Summary
I pazienti impiantati con elettrodi intracranici forniscono un'occasione unica per registrare i dati neurologici da più aree del cervello mentre il paziente esegue attività comportamentali. Qui, vi presentiamo un metodo di registrazione da pazienti impiantati che possono essere riproducibile in altri istituti con l'accesso a questa popolazione di pazienti.
Abstract
I pazienti che hanno stereo-elettroencefalografia (SEEG) elettrodi, griglia o profondità subdurale impianti di elettrodi hanno una moltitudine di elettrodi impiantati in diverse aree del loro cervello per la localizzazione della loro attenzione sequestro e aree eloquenti. Dopo l'impianto, il paziente deve rimanere in ospedale fino a quando l'area patologica del cervello si trova ed eventualmente asportato. Durante questo periodo, questi pazienti offrono un'opportunità unica per la comunità di ricerca, perché ogni numero di paradigmi comportamentali può essere eseguita per scoprire la correlazione neurale che il comportamento di guida. Qui vi presentiamo un metodo per registrare l'attività cerebrale da impianti intracranici come soggetti svolgono un compito comportamentale progettato per valutare il processo decisionale e la codifica ricompensa. Tutti i dati elettrofisiologici dagli elettrodi intracranici sono registrati durante il compito comportamentale, consentendo l'esame delle numerose aree cerebrali coinvolte in una singola funzione a scale temporali rilevanti per il comportamento.Inoltre, a differenza di studi su animali, pazienti umani possono imparare una grande varietà di compiti comportamentali rapidamente, consentendo la possibilità di eseguire più di un compito nello stesso soggetto o per i controlli dello spettacolo. Nonostante i numerosi vantaggi di questa tecnica per comprendere la funzione del cervello umano, ci sono anche limitazioni metodologiche che analizzeremo, tra cui i fattori ambientali, gli effetti analgesici, vincoli di tempo e registrazioni di tessuto malato. Questo metodo può essere facilmente implementata da qualsiasi istituzione che effettua valutazioni intracranici; offrendo l'opportunità di esaminare direttamente la funzione del cervello umano durante comportamento.
Introduction
L'epilessia è uno dei disturbi cerebrali più comuni, caratterizzata da crisi ricorrenti cronici derivanti da eccessive scariche elettriche provenienti da gruppi di neuroni. L'epilessia colpisce circa 50 milioni di persone in tutto il mondo e circa il 40% di tutte le persone con epilessia hanno convulsioni intrattabili che non possono essere completamente controllati dalla terapia medica 1. La chirurgia può risultare in stato di libero sequestro se le aree cerebrali responsabili della generazione di convulsioni (la zona epilettogena - EZ) sono localizzati e chirurgicamente rimossi o scollegati. Al fine di definire la posizione anatomica della EZ e la sua vicinanza con possibili aree eloquenti corticali e subcorticali, una serie di strumenti non invasivi sono disponibili: analisi di sequestro semiologia, registrazioni elettroencefalografiche di video-cuoio (ictali e registrazioni interictali), test neuropsicologici , magnetoencefalografia (MEG) e la risonanza magnetica 2. Quando i dati non invasivo è insufficiente per precisely definiscono la posizione della EZ ipotetico, quando vi è il sospetto di coinvolgimento precoce di corticale eloquente e aree sottocorticali o quando c'è la possibilità di crisi epilettiche multifocali, il monitoraggio invasivo cronica può essere richiesto 3,4.
Metodi di monitoraggio croniche invasivo per definire l'ubicazione e il perimetro di un EZ può includere griglie subdurali e strisce, con elettrodi posti sulla superficie del cervello, e stereo-elettroencefalografia (SEEG), quando più gli elettrodi di profondità sono collocati nel cervello in tre moda dimensionale. Registrazioni intracraniche subdurali sono stati inizialmente riportati nel 1939, quando Penfield e colleghi hanno utilizzato elettrodi di contatto singoli epidurale in un paziente con una vecchia frattura temporale-parietale sinistro e la cui pneumoencephalography comunicati diffusa atrofia cerebrale 5. Successivamente, l'uso di array griglia subdurali è diventato più popolare dopo più pubblicazioni nel corso del 1980 hanno dimostrato la lorosicurezza ed efficacia 6. Il metodo SEEG è stato sviluppato e reso popolare in Francia da Jean Tailarach e Jean Bancaud negli anni '50 ed è stato in gran parte utilizzato in Francia e in Italia, come il metodo di scelta per la mappatura invasiva refrattaria epilessia focale 7-9.
Il principio di SEEG si basa sulle correlazioni anatomo-elettro-clinico, che ha come principio fondamentale l'organizzazione spazio-temporale 3-dimensionale dello scarico epilettica nel cervello in correlazione con sequestro semiologia. La strategia impianto è individualizzato, con il posizionamento degli elettrodi basato su un'ipotesi preimpianto che prende in considerazione l'organizzazione principale dell'attività epilettiforme e la rete epilettico ipotetica coinvolti nella propagazione di convulsioni. Secondo diversi rapporti nordamericani e europei recenti, la metodologia SEEG consente registrazioni precise profonde strutture corticali e sottocorticali, più lo non contiguibes, ed esplorazioni bilaterali, evitando la necessità di grandi craniotomie 10-15. Successivamente, immagini postoperatorie sono prese per ottenere l'esatta posizione anatomica degli elettrodi impiantati. Successivamente, inizia un periodo di monitoraggio in cui i pazienti rimangono in ospedale per un periodo da 1 a 4 settimane, al fine di registrare le attività interictali e ictali dagli elettrodi impiantati. Questo periodo di monitoraggio è un momento opportuno per studiare la funzione del cervello con eventi legati analisi SEEG, in quanto non vi è alcun rischio aggiunto e il paziente vede tipicamente lo studio di ricerca come una tregua benvenuto dal periodo di monitoraggio mondano. Le registrazioni raccolto dagli elettrodi intracranici non solo sono di vitale importanza per una migliore valutazione e la cura dei pazienti affetti da epilessia, ma in aggiunta offrono l'eccezionale opportunità di studiare l'attività del cervello umano durante paradigmi comportamentali.
Diversi ricercatori hanno già realizzato la possibilità di studiare le registrazioni invasive dapazienti con epilessia. Hill et al. Riportato sulla metodologia per la registrazione electrocorticographic (ECOG) segnali di pazienti per la mappatura corticale funzionale 16. Registrazioni ECOG hanno anche fornito informazioni di accoppiamento motore-lingua 17. I pazienti con elettrodi di profondità impiantati hanno effettuato attività di navigazione per studiare le oscillazioni cerebrali in memoria, l'apprendimento e il movimento 18 19. Registrazioni elettrodi di profondità sono stati utilizzati anche per studiare i paradigmi con risoluzione temporale altrimenti irraggiungibili come ippocampale evocata l'attività 20, l'attività neurale nella rete default-mode 21, e il corso temporale di elaborazione emotiva 22. Hudry et al hanno studiato i pazienti con epilessia del lobo temporale che aveva elettrodi SEEG impiantati nel loro amigdala per stimoli olfattivi a breve termine di corrispondenza 23. Un altro gruppo ha studiato semplici movimenti degli arti, come la flessione mano o movimento unilaterale della mano o il piede in brai sanositi n di pazienti epilettici con impiantati SEEG 24,25.
Gli studi di cui sopra sono un piccolo campione di una collezione molto varia di letteratura rilevante. Esiste un potenziale insormontabile per imparare e capire come funziona il cervello umano utilizzando una combinazione di compiti comportamentali e registrazioni intracraniche. Mentre ci sono altri metodi per raggiungere tale obiettivo, le registrazioni intracraniche possiedono diversi vantaggi, tra cui ad alta risoluzione temporale e spaziale, nonché l'accesso alle strutture più profonde. Gli autori hanno lo scopo di descrivere la metodologia generale per la registrazione da pazienti con elettrodi intracranici durante compiti comportamentali. Tuttavia, ci sono diversi fattori dissuasivi e barriere di completare con successo la ricerca clinica nei pazienti che ricevono cure. Limitazioni, effetti confondenti, e il significato di questa ricerca saranno identificati e esplorate.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Tutte le attività sono state eseguite secondo un protocollo approvato presentata al Institutional Review Board (IRB), della Cleveland Clinic Foundation. Un processo di consenso informato è stato condotto con ogni paziente prima di tutte le attività di ricerca. In questo esempio, un soggetto che soddisfi il criterio studio che ha avuto stereo-elettroencefalografia (Seeg) elettrodi impiantati per sequestro è scelto. Il progetto è stato discusso con il soggetto e hanno acconsentito a partecipare.
1 arruolamento dei pazienti
- Valutare i pazienti con epilessia refrattaria in considerazione per intracranica elettrodo impianto. Se il paziente è un buon candidato per la chirurgia invasiva, analizzare il paziente MRI, PET e MEG insieme alla patologia sequestro al fine di ottimizzare il posizionamento degli elettrodi. Un team clinico svolge tutte le valutazioni e le decisioni non sono fatti per scopi di ricerca. .
- Identificare i pazienti eleggibili per lo studio subsequent alla valutazione per l'impianto e verificare i pazienti per il protocollo IRB approvato sulla base dei criteri di inclusione / esclusione.
NOTA: E 'nel migliore interesse del paziente per includere soggetti con un alone nei criteri di inclusione. I pazienti con aure sono in grado di informare i ricercatori che stanno per avere un sequestro; dando al paziente ricercatori e il tempo di prendere le necessarie precauzioni (premendo l'allarme sequestro a notificare al personale clinico e tirando tutte le attrezzature di mezzo). Tuttavia, se i soggetti sono reclutati che non hanno un'aura, assicurarsi che i dispositivi di input del paziente possono essere facilmente rimossi dalla zona paziente e che il personale sia a conoscenza delle attrezzature di ricerca e il protocollo. - Ottenere il consenso informato prima di qualsiasi attività di ricerca in conformità con l'IRB. Durante il consenso informato, spiega la ricerca, sottolineando che la partecipazione è assolutamente volontaria e non sarà in alcun modo influenzare i pazienti cura clinica. Nella maggior parte dei casi is nessun beneficio diretto per il paziente e la loro volontà di partecipare è altruista.
- Mantenere il rispetto dei diritti del paziente e la privacy in ogni momento. Ricorda ai pazienti che le loro informazioni rimarranno anonime e confidenziali e possono cessare la partecipazione allo studio in qualsiasi momento, sotto alcuna conseguenza.
- Avere il segno paziente e la data del consenso informato se lui o lei capisce e accetta di partecipare allo studio. Lascia una copia è lasciato con il paziente di rivedere; dovrebbero avere domande o dubbi incoraggiare i pazienti a contattare il PI.
2 Comportamento System Set-up
- Prima di portare l'apparecchio nella stanza, assicurarsi che ci sia spazio sufficiente nella stanza del paziente, così come l'accesso alle prese necessarie (2).
- Verificare che tutte le apparecchiature ei cavi sono pronti ad accelerare la messa a punto. Il sistema comportamentale include un FDA ha approvato braccio robotico (che permette al soggetto di control un cursore durante l'operazione), un computer portatile per controllare il programma comportamentale, un monitor per presentare gli stimoli di attività, e di un sistema di acquisizione dati per memorizzare i dati elettrofisiologici e comportamentali.
NOTA: Effettuare le modifiche necessarie per soddisfare le esigenze specifiche della propria ricerca. Ad esempio, utilizzare una casella di pulsante per l'interfaccia paziente al posto del braccio robotico. - Se il paziente non è attualmente posizionata in modo adeguato per completare l'operazione, aiutare il paziente ad una sedia reclinabile (o matrimoniale) con le armi, dovrebbero avere un sequestro.
NOTA: E 'una buona idea per discutere il disegno dello studio, le attrezzature, ecc, con tutti i membri dell'unità di monitoraggio per informarli di quello che sta succedendo, come il gruppo interagirà con i pazienti, e gli eventuali problemi che possono sorgere. - Quando il paziente è pronto, portare il sistema comportamentale nella stanza e iniziare l'avvio del sistema comportamentale e il braccio robotico.
- Collegare il Marke evento digitaler uscita dal computer comportamentale ai canali CC del sistema di acquisizione elettrofisiologico per un tempo bloccare i segnali SEEG registrate con marcatori comportamentali eventi.
NOTA: In questo centro vi è un sistema separato di acquisizione elettrofisiologico designata a fini di ricerca, che non interferiscono con il sistema di acquisizione clinico. Tuttavia, è possibile utilizzare il sistema di acquisizione clinica lavorando con il personale addetto. Tutti gli sforzi dovrebbero essere fatti per non interrompere l'acquisizione clinica. - Calibrare il braccio robotico e posizionarlo in modo che la gamma di movimento è confortevole per il paziente. Se si utilizza un altro dispositivo di interfaccia, accertarsi che l'impianto funzioni correttamente ed è posizionato comodamente per il soggetto da utilizzare.
- Durante l'utilizzo del braccio robotico, assicurarsi che i pulsanti di arresto di emergenza sono facilmente accessibili dai ricercatori di tutto il compito comportamentale. In caso di sequestro, il pulsante di arresto di emergenza èpremuto e l'apparecchiatura è tirato via dal paziente in modo che non si danneggiano se stessi. Inoltre, non usiamo le cinghie in velcro che vengono con il sistema robotico per facilitare la rimozione dal paziente nel caso in cui si verifica un sequestro.
NOTA: In questo esempio, la porta parallela del rig comportamento è collegata alla porta di ingresso digitale del sistema di acquisizione mediante un cavo porta parallela. Ulteriori segnali analogici come l'x e y posizione del braccio robotico vengono registrati simultaneamente.
3 comportamentale Task
- Spiegare il compito al paziente dopo il completamento della piattaforma impostare e taratura del dispositivo di interfaccia.
- Utilizzare un compito comportamentale simile al gioco di carte per bambini di "guerra". Chiedere al paziente di effettuare scommesse sul fatto che la loro carta è maggiore di carta del computer. La scelta della scommessa si basa sulla percezione del paziente del valore relativo della loro carta. Semplificare il tchiedere per successive analisi, utilizzando solo carte dello stesso seme e limitando il ponte alle 2, 4, 6, 8, e 10 carte numerate.
- Mostra una stecca fissazione sullo schermo per 350 msec. Assicurarsi che il paziente tiene il cursore sopra il marchio fissazione per avviare l'attività.
- Mostra lo stimolo per 1000 msec. Lasciare che il paziente per vedere la loro carta con la carta del computer accanto a faccia in giù.
- Dopo la scomparsa carte, mostrano un go-cue (<5.000 msec) visualizza due opzioni, chiedendo al paziente di scommettere $ 5 o $ 20, sulla base della loro carta. Chiedere al paziente di effettuare la scommessa spostando il cursore con il braccio robotizzato, su loro scommessa prescelta. Randomize la posizione puntata da prova a prova per garantire l'assenza di pregiudizi in base alla posizione.
- Dopo aver selezionato la scommessa, notare un 250 - ritardo di 500 msec (schermo nero), seguita dalla rivelazione della carta del computer (1.000 - 1.250 msec). Osservare il risultato (1.000 msec), se il processo è stato una vittoria, perdere, o disegnare equanto è stato vinto o perso.
- Lasciare che il paziente di praticare fino a che non sono sicuri della loro prestazioni e non hanno domande.
4 Acquisizione Dati
- Registrare i dati quando il paziente è pronto e verificare che le impostazioni di ricerca (o clinica) sistema di acquisizione siano adeguatamente selezionati.
- Spegnere le luci della stanza e la TV per mantenere il rumore di fondo al minimo durante la registrazione. Inoltre, chiedere al paziente di astenersi da comportamenti come toccando il loro piede, parlare o agitando le gambe.
- Inizia l'attività e registra il paziente esegue il compito. Chiedere al soggetto di svolgere il compito per 30 min. La frequenza di campionamento del sistema braccio robotico è di 1 KHz, e quella del sistema di registrazione SEEG è 2 KHz.
NOTA: Questo periodo può essere diverso per altri paradigmi.
Analisi dei dati 5.
- In primo luogo, de-identificare i dati SEEG registrati per garantire che informa del pazientezione rimane riservato e che le sue / suoi dati è presentata in forma anonima.
- Ottenere le coordinate dei luoghi elettrodi dal post-operatorio MRI e TC preoperatoria.
- Allineare le registrazioni neurofisiologiche con i timestamp digitali di interesse dal compito comportamentale.
- Applicare metodi di analisi del segnale per analizzare l'evento dipendente modulazione dell'attività cerebrale.
NOTA: In questo studio, la densità spettrale di potenza (PSD) dell'evento correlato segnali SEEG è stato calcolato utilizzando Chronux multitaper toolbox 26,27. Ogni dato prova è stata allineata rispetto al relativo evento (tempo zero), e il PSD calcolata è stata normalizzata in ciascun bin di frequenza rispetto al basale PSD.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
In questi risultati vi presentiamo l'analisi dei dati Seeg dal sistema limbico catturato in un soggetto suonare il Task guerra. Siamo in grado di dimostrare che i vari aspetti della Task guerra evocano significativo della banda gamma (40 - 150 Hz), la modulazione del sistema limbico (Figura 1). Come si è visto, nella corteccia visiva, la presentazione di un oggetto sui risultati dello schermo in una latenza veloce (~ 200 msec) risposta banda larga indipendentemente dalla contingenza compito. Inoltre, sembra esserci differenze nella durata della risposta nel periodo premio e una differenza di potenziale tra la potenza della risposta evocata per prove unrewarded rispetto ai processi ricompensati. Al contrario, il giro frontale inferiore è modulata solo in studi che si traducono in ricompensa. Questa modulazione era più in latenza (~ 500 msec), suggerendo un periodo in cui l'informazione ricompensa era in fase di elaborazione. La reattività ricompensa correlata è coerente con la funzione di questa parte delcorteccia, in quanto si ritiene che il giro frontale inferiore è coinvolto nel processo decisionale e la ricompensa di valutazione 28.
In questa analisi, abbiamo scelto di esaminare il contenuto in frequenza dei dati elettrofisiologici nella gamma banda gamma, in quanto si pensa che questa banda di attività rappresenta elaborazione cognitiva 29. Tuttavia, ci sono una grande varietà di tecniche di analisi che possono essere impiegati per i dati relativi al campo locale compiti comportamentali, quali il contenuto di frequenza in altre bande, attività evocata, o analisi basata rete. Inoltre, l'analisi statistica collegato e riporta la significatività statistica rispetto ai compiti comportamentali.
Figura 1. Spettro di potenza di attività relativa a tre diverse epoche (t = 0) nella guerra. Compito La prima riga descrive l'attività del giro frontale inferiore e la seconda riga descrive l'attività della corteccia visiva, (asse delle ascisse: tempo relativo in epoca, asse y: frequenza e colore rappresenta z-score rispetto al basale) . Gli zeri temporali dei grafici in ogni colonna rappresenta la comparsa delle opzioni di scommessa (colonna di sinistra), la comparsa di ricompensa positiva (colonna centrale), e la comparsa di ricompensa negativa (colonna di destra). Le scale di colore sono le variazioni percentuali della potenza del segnale registrato in ciascuna banda di frequenza rispetto alla linea di base. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Qui abbiamo presentato un metodo per l'esecuzione di studi elettrofisiologici intracraniche negli esseri umani, come si impegnano in un compito comportamentale. Questa metodologia e le sue semplici permutazioni sono importanti per lo studio del movimento umano e la cognizione. Mentre esiste intrinsecamente vantaggi e svantaggi di ogni tecnica, la registrazione da elettrodi intracranici ha dei vantaggi rispetto ad altre tecniche elettrofisiologiche e di imaging. Due dei principali vantaggi sono la capacità di raccogliere dati di alta qualità con un migliore controllo e la progettazione delle attività comportamentali.
Registrazioni elettrodi intracranici hanno un certo numero di vantaggi rispetto ad altri metodi utilizzati per misurare l'attività cerebrale durante compiti comportamentali. Vale a dire, la stragrande maggioranza degli studi sono stati condotti utilizzando tecniche di imaging come la risonanza magnetica e PET, che offrono il vantaggio di un'elevata copertura spaziale, ma risoluzione temporale limitato (dell'ordine di 1 - 1,5 sec). Come tali, questi studi stimano grossolanamentefunzione del cervello come un cambiamento nell'attività rispetto al basale Stati e non in grado di fornire stime realistiche di elaborazione dinamica relativa ai componenti specifici di comportamento. Studi MEG, d'altra parte, hanno una migliore risoluzione temporale (<1 msec), ma la copertura spaziale è limitato a bersagli corticali e possono essere confusi dai segnali generati in profondità all'interno del cervello. Studi singola unità e pluriennali sono riusciti a fornire spaccato funzione del cervello, in quanto forniscono alta risoluzione temporale. Tuttavia, la limitazione delle convenzionali studi singoli e multipli unitari riferisce al posizionamento degli elettrodi direttamente nell'area cerebrale di interesse, limitando copertura spaziale di un piccolo volume di tessuto. Quindi, questi studi tendono a concentrarsi su una parte (o nucleo) del cervello e non riescono a esaminare in che modo interconnesso nuclei cerebrali comunicano per controllare il comportamento 30. Al contrario, gli elettrodi intracranici forniscono alta risoluzione temporale (1 msec) e largocopertura spaziale (fino a 200 posizioni degli elettrodi), permettendo al ricercatore di esaminare l'elaborazione delle informazioni tra più strutture del cervello simultaneamente su scale temporali capaci di componenti specifici esigenti di comportamento.
Oltre alla qualità dei dati, ci sono anche vantaggi per la progettazione di studi comportamentali che possono essere condotti in questi soggetti. In contrasto con gli studi sugli animali, la capacità cognitiva dei pazienti umani consente per brevi periodi di formazione in compiti complessi, che conduca all'acquisizione di dati veloce e campioni di dimensioni più grandi. In secondo luogo, l'attività neurale acquisita da questi studi è relativo al comportamento umano, eliminando la necessità di tenere conto di variazioni di specie o di elaborazione o di comportamento neurale. Infine, poiché i soggetti sono nella zona di monitoraggio per lunghi periodi e non c'è rischio sostanziale nel condurre questi studi, è possibile raccogliere molte prove in una determinata operazione e di eseguire più di un compito nello stessopaziente. Questo vantaggio è particolarmente importante perché migliora potenza statistica e permette l'esecuzione di prove di controllo. Con altre tecniche utilizzate in studi sull'uomo, il tempo (ad esempio, / registrazioni unico multi unità in sala operatoria) e il costo (ad esempio, fMRI e MEG) Le restrizioni portano a brevi periodi di raccolta dati, che limitano la capacità di fare inferenze forti o per conto per spiegazioni alternative per un effetto osservato. Al contrario, gli studi condotti in modelli animali permettono lunghi periodi di registrazione, ma sono in genere limitati a un tipo di comportamento a causa di vincoli di formazione comportamentale. Inoltre, i pazienti possono anche fornire un feedback, positivo o negativo, sul compito e come migliorare potenzialmente l'esperienza del paziente in futuro.
Mentre ci sono molteplici vantaggi di questo tipo di ricerca, ci sono alcuni svantaggi. Poiché questi pazienti sono limitati nella loro stanza mentre vengono monitorati aftechirurgia R, il compito comportamentale deve adattarsi ai vincoli della stanza, che possono includere ubicazione delle prese, rumore di fondo da apparecchiature nella stanza, o interruzioni da personale clinico. Le osservazioni devono essere effettuate durante le registrazioni in modo che eventuali artefatti imprevisti possono essere contabilizzate. Per quanto riguarda i dati raccolti, le aree cerebrali mirati sono determinati esclusivamente dal team chirurgico nel tentativo di individuare l'EZ, quindi i ricercatori devono capire che non possono sempre raccogliere dati dalla loro destinazione ideale o da aree del cervello che non sono interessati da malattia. Un altro svantaggio è il potenziale per gli effetti di eventuali analgesici o farmaci che il paziente possa essere tenuto nel momento in cui sta eseguendo il compito comportamentale confondimento. Senza controlli per tenere conto di questi confonde, non vi è alcun modo per determinare come i farmaci influenzano la capacità del paziente di svolgere il compito; sebbene in alcuni casi, gli effetti di analgesici o farmaci possono essere focus dello studio.
Altri problemi con questa tecnica sono la sicurezza e l'integrità dei dati elettrofisiologici clinica del paziente. cioè dovrebbe essere fatto ogni sforzo per evitare lesioni al paziente durante il compito sperimentale. Ad esempio, in questo studio, abbiamo scelto di avere i pazienti in una sedia mentre si sono esibiti il compito comportamentale. Le sedie che abbiamo usato sono un arredamento normale nelle nostre camere monitoraggio epilessia sequestro e sono progettati per ridurre lesioni al paziente durante gli eventi convulsivi. Spesso il paziente è già sulla sedia prima di iniziare l'esperimento e le richieste di rimanere sulla sedia dopo l'esperimento è completata. Per quanto riguarda la protezione dei dati clinici, le connessioni al sistema di acquisizione devono essere effettuate senza interrompere l'acquisizione dei dati per scopi clinici. Realizziamo questo con l'uso di un secondo sistema di acquisizione di raccolta di dati di ricerca nei nostri soggetti che è indipendente dal sistema di acquisizione clinico. Tuttavia, questo puòcausare errori di sincronizzazione tra il sistema di presentazione comportamentale e il sistema di acquisizione clinico, che può essere corretta in anticipo, se accortezza è data ai requisiti hardware necessari per collegare il sistema comportamentale al sistema di acquisizione. Infine, il team di ricerca deve essere flessibile per soddisfare le esigenze mediche del paziente, soprattutto per quanto riguarda la pianificazione di tutto il personale clinico.
Direttamente correlare l'attività del cervello umano per comportamento è un'occasione importante per far progredire la comprensione della funzione cerebrale e la disfunzione. I dati ottenuti attraverso le registrazioni intracraniche ha un certo numero di vantaggi rispetto ad altre tecniche invasive e non invasive, ma non rendono queste altre tecniche non valide o obsolete. Infatti, la combinazione di registrazioni intracraniche e dei dati raccolti in modo non invasivo o in un modello animale è gratuito e rafforza solo la capacità di comprendere i meccanismi di informazione Processing e il controllo comportamentale. Mentre esperimenti di elettrofisiologia umani sono pieni di ostacoli e richiedono una grande quantità di pazienza, queste tecniche hanno la capacità di produrre nuovi e interessanti informazioni riguardo al comportamento umano.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori non hanno conflitti di rivelare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato sostenuto da EFRI-MC3: # 1137237 assegnato a SVS e 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 |
References
- Epilepsy Fact Sheet No. 999. , World Health Organization. Available from: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs999/en/ (2013).
- Rosenow, F., Luders, H. Presurgical evaluation of epilepsy. Brain. 124, 1683-1700 (1093).
- 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).
- Jayakar, P. Invasive EEG monitoring in children: When, where, and what. J Clin Neurophysiol. 16, 408-418 (1999).
- 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).
- Dinner, D. S., Luders, H. O., Klem, G. Chronic electrocorticography: Cleveland clinic experience. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. , 58-69 (1998).
- Bancaud, J., et al. Functional Stereotaxic Exploration (Seeg) of Epilepsy. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 28, 85 (1970).
- Chassoux, F., et al. Intralesional recordings and epileptogenic zone in focal polymicrogyria. Epilepsia. 49, 51-64 (2008).
- Lo Russo, G., et al. Focal cortical resection in malformations of cortical development. Epileptic Disord. 5, S115-S123 (2003).
- Avanzini, G. Discussion of stereoelectroencephalography. Acta neurologica Scandinavica Supplementum. , 152-170 (1994).
- Cossu, M., et al. Stereo-EEG in children. Child Nerv Syst. 22, 766-778 (2006).
- Cossu, M., et al. Epilepsy surgery in children: Results and predictors of outcome on seizures. Epilepsia. 49, 65-72 (2008).
- 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).
- 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).
- Vadera, S., et al. Stereoelectroencephalography following subdural grid placement for difficult to localize epilepsy. Neurosurgery. 72, 723-729 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Roman, R., et al. Hippocampal negative event-related potential recorded in humans during a simple sensorimotor task occurs independently of motor execution. Hippocampus. , (2013).
- Jerbi, K., et al. Exploring the electrophysiological correlates of the default-mode network with intracerebral EEG. Front Syst Neurosci. 4, 27 (2010).
- 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).
- 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).
- Rektor, I., Bares, M., Kubova, D. Movement-related potentials in the basal ganglia: a SEEG readiness potential study. Clin Neurophysiol. 112, 2146-2153 (2001).
- 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).
- Mitra, P., Bokil, H. Observed Brain Dynamics. , Oxford University Press. New York. (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
