Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

Het uitvoeren van Behavioral Taken in Proefpersonen met intracraniële elektroden

doi: 10.3791/51947 Published: October 2, 2014

Summary

Patiënten geïmplanteerd met intracraniële elektroden bieden een unieke kans om neurologische gegevens uit verschillende gebieden van de hersenen nemen terwijl de patiënt voert gedragstaken. Hier presenteren we een methode van het opnemen van geïmplanteerde patiënten die reproduceerbaar bij andere instellingen kunnen zijn die toegang hebben tot deze patiëntengroep.

Abstract

Patiënten met stereo-elektro-encefalografie (SEEG) elektrode, subduraal raster of diepte elektrode implantaten hebben een veelheid van elektroden geïmplanteerd in de verschillende gebieden van hun hersenen voor de lokalisatie van hun inbeslagname focus en welsprekende gebieden. Na implantatie, moet de patiënt in het ziekenhuis blijven tot de pathologische gebied van de hersenen wordt gevonden en eventueel gereseceerd. Gedurende deze tijd, deze patiënten bieden een unieke kans om de onderzoeksgemeenschap, omdat een willekeurig aantal gedrags-paradigma's kunnen worden uitgevoerd om de neurale ontdekken correleert die gids gedrag. Hier presenteren we een methode voor het opnemen van de hersenactiviteit van intracraniële implantaten als onderwerpen het uitvoeren van een gedrags-taak ontworpen om de besluitvorming en beloning codering beoordelen. Alle elektrofysiologische gegevens van de intracraniële elektroden worden geregistreerd in het gedrags-taak, waardoor de behandeling van de vele hersengebieden die betrokken zijn bij een enkele functie op tijdschalen gedrag relevant.Bovendien, en in tegenstelling dierstudies humane patiënten kunnen diverse gedragstaken snel te leren, waardoor de mogelijkheid om meer dan een taak in hetzelfde onderwerp of behoeve van de controle. Ondanks de vele voordelen van deze techniek voor het begrijpen van menselijke hersenfunctie, zijn er ook methodologische beperkingen die we bespreken, waaronder milieufactoren, pijnstillende werking, tijdsdruk en opnames van ziek weefsel. Deze methode kan eenvoudig worden uitgevoerd door een instelling die intracraniële evaluaties uitvoert; het verstrekken van de mogelijkheid om direct te onderzoeken menselijke hersenfunctie tijdens gedrag.

Introduction

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

Epilepsie is een van de meest voorkomende hersenaandoeningen, gekenmerkt door chronisch terugkerende aanvallen gevolg van overmatige elektrische ontladingen van groepen neuronen. Epilepsie treft ongeveer 50 miljoen mensen wereldwijd en ongeveer 40% van alle personen met epilepsie hebben hardnekkige aanvallen dat kan helemaal niet worden gecontroleerd door medische therapie 1. Chirurgie kan leiden tot inbeslagname status als de hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor het ontstaan ​​van epileptische aanvallen (de epileptogene zone - EZ) worden gelokaliseerd en operatief verwijderd of ontkoppeld. Om de anatomische locatie van de EZ en de nabijheid van mogelijke corticale en subcorticale gebieden sprekend definiëren een aantal niet-invasieve instrumenten zijn: analyse van beslaglegging semiologie, video-opnamen hoofdhuid elektro (ictal en interictale opnamen), neuropsychologische testen , magneto (MEG) en MRI 2. Bij invasieve gegevens onvoldoende precisely bepalen de locatie van de hypothetische EZ, wanneer het vermoeden bestaat van vroegtijdige betrokkenheid van welsprekende corticale en subcorticale gebieden of wanneer er de mogelijkheid voor multi-focale epilepsie, kan de chronische invasieve monitoring nodig zijn 3,4.

Werkwijzen chronische invasieve monitoring voor het definiëren van de locatie en grenzen van een EZ kunnen subduraal rasters en strips met elektroden op het oppervlak van de hersenen en stereo-elektro (SEEG), wanneer meerdere diepte elektroden in de hersenen worden geplaatst in een drie dimensionale mode. Subduraal intracraniële opnames werden in eerste instantie in 1939 toen Penfield en zijn collega's gebruikte epidurale enkel contact elektroden bij een patiënt met een oude linker temporale-pariëtale fractuur en waarvan pneumoencephalography bekendgemaakt diffuse cerebrale atrofie 5. Vervolgens, het gebruik van subdurale raster arrays steeds populairder na meerdere publicaties in de jaren 1980 demonstreerden hunveiligheid en werkzaamheid 6. De SEEG methode werd ontwikkeld en gepopulariseerd in Frankrijk door Jean Tailarach en Jean Bancaud tijdens de jaren '50 en werd vooral gebruikt in Frankrijk en Italië als de methode van keuze voor invasieve mapping in refractaire focale epilepsie 7-9.

Het principe van SEEG is gebaseerd op de anatomisch-electro-klinische correlaties, dat verwijst naar het belangrijkste principe van de 3-dimensionale ruimtelijke en temporele organisatie van de epileptische ontlading in de hersenen in verband met inbeslagneming semiologie. De implantatie strategie is geïndividualiseerd, met plaatsing van de elektroden op basis van een pre-implantatie hypothese dat rekening houdt met de primaire organisatie van de epileptische activiteit en het hypothetische epileptische netwerk betrokken bij de verspreiding van de aanvallen. Volgens verschillende Europese en recente Noord-Amerikaanse rapporten, SEEG methodiek maakt een nauwkeurige opnamen van diepe corticale en subcorticale structuren, meerdere niet-aaneengesloten lobes, en bilaterale verkenningen terwijl het vermijden van de noodzaak voor grote craniotomies 10-15. Daarna worden postoperatieve foto genomen om de exacte anatomische positie van de geïmplanteerde elektroden verkrijgen. Vervolgens werd een controleperiode begint waarin patiënten blijven in het ziekenhuis voor een periode van 1 tot 4 weken om interictale en ictal activiteiten opnemen van de geïmplanteerde elektroden. Deze monitoring periode is een geschikt moment voor het bestuderen van de hersenfunctie met event-related SEEG analyse, omdat er geen extra risico en de patiënt ziet meestal het onderzoek als een welkome executie van het mondaine controleperiode. De opnames vergaard uit intracraniële elektroden zijn niet alleen van vitaal belang om een ​​betere evaluatie en zorg voor epilepsiepatiënten, maar bovendien bieden de uitzonderlijke kans om de menselijke hersenactiviteit te bestuderen tijdens gedragsproblemen paradigma.

Verschillende onderzoekers hebben al de mogelijkheid om invasieve opnamen van studeren gerealiseerdepilepsiepatiënten. Hill et al. Gerapporteerd over de methodologie voor het opnemen electrocorticographic (ECoG) signalen van patiënten voor functionele corticale mapping 16. ECoG opnames hebben ook inzicht in de motor-taal koppeling 17. Patiënten met geïmplanteerde diepte elektroden navigatie taken uitgevoerd om de hersenen oscillaties studeren in het geheugen, leren 18 en beweging 19. Depth elektrode opnames werden ook gebruikt om paradigma studeren met anders onbereikbare tijdsresolutie zoals hippocampale opgewekte activiteit 20, neurale activiteit in de standaard modus netwerk 21 en het temporele verloop van de emotionele verwerking 22. Hudry et al bestudeerden patiënten met temporaalkwab epilepsie die SEEG elektroden geïmplanteerd in hun amygdala voor kortdurend olfactorische stimuli bijpassende 23 had. Een andere groep heeft een eenvoudige bewegingen van de ledematen, zoals de hand flexie of eenzijdige beweging van de hand of voet in gezonde brai studeerden plaatsen van epileptische patiënten met geïmplanteerde SEEG 24,25.

De hierboven beschreven studies zijn een kleine greep uit een zeer gevarieerde verzameling van relevante literatuur. Er bestaat een onoverkomelijke mogelijkheden om te leren en te begrijpen hoe het menselijk brein werkt met een combinatie van gedrags-taken en intracraniële opnames. Terwijl er andere methoden voor het bereiken van dit doel, intracraniële opnames bezitten een aantal voordelen, waaronder een hoge temporele en ruimtelijke resolutie, alsmede toegang tot diepere structuren. De auteurs hebben tot doel de algemene methodologie te beschrijven voor het opnemen van patiënten met intracraniële elektroden tijdens gedragstaken. Er zijn verschillende afschrikmiddelen en belemmeringen voor succesvolle voltooiing klinisch onderzoek bij patiënten die zorg. Beperkingen, verstorende effecten, en de betekenis van dit onderzoek zal ook worden geïdentificeerd en onderzocht.

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

Alle taken werden uitgevoerd volgens een goedgekeurde protocol bij de Institutional Review Board (IRB) van de Cleveland Clinic Foundation ingediend. Een informed consent proces werd uitgevoerd met elke patiënt voorafgaand aan alle onderzoeksactiviteiten. In dit voorbeeld, een onderwerp dat onderzoek criterium dat stereo-elektro heeft ontmoet (SEEG) elektroden geïmplanteerd voor inbeslagneming wordt gekozen. Het project is met het onderwerp besproken en zij hebben ingestemd om deel te nemen.

1 patiënt inschrijving

  1. Evalueren bij patiënten met refractaire epilepsie in ruil voor intracraniële elektroden implanteren. Als de patiënt een goede kandidaat voor de invasieve chirurgie, analyseren de patiënt MRI, PET en MEG samen met het beslag pathologie om plaatsing van de elektroden te optimaliseren. Een klinisch team voert alle evaluaties en er geen beslissingen genomen worden voor onderzoeksdoeleinden. .
  2. Identificeer aanmerking komende patiënten voor de studie VERVOLGnt te evalueren voor implantatie en verifiëren van de patiënten per goedgekeurde IRB protocol op basis van de criteria opname / uitsluiting.
    LET OP: Het is in het beste belang van de patiënt met proefpersonen met een aura in de inclusiecriteria omvatten. Patiënten met aura's kunnen de onderzoekers dat ze op het punt om een ​​aanval hebben in kennis stellen; het geven van de onderzoekers en de patiënt de tijd om de nodige voorzorgsmaatregelen te nemen (het indrukken van de inbeslagneming alarm naar de klinisch personeel melden en trekken alle apparatuur uit de weg). Echter, als proefpersonen worden geworven die niet beschikken over een aura, ervoor zorgen dat de patiënt invoerapparaten gemakkelijk kan worden verwijderd uit de patiënt gebied en dat het personeel zich bewust is van de onderzoeksapparatuur en protocol.
  3. Verkrijgen van geïnformeerde toestemming voorafgaand aan een onderzoek in overeenstemming met de IRB. Tijdens het informed consent, leggen het onderzoek, waarin wordt benadrukt dat de deelname is geheel vrijwillig en zal op geen enkele wijze invloed hebben op de patiënten klinische zorg. In de meeste gevallen is er is geen direct voordeel voor de patiënt en hun bereidheid om deel te nemen is altruïstisch.
  4. Behouden eerbiediging van de rechten van de patiënt en de privacy te allen tijde. Herinner de patiënten dat hun gegevens anoniem en vertrouwelijk blijven en ze kunnen deelnemen aan het onderzoek op elk gewenst moment onder geen gevolg te staken.
  5. Laat de patiënt te ondertekenen en dateren het informed consent, als hij of zij begrijpt en stemt ermee in om deel te nemen aan de studie. Laat een kopie achter met de patiënt te beoordelen; moeten ze nog vragen of opmerkingen aan te moedigen de patiënten contact opnemen met de PI.

2 Gedrag System Set-up

  1. Alvorens de apparatuur in de kamer, ervoor zorgen dat er voldoende ruimte in de kamer van de patiënt, maar ook de toegang tot de nodige stopcontacten (2).
  2. Controleer of alle apparatuur en kabels zijn klaar om te versnellen van de set-up. De gedrags omvat een FDA goedgekeurde robotarm (die onder cont toelaatrol een cursor tijdens de taak), een laptop computer om de gedrags-programma, een monitor voor de presentatie van de taak stimuli, en een data-acquisitie systeem om de elektrofysiologische en gedrags-gegevens op te slaan beheersen.
    OPMERKING: Breng de nodige aanpassingen aan de specifieke behoeften van het eigen onderzoek te voldoen. Gebruik bijvoorbeeld een knop doos voor de patiënt-interface in plaats van de robotarm.
  3. Als de patiënt niet momenteel gepositioneerd op een wijze geschikt voor de taak te voltooien, helpen de patiënt om een ​​ligstoel (of bed) met armen, moeten ze een aanval.
    OPMERKING: Het is een goed idee om de studie design, uitrusting, etc. te bespreken met alle leden van de controle-eenheid om hen te informeren over wat er gaande is, hoe de groep te maken krijgen met de patiënten, en de eventuele problemen die zich kunnen ontstaan.
  4. Wanneer de patiënt klaar is, brengen de gedrags-systeem in de kamer en beginnen met het opstarten van de gedrags-systeem en de robotarm.
  5. Sluit de digitale event marker-uitgang van de gedrags-computer aan op de DC-kanalen van de elektrofysiologische acquisitie systeem om tijd te vergrendelen de opgenomen SEEG signalen met gedragsproblemen event markers.
    Opmerking: In dit centrum is een aparte elektrofysiologische verkrijging aangewezen onderzoeksdoeleinden, die niet interfereert met de klinische acquisitiesysteem systeem. Het is echter mogelijk het klinische acquisitie systeem door met het juiste personeel. Alles moet in het werk worden gemaakt van de klinische overname niet te verstoren.
  6. Kalibreren van de robotarm en plaats het zo dat het bereik van de beweging is comfortabel voor de patiënt. Bij gebruik van een andere interface-apparaat, ervoor zorgen dat het apparaat correct werkt en is comfortabel gepositioneerd voor het onderwerp te gebruiken.
  7. Tijdens het gebruik van de robotarm, ervoor te zorgen dat de noodstop-knoppen zijn gemakkelijk te bereiken met de onderzoekers over de gedrags-taak. In het geval van een aanval, de noodstopknop isgeperst en materiaal wordt van de patiënt getrokken dat zij zich niet schadelijk. Daarnaast hebben we niet de klittenband die bij het robot-systeem gebruiken om verwijdering uit de patiënt in geval van een aanval optreedt vergemakkelijken.
    OPMERKING: In dit voorbeeld wordt de parallelle poort van het gedrag rig aangesloten op de digitale ingang poort van de acquisitie systeem met behulp van een parallelle poort kabel. Aanvullende analoge signalen zoals het x en y-positie van de robotarm ook geregistreerd.

3 Behavioral Task

  1. Leg de taak om de patiënt na afloop van de ingestelde rig en kalibratie van het interfaceorgaan.
  2. Gebruik een gedrags-taak vergelijkbaar met de kinderen kaartspel van "oorlog". Vraag de patiënt om weddenschappen te maken over de vraag of hun kaart groter is dan de kaart van de computer. De keuze van de inzet is gebaseerd op de perceptie van de relatieve waarde van de kaart van de patiënt. Vereenvoudig de tvragen voor daaropvolgende analyse, door uitsluitend kaarten van een pak en beperken het dek en de 2, 4, 6, 8 en 10 genummerde kaarten.
  3. Toon een fixatie cue op het scherm voor 350 msec. Zorg ervoor dat de patiënt houdt de cursor over de fixatie merk om de taak te starten.
  4. Toon de stimulans voor 1.000 msec. Laat de patiënt om hun kaart met kaart van de computer te zien naast het gezicht naar beneden.
  5. Naar aanleiding van de kaarten verdwijnen, tonen een go-cue (<5.000 msec) weergeven van twee opties, de patiënt te vragen inzetten, hetzij $ 5 of $ 20, op basis van hun kaart. Vraag de patiënt om de inzet te plaatsen door de cursor met behulp van de robotarm, over hun gekozen inzet. Willekeurig de inzet positie van proef tot proef om geen vooroordelen op basis van positie te waarborgen.
  6. Na de inzet is geselecteerd, merken een 250 - 500 msec vertraging (leeg scherm), gevolgd door de onthulling van de kaart van de computer (1.000 - 1.250 msec). Let op de uitkomst (1,000 ms), of de proef was een winnen, verliezen, of tekenen enhoeveel werd gewonnen of verloren.
  7. Laat de patiënt om te oefenen tot ze vertrouwen hebben in hun prestaties en hebben geen vragen.

4 Data Acquisition

  1. Noteer de data wanneer de patiënt klaar is en controleer of de instellingen van het onderzoek (of klinisch) acquisitie systeem op passende wijze worden gekozen.
  2. Schakel verlichting in de kamer en de TV aan het achtergrondgeluid tot een minimum tijdens de opname te houden. Daarnaast vragen de patiënt om zich te onthouden van gedrag, zoals hun voet te tikken, praten of schudden hun benen.
  3. Begin van de taak en het opnemen van de patiënt uitvoeren van de taak. Vraag het onderwerp om de taak uit te voeren gedurende 30 minuten. De bemonsteringsfrequentie van de robotarm systeem is 1 KHz, en die van SEEG opnamesysteem is 2 KHz.
    OPMERKING: Deze duur kan verschillen van andere paradigma's zijn.

5 Data Analysis

  1. Ten eerste de-identificatie van de geregistreerde gegevens SEEG zodat informa de patiënttie blijft vertrouwelijk en dat zijn / haar gegevens anoniem wordt ingediend.
  2. Het verkrijgen van de coördinaten van de elektrode locaties uit de postoperatieve CT en preoperatieve MRI.
  3. Lijn de neurofysiologische opnames met de digitale timestamps van de belangen van de gedrags-taak.
  4. Solliciteer signaal analysemethoden om het evenement afhankelijk hersenactiviteit modulatie analyseren.
    OPMERKING: In deze studie, spectrale vermogensdichtheid (PSD) van de event-related SEEG signalen werd berekend met behulp van Chronux multitaper toolbox 26,27. Elk onderzoeksgegevens is uitgelijnd ten opzichte van de relevante gebeurtenis (tijdstip nul) en de berekende PSD werd genormaliseerd in iedere frequentie bak ten opzichte van de basislijn PSD.

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

In deze resultaten presenteren we de analyse van de SEEG gegevens van het limbische systeem meegenomen in een onderwerp spelen War taak. We kunnen zien dat diverse aspecten van de oorlog Task roepen significante gamma-band (40 - 150 Hz) modulatie in het limbische systeem (figuur 1). Zoals te zien is, in de visuele cortex, de presentatie van een object op het scherm resultaten in een snel latency (~ 200 msec) brede band respons, ongeacht de taak contingentie. Bovendien lijkt er verschillen in de duur van de respons tijdens de beloning tijdsduur en een potentiaalverschil tussen de kracht van de uitgelokte respons voor beloond proeven worden vergeleken met proeven beloond. In tegenstelling, is de inferieure frontale gyrus alleen gemoduleerd studies die leiden tot beloning. Deze modulatie langer was latentie (~ 500 msec), suggereert een periode waarin de beloning informatie is verwerkt. De beloning gerelateerde responsiviteit is met de functie van dit deel van decortex, als men denkt dat de inferieure frontale gyrus is betrokken bij de besluitvorming en beloning evaluatie 28.

In deze analyse hebben we ervoor gekozen om de frequentie-inhoud van de elektrofysiologische gegevens in de gamma-band te onderzoeken, als men denkt dat deze band van de activiteit vertegenwoordigt cognitieve verwerking 29. Er is een grote verscheidenheid van analysetechnieken die kunnen worden gebruikt om plaatselijke veldsterkte gegevens betreffende gedragstaken, zoals frequenties in andere banden opgeroepen activiteit of netwerk analyse. Daarnaast zal offline statistische analyse van de statistische significantie met betrekking tot de gedragstaken bakenen.

Figuur 1
Figuur 1. Macht spectrum van activiteit ten opzichte van drie verschillende tijdperken (t = 0) in de Oorlog. Taak De eerste rij toont de activiteit van de inferieure frontale gyrus en de tweede rij toont de activiteit van de visuele cortex, (x-as: tijd ten opzichte epoch, y-as: frequentie en kleur vertegenwoordigt z-score opzichte van de basislijn) . Het nulpunten van de grafieken in elke kolom de verschijning van bet opties (linker kolom), de verschijning van positieve beloning (middelste kolom) en de verschijning van negatieve beloning (rechterkant). De kleur schalen zijn de procentuele veranderingen van het opgenomen signaal vermogen in elke frequentieband met betrekking tot de basislijn. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

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

Hier hebben we een methode voor het uitvoeren van intracraniële elektrofysiologische studies bij mensen als zij zich bezighouden met een gedrags-taak gepresenteerd. Deze methodiek en de eenvoudige permutaties zijn van belang voor het bestuderen van de menselijke beweging en cognitie. Hoewel er sprake inherent voordelen en nadelen aan elke techniek, het opnemen van intracraniële elektroden heeft voordelen ten opzichte van andere elektrofysiologische en beeldvormende technieken. Twee van de belangrijkste voordelen zijn de mogelijkheid om gegevens van hoge kwaliteit in een betere regeling en het ontwerp van gedragstaken.

Intracraniale elektrode opnamen hebben een aantal voordelen boven andere methoden om hersenactiviteit tijdens gedragstaken meten. Namelijk, een grote meerderheid van studies met beeldvormingstechnieken zoals fMRI en PET, die het voordeel van hoge dekkingsgebied maar beperkte tijdsresolutie (- 1,5 sec in de orde van 1) hebben uitgevoerd. Als zodanig zijn deze studies grove schattinghersenfunctie als een verandering in de activiteit ten opzichte van staten baseline en kunnen realistische schattingen van dynamische verwerking met betrekking tot specifieke onderdelen van het gedrag niet te bieden. MEG studies, anderzijds, hebben betere temporele resolutie (<1 msec) maar dekkingsgebied beperkt tot corticale doelen en kunnen verstoord door opgewekte diep in de hersenen. Single-en multi-eenheid studies hebben succesvol te zijn op het verstrekken van inzicht in de werking van de hersenen geweest, omdat ze bieden een hoge temporele resolutie. De beperking van conventionele enkele en meervoudige eenheid studies betreft de plaatsing van de elektroden direct in het hersengebied plaats, beperkt dekkingsgebied een kleine hoeveelheid weefsel. Vandaar dat deze studies neiging zich te richten op een deel (of kern) van de hersenen en niet te gaan hoe verbonden hersenkernen mede gedrag te 30 controleren. Daarentegen intracraniale elektrodes hoge tijdsresolutie (1 msec) en brededekkingsgebied (200 elektrodenposities), waardoor de onderzoeker informatieverwerking meerdere structuren van de hersenen gelijktijdig op tijdschalen kunnen onderscheiden specifieke componenten van gedrag te onderzoeken.

Naast de datakwaliteit, zijn er ook voordelen voor het ontwerp van gedrags studies die worden uitgevoerd in deze onderwerpen. In tegenstelling tot dierproeven, het cognitieve vermogen van de menselijke patiënten zorgt voor korte stages op complexe taken, wat leidt tot een snelle data-acquisitie en grotere steekproefomvang. Ten tweede, de neurale activiteit opgedaan uit deze studies is gerelateerd aan menselijk gedrag, waardoor de noodzaak om rekening te houden met soorten variaties in zowel neurale verwerking of gedrag. Tenslotte, omdat de onderwerpen in het bewakingsgebied langdurig en er geen wezenlijk risico uitvoering van deze studies, is het mogelijk om vele proeven verzamelen in een bepaalde taak en meer dan een taak in dezelfdepatiënt. Dit voordeel is van bijzonder belang, omdat het onderscheidend vermogen vergroot en zorgt voor een duidelijk control studies. Met andere technieken die worden gebruikt in de menselijke studies, tijd (dat wil zeggen, single / multi-unit registraties in de operatiekamer) en de kosten (dat wil zeggen, fMRI en MEG) beperkingen leiden tot kleine periodes het verzamelen van gegevens, die de mogelijkheid om sterke gevolgtrekkingen of om rekening te beperken voor alternatieve verklaringen voor een waargenomen effect. Daarentegen studies in diermodellen mogelijk langdurig opname, maar zijn meestal beperkt tot een soort gedrag vanwege beperkingen van gedragstraining. Bovendien kunnen patiënten ook feedback geven, positief of negatief, op de taak en hoe u eventueel verbeteren van de ervaringen van patiënten in de toekomst.

Hoewel er meerdere voordelen dergelijk onderzoek, zijn er enkele nadelen. Omdat deze patiënten zijn beperkt tot hun kamer terwijl ze worden afte bewaaktr de operatie, moet de gedrags-taak aan te passen aan de beperkingen van de ruimte, die kunnen bestaan ​​uit locatie van verkooppunten, achtergrondgeluiden van apparaten in de ruimte, of onderbrekingen van klinisch personeel. Waarnemingen moeten worden gemaakt tijdens de opnames, zodat eventuele onverwachte artefacten kunnen worden geboekt. Wat de verzamelde gegevens, de hersenen doelgebieden uitsluitend bepaald door het chirurgisch team in een poging om de EZ lokaliseren derhalve onderzoekers moeten begrijpen zij niet altijd verzamelen van hun ideale doelwit of hersengebieden die niet worden beïnvloed door ziekte. Een ander nadeel is de mogelijke verstorende effecten van welke pijnstillers of medicijnen die de patiënt kan nemen op het moment dat ze het uitvoeren van de gedrags-taak. Zonder controles vertegenwoordigen die verwart, is er geen manier om te bepalen hoe medicijnen vermogen van de patiënt om de taak zal beïnvloeden; hoewel in sommige gevallen, kunnen de effecten van analgetica of geneesmiddelen als focus van de studie.

Andere problemen met deze techniek onder andere de veiligheid van patiënten en de integriteit van de kliniek elektrofysiologische data. namelijk alles in het werk moet worden gesteld om te waken tegen letsel van de patiënt tijdens de experimentele taak. Bijvoorbeeld, in deze studie hebben we ervoor gekozen om de patiënten in een stoel terwijl ze voerde de gedrags-taak. De stoelen die we gebruiken zijn een normale inrichting in onze epilepsie inbeslagneming controle kamers en zijn ontworpen om letsel bij de patiënt te verminderen tijdens beslaglegging evenementen. Vaak is de patiënt al in de stoel voordat we beginnen met het experiment en verzoeken in de stoel te blijven na het experiment is voltooid. Met betrekking tot het beschermen van klinische gegevens, moeten verbindingen met de acquisitie systeem worden gemaakt zonder verstoring van data-acquisitie voor klinische doeleinden. Wij doen dit door middel van een tweede acquisitie systeem voor het verzamelen van onderzoeksdata in ons onderwerpen die onafhankelijk is van de klinische acquisitiesysteem. Dit kan echterveroorzaken synchronisatiefouten tussen de gedrags presentatiesysteem en klinische acquisitiesysteem, dat kan worden gecorrigeerd vooraf als voorzorg wordt gegeven aan de hardwarevereisten voor de gedrags systeem aan het acquisitiesysteem. Tenslotte moet de onderzoeksgroep flexibel medische behoeften van de patiënt geschikt zijn, vooral met betrekking tot plannen rond het ziekenhuispersoneel.

Direct correleren menselijke hersenactiviteit om gedrag is een belangrijke kans om het begrip van de hersenfunctie en dysfunctie te bevorderen. De verkregen via intracraniale opnamen data heeft een aantal voordelen boven andere invasieve en niet-invasieve technieken, maar niet deze andere technieken ongeldig of overbodig maken. In feite, de combinatie van intracraniële opnamen en gegevens noninvasively verzameld of in een diermodel is gratis en alleen versterkt het vermogen om de mechanismen van informatie verwer begrijpenng en gedragscontrole. Terwijl menselijke elektrofysiologische experimenten gevuld met obstakels en vereisen veel geduld, deze technieken hebben de mogelijkheid om nieuwe en spannende informatie opleveren voor de menselijke gedrag.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben geen conflicten te onthullen.

Acknowledgments

Dit werk werd ondersteund door EFRI-MC3: # 1137237 toegekend aan SVS en JTG

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).
Het uitvoeren van Behavioral Taken in Proefpersonen met intracraniële elektroden
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