الاستيلاء، وهي مصممة للحد من إصابة المريض خلال أحداث الاستيلاء. غالبا ما يكون المريض هو بالفعل في الكرسي قبل أن نبدأ التجربة وطلبات للبقاء في كرسي بعد اكتمال التجربة. فيما يتعلق بحماية البيانات السريرية، ينبغي بذل الاتصالات إلى اقتناء نظام الحصول على البيانات دون تعطيل لأغراض سريرية. نحن تحقيق ذلك من خلال استخدام نظام الاستحواذ الثاني لجمع بيانات البحث في المواضيع لدينا التي هي مستقلة عن نظام اكتساب السريري. ولكن هذا قدتسبب أخطاء المزامنة بين نظام العرض السلوكي ونظام الحصول على سريري، والتي يمكن تصحيحها في وقت مبكر، إذا يعطى التدبر لمتطلبات الأجهزة اللازمة لربط نظام السلوكي للنظام الاستحواذ. أخيرا، يجب أن يكون فريق البحث مرنة لاستيعاب احتياجات المريض الطبية، وخاصة فيما يتعلق جدولة حول الكادر الطبي.

ربط نشاط الدماغ البشري مباشرة إلى السلوك هو فرصة هامة لتعزيز فهم وظيفة الدماغ واختلال وظيفي. البيانات التي تم الحصول عليها من خلال التسجيلات داخل الجمجمة لديها عدد من المزايا على تقنيات الغازية وغير الغازية الأخرى، ولكن لا تجعل هذه التقنيات الأخرى باطلة أو عفا عليها الزمن. في الواقع، فإن الجمع بين التسجيلات والبيانات داخل الجمجمة جمع noninvasively أو في نموذج حيواني مجاني ويعزز فقط القدرة على فهم آليات اللازم المعلوماتنانوغرام والسيطرة السلوكية. بينما تمتلئ التجارب الكهربية الإنسان مع العقبات وتتطلب قدرا كبيرا من الصبر، هذه التقنيات لديها القدرة على انتاج رواية مثيرة والمعلومات فيما يتعلق السلوك البشري.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم الصراعات في الكشف عنها.

Acknowledgments

وأيد هذا العمل من قبل EFRI-MC3: # 1137237 منحت لSVS ومجموعة الاتصالات الأردنية

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).
أداء المهام السلوكية في المواد الدراسية داخل الجمجمة مع أقطاب
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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