Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

Utføre Behavioral oppgaver hos personer med Intrakraniale Elektroder

doi: 10.3791/51947 Published: October 2, 2014

Summary

Pasienter implantert med intrakraniale elektroder gir en unik mulighet til å ta opp nevrologiske data fra flere områder av hjernen mens pasienten utfører adferdsoppgaver. Her presenterer vi en metode for opptak fra implantert pasienter som kan være reproduserbar ved andre institusjoner med tilgang til denne pasientgruppen.

Abstract

Pasienter som har stereo-elektroencefalografi (SEEG) elektrode, subduralt rutenett eller dybde elektrode implantater har en rekke elektroder implantert i ulike områder av hjernen deres for lokalisering av sine anfall fokus og veltalende områder. Etter implantering, pasienten må forbli i sykehuset før det patologiske område av hjernen er funnet og eventuelt foretatt reseksjon. I løpet av denne tiden, disse pasientene har en unik mulighet til forskersamfunnet, fordi en rekke atferds paradigmer kan utføres for å avdekke nevrale korrelerer som guide atferd. Her presenterer vi en metode for registrering av hjernens aktivitet fra intrakranielle implantater som fag utføre en atferds oppgave utviklet for å vurdere beslutninger og belønning koding. Alle elektrofysiologiske data fra de intrakranielle elektroder er registrert i løpet av de atferdsmessige oppgave, noe som åpner for undersøkelse av de mange hjerneområder som er involvert i en enkelt funksjon på tidsskalaer relevant for atferd.Videre og i motsetning til dyrestudier, humane pasienter kan lære en rekke forskjellige adferdsoppgaver raskt, noe som åpner for muligheten til å utføre mer enn en oppgave i samme emne eller for å utføre kontroller. Til tross for de mange fordelene med denne teknikken for å forstå menneskelig hjernens funksjon, er det også metodiske begrensninger som vi diskuterer, inkludert miljøfaktorer, analgetiske effekter, tidsbegrensninger og opptak fra sykt vev. Denne metoden kan enkelt implementeres av noen institusjon som utfører intrakranielle vurderinger; som gir anledning til direkte å undersøke menneskelige hjerne funksjon under oppførsel.

Introduction

Epilepsi er en av de mest vanlige hjernesykdommer, karakterisert ved kronisk tilbakevendende anfall som skyldes stor elektriske utladninger fra grupper av neuroner. Epilepsi rammer rundt 50 millioner mennesker over hele verden og ca 40% av alle personer med epilepsi har låste beslag som ikke kan helt kontrolleres av medisinsk behandling en. Kirurgi kan føre anfallsfrie status hvis de hjerneområder som er ansvarlige for generering av anfall (den epileptogen sone - EZ) er lokalisert og kirurgisk fjernet eller frakoblet. For å definere den anatomiske plasseringen av EZ og sin nærhet med mulige kortikale og subkortikale veltalende områder, en rekke ikke-invasive verktøy er tilgjengelige: analyse av beslag semiologi, video-skalp elek opptak (ictal og interiktal opptak), nevropsykologisk testing , magnetoencefalografi (MEG) og MR to. Når ikke-invasiv data er utilstrekkelige for å precisely definere plasseringen av hypotetiske EZ, når det er mistanke om tidlig involvering av veltalende kortikale og subkortikale områder eller når det er mulighet for multifokale anfall, kan kronisk invasiv monitorering kreves 3,4.

Metoder for kronisk invasiv monitorering for å definere plassering og grenser av en EZ kan omfatte subdurale nett og strimler, med elektroder plassert på hjernens overflate, og stereo-elektroencefalografi (SEEG), når flere dybde elektroder er plassert i hjernen i et tre dimensjonale fashion. Subdurale intrakranielle opptakene ble opprinnelig rapportert i 1939 da Penfield og kolleger brukte epidural enkelt kontakt elektroder i en pasient med en gammel venstre tinning-parietal brudd og hvis pneumoencephalography avslørt diffuse cerebral atrofi fem. Deretter, bruk av subdurale grid arrays ble mer populær etter flere publikasjoner i 1980 vist sinSikkerhet og effekt seks. Den SEEG metoden ble utviklet og popularisert i Frankrike av Jean Tailarach og Jean Bancaud løpet av 50-tallet og har blitt mest brukt i Frankrike og Italia som metoden for valg for invasiv kartlegging i ildfast fokus epilepsi 7-9.

Prinsippet om SEEG er basert på anatomo-elektro-kliniske sammenhenger, som tar som hovedprinsipp for 3-dimensjonal romlig-temporal organisering av epileptiske utslipp i hjernen i sammenheng med beslaget semiologi. Implantasjon strategi er individualisert, med elektrodeplasseringen basert på en preimplantation hypotese som tar hensyn til den primære organisasjonen av epileptiform aktivitet og den hypotetiske epileptisk nettverk involvert i spredning av anfall. Ifølge flere europeiske og senere nordamerikanske rapporter, SEEG metodikk muliggjør presise opptak fra dype kortikale og subkortikale strukturer, flere, spredte loBES, og bilaterale undersøkelser mens du unngår behovet for store craniotomies 10-15. Etterpå blir postoperative bilder tatt for å oppnå den nøyaktige anatomisk posisjon av de implanterte elektrodene. Deretter, en overvåkingsperioden starter der forbli pasienter på sykehuset for en periode på 1 til 4 uker for å spille inn interiktal og ictal aktiviteter fra de implanterte elektroder. Dette overvåkingsperioden er et beleilig tidspunkt for å studere hjernens funksjon ved hjelp av event-relatert SEEG analyse, så det er ingen ekstra risiko og pasienten vanligvis ser på forskningsstudie som en velkommen benådning fra verdslig overvåkingsperioden. Opptakene fått fra intrakranielle elektroder er ikke bare viktig for å bedre evaluering og omsorg av epilepsipasienter, men i tillegg gir den enestående mulighet til å studere menneskelige hjernens aktivitet under atferds paradigmer.

Flere forskere har allerede innsett muligheten til å studere invasive opptak fraepilepsipasienter. Hill et al. Rapportert på den metoden for opptak electrocorticographic (ECOG) signaler fra pasienter for funksjonell kortikale kartlegging 16. ECOG innspillinger har også gitt innsikt til motor-språk Kobling 17. Pasienter med implanterte dybdeelektroder har utført navigasjons oppgaver å studere hjerne svingninger i hukommelse, læring 18 og bevegelse 19. Dybde elektrode opptakene ble også brukt til å studere paradigmer med ellers uoppnåelig tidsoppløsning som hippocampus fremkalt aktivitet 20, nevrale aktiviteten i standard-modus nettverk 21, og tinning løpet av emosjonell prosessering 22. Hudry et al studerte pasienter med tinninglappen epilepsi som hadde SEEG elektroder implantert i deres amygdala for kortsiktige olfactory stimuli matchende 23. En annen gruppe har studert enkle beinbevegelser som fleksjon hånd eller ensidig bevegelse av hånd eller fot i sunn brain nettsteder fra epileptiske pasienter med implantert SEEG 24,25.

Studiene som er beskrevet ovenfor er et lite utvalg av en svært variert samling av relevant litteratur. Det finnes en uoverstigelig potensial til å lære og forstå hvordan den menneskelige hjernen fungerer ved hjelp av en kombinasjon av atferds oppgaver og intrakranielle innspillinger. Mens det finnes andre metoder for å oppnå dette målet, intrakranielle innspillinger har flere fordeler, blant annet høy temporal og romlig oppløsning samt tilgang til dypere strukturer. Forfatterne tar sikte på å beskrive den generelle metodikk for opptak fra pasienter med intrakranielle elektroder under atferds oppgaver. Men det er flere hindringer og barrierer du har fullført klinisk forskning hos pasienter som får behandling. Begrensninger, konfunderende effekter, og betydningen av denne forskningen vil også bli identifisert og utforsket.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle oppgaver ble utført i henhold til godkjent protokoll sendes til Institutional Review Board (IRB) i Cleveland Clinic Foundation. Et informert samtykke prosessen ble gjennomført med hver pasient før alle forskningsaktiviteter. I dette eksempelet, et emne som oppfyller studie kriterium som har hatt stereo-elektroencefalografi (SEEG) elektroder implantert for beslag er valgt. Prosjektet ble diskutert med faget og de har samtykket til å delta.

1. pasientinklusjonen

  1. Vurdere pasienter med refraktær epilepsi i betraktning for intrakraniell elektrode implantasjon. Hvis pasienten er en god kandidat for invasiv kirurgi, analysere pasientens MRI, PET og MEG sammen med beslaget patologi for å optimalisere plasseringen av elektrodene. En klinisk teamet utfører alle evalueringer og ingen beslutninger er laget for forskningsformål. .
  2. Identifisere kvalifiserte pasienter til studien subsequent til evaluering for implantasjon og verifisere pasienter per den godkjente IRB protokoll basert på kriterier de inkludering / ekskludering.
    MERK: Det er i beste interesse for pasienten å inkludere deltakere med en aura i inklusjonskriteriene. Pasienter med auraer er i stand til å varsle forskerne at de er i ferd med å få et anfall; gi forskere og pasienten tid til å ta de nødvendige forholdsregler (trykke beslaget alarm for å varsle den kliniske personalet og trekke alt utstyr ut av veien). Men hvis fagene blir rekruttert som ikke har en aura, sikre at pasienten inndataenheter kan lett fjernes fra pasienten området og at de ansatte er klar over forskningsutstyr og protokoll.
  3. Innhente informert samtykke før eventuelle forskningsaktiviteter i henhold til IRB. I løpet av informert samtykke, forklare forskning, understreker at deltakelse er helt frivillig, og vil på ingen måte påvirke pasientene klinisk arbeid. I de fleste tilfeller der jegs ingen direkte fordel for pasienten og deres vilje til å delta er altruistiske.
  4. Opprettholde respekt for pasientens rettigheter og privatliv til alle tider. Minn pasientene at deres informasjon vil forbli anonym og konfidensiell og de kan slutte deltakelse i studien når som helst under noen konsekvens.
  5. Har pasienten Signer og dater informert samtykke hvis han eller hun forstår og samtykker i å delta i studien. Legg igjen ett eksemplar igjen med pasienten en anmeldelse; bør de har spørsmål eller bekymringer oppfordre pasientene til å ta kontakt med PI.

2. Behavior System Set-up

  1. Før bringe utstyret inn i rommet, påse at det er nok plass i pasientens rom, samt tilgang til nødvendige uttak (2).
  2. Sjekk at alt utstyr og ledninger er klar til å fremskynde satt opp. Den atferds systemet inkluderer en FDA godkjent robotarm (som gjør at lagt fortsrol en markør under oppgaven), en bærbar datamaskin for å kontrollere atferds program, en skjerm for å presentere oppgaven stimuli, og en datainnsamling system for å lagre elektrofysiologiske og adferdsdata.
    MERK: Pass på nødvendige endringer for å dekke spesielle behov av ens forskning. For eksempel bruker en knapp boks for pasienten grensesnitt i stedet for robotarmen.
  3. Hvis pasienten ikke er i dag plassert på en måte som er egnet til å fullføre oppgaven, hjelpe pasienten til en lenestol (eller seng) med armene, bør de ha et anfall.
    MERK: Det er en god idé å diskutere studiens design, utstyr, etc. med alle medlemmer av overvåkningsenhet for å informere dem om hva som skjer, hvordan gruppen vil være i samspill med pasientene, og eventuelle problemer som kan oppstår.
  4. Når pasienten er klar, ta med atferdssystemet inn i rommet og begynner å starte opp atferdssystemet og robotarm.
  5. Koble den digitale arrangementet markeutgang r fra atferds datamaskinen til DC kanalene i den elektrofysiologisk innsamlingssystem for å tid låse de registrerte SEEG signaler med atferds markører event.
    MERK: På dette senteret er det en egen elektrofysiologisk oppkjøpet system utpekt for forskningsformål, som ikke forstyrrer den kliniske oppkjøpet system. Det er imidlertid mulig å bruke den kliniske innsamlingssystem ved å arbeide med de passende personell. Alle anstrengelser bør gjøres for ikke å forstyrre den kliniske oppkjøpet.
  6. Kalibrere robotarm og plasser det slik at omfanget av bevegelse er behagelig for pasienten. Hvis du bruker en annen grensesnitt enhet, sikre at utstyret fungerer som den skal og er plassert komfortabelt for faget å bruke.
  7. Mens du bruker robotarmen, sikre at nødstoppknapper er lett tilgjengelig med forskerne gjennom atferds oppgave. I tilfelle av et anfall, er nødstoppknappentrykket og utstyret trekkes bort fra pasienten, slik at de ikke skader seg selv. I tillegg trenger vi ikke bruke borrelås som følger med robot system for å lette fjerning fra pasienten i tilfelle det oppstår et anfall.
    MERK: I dette eksemplet er parallellporten av atferden riggen koblet til digital inngang av oppkjøpet systemet med en parallellport kabel. Ytterligere analoge signaler slik som x-og y-posisjon av robotarmen registreres samtidig.

3. Behavioral Task

  1. Rede oppgaven til pasienten etter fullførelsen av riggen satt opp og kalibrering av grensesnittenheten.
  2. Bruk en atferds oppgave ligner på barnas kortspillet "krig". Be pasienten å gjøre innsatser om hvorvidt kortet er større enn maskinens kort. Valget av innsatsen er basert på pasientens oppfatning av den relative verdi av deres kort. Forenkle tspør for senere analyse, ved å bare bruke kortene i en sort og begrense dekk til 2, 4, 6, 8, og 10 nummererte kort.
  3. Vis en fiksering kø på skjermen i 350 msek. Sikre at pasienten holder markøren over fiksering mark for å starte oppgaven.
  4. Vis stimulans for 1000 msek. La pasienten se sine kort med datamaskinens kortet ved siden av den med forsiden ned.
  5. Etter kort forsvinning, viser en go-signalet (<5,000 msek) viser to alternativer, spør pasienten om å satse enten $ 5 eller $ 20, basert på sine kort. Be pasienten om å plassere innsatsen ved å flytte markøren ved hjelp av robotarmen, over deres valgte innsatsen. Randomisere innsatsen stilling fra rettssaken til rettssak for å sikre at ingen skjevhet basert på posisjon.
  6. Etter innsatsen er valgt, merke en 250-500 msek forsinkelse (blank skjerm), etterfulgt av åpenbaringen av datamaskinens kortet (1000 - 1250 msek). Observere utfallet (1000 millisekunder), om prøve var en vinner, taper, eller tegne oghvor mye som ble vunnet eller tapt.
  7. La pasienten til å øve før de er trygge på sine resultater og har ingen spørsmål.

4. Data Acquisition

  1. Registrere data når pasienten er klar og kontroller at innstillingene på forskning (eller klinisk) innsamlingssystem er riktig valgt.
  2. Slå av lyset i rommet og TV for å holde bakgrunnsstøy til et minimum i løpet av innspillingen. I tillegg be pasienten om å avstå fra atferd som å tappe foten, snakke eller riste sine ben.
  3. Begynner oppgaven og ta pasienten utfører oppgaven. Spør faget til å utføre oppgaven i 30 min. Samplingsfrekvensen robotarmen systemet er 1 kHz, og det av SEEG opptakssystem er to KHz.
    MERK: Denne perioden kan være annerledes for andre paradigmer.

5. Data Analysis

  1. For det første de-identifisere de innspilte SEEG data for å sikre at pasientens informasjon forblir konfidensielle og at hans / hennes data sendes inn anonymt.
  2. Skaff koordinatene elektrode steder fra den postoperative CT og preoperativ MR.
  3. Juster nevrofysiologiske opptak med de digitale tidsstempler steder fra atferds oppgave.
  4. Apply signal analysemetoder for å analysere det tilfelle avhengig hjerneaktivitet modulasjon.
    MERK: I denne studien ble makt spektral tetthet (PSD) av hendelsen relatert SEEG signaler beregnet ved hjelp Chronux multippelverktøykasse 26,27. Hvert prøvedata ble justert med hensyn til den aktuelle hendelsen (tid null), og den beregnede PSD ble normalisert i hvert frekvenskurven i forhold til referanse PSD.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

I disse resultatene presenterer vi analysen av SEEG data fra det limbiske system fanget i ett fag spille War oppgave. Vi kan vise at ulike aspekter av krigen Task fremkalle betydelig gamma-band (40 - 150 Hz) modulasjon i det limbiske systemet (figur 1). Som sett, i den visuelle cortex, presentasjon av et objekt på skjermen resulterer i en rask latency (~ 200 ms) bredt bånd respons uavhengig av oppgaven beredskap. I tillegg synes det å være forskjell i varigheten av responsen under belønning periode og en potensialforskjell mellom kraften i den fremkalte respons for unrewarded studier, sammenlignet med forsøk belønnet. I kontrast er mindreverdig frontal gyrus bare modulert i forsøk som resulterer i belønning. Dette modulasjon var lengre i latency (~ 500 ms), noe som tyder på en periode når belønningen informasjonen ble behandlet. Belønningen relatert respons er konsistent med funksjonen av denne delen avcortex, som det er antatt at den underlegne frontal gyrus er involvert i beslutningsprosesser og belønning evaluering 28.

I denne analysen, valgte vi å undersøke frekvensinnholdet i de elektrofysiologiske data i gamma-båndområdet, da det er antatt at dette band av aktiviteten representerer kognitiv prosess 29. Det er imidlertid et stort utvalg av analyseteknikker som kan benyttes til lokal feltdata i forhold til adferdsoppgaver, slik som frekvensinnholdet i andre bånd, fremkalt aktivitet, eller et nettverk basert analyse. I tillegg vil ikke aktiv statistisk analyse avgrense statistisk signifikans med hensyn til adferdsmessige oppgaver.

Figur 1
Figur 1. Strøm spekter av aktivitet i forhold til tre forskjellige epoker (t = 0) i krigen. Task avbilder Den første raden aktiviteten av mindreverdig frontal gyrus og den andre raden viser aktiviteten av den visuelle cortex, (x-akse: tid i forhold til epoke, y-akse: frekvens og farge representerer z-stillingen i forhold til grunnlinjen) . Tids nuller av grafene i hver kolonne representerer utseendet på spillemuligheter (venstre kolonne), utseendet på positiv belønning (midterste kolonnen), og utseendet av negativ belønning (høyre kolonne). De fargeskalaer er de prosentvise endringer i det registrerte signalet makt i hvert frekvensbånd med hensyn til grunnlinjen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Her har vi presentert en metode for å utføre intrakraniale elektrofysiologiske studier hos mennesker som de deltar i en atferdsmessig oppgave. Denne metodikken og sin enkle permutasjoner er viktig for å studere menneskelig bevegelse og kognisjon. Mens det eksisterer iboende fordeler og ulemper for en hvilken som helst teknikk, opptak fra intrakraniale elektroder har fordeler fremfor andre elektrofysiologiske og avbildningsteknikker. To av de viktigste fordelene er evnen til å samle inn data av høy kvalitet med bedre kontroll og utforming av adferdsoppgaver.

Intrakranielle elektroder innspillinger har en rekke fordeler fremfor andre metoder som brukes for å måle hjernens aktivitet under atferds oppgaver. Nemlig, har et stort flertall av studiene er utført ved hjelp av imaging teknikker som fMRI og PET, som tilbyr fordelen av høy romlig dekning, men begrenset tidsoppløsning (på rekkefølgen av 1 - 1,5 sek). Som sådan, disse studiene grovt anslåhjernefunksjonen som en endring i aktiviteten relatert til utgangspunktet tilstander og kan ikke gi realistiske beregninger av dynamisk behandling i forhold til bestemte komponenter i oppførsel. MEG-studier, på den annen side, har bedre tidsmessig oppløsning (<1 ms), men den romlige dekning er begrenset til kortikale mål og kan vist ved hjelp av signaler generert dypt inne i hjernen. Single og multi-enhet studier har vært vellykket på å gi innsikt i hjernens funksjon, som de gir høy tidsoppløsning. Imidlertid begrensning av konvensjonelle enkelt-og multi-enhet studier relatert til plasseringen av elektrodene direkte i hjernen område av interesse, noe som begrenser romlig dekning til et lite volum av vev. Derfor er disse studiene har en tendens til å fokusere på en del (eller kjernen) av hjernen og mislykkes i å undersøke hvordan sammenknyttede hjernekjerner kommuniserer for å kontrollere virkemåten 30. I kontrast, intrakranielle elektroder gi høy tidsoppløsning (1 ms) og bredtromlig dekning (opp til 200 elektrodeposisjoner), slik at forskeren til å undersøke informasjon behandling over flere strukturer i hjernen samtidig på tidsskalaer som er i stand til kresne bestemte komponenter i oppførsel.

I tillegg til datakvalitet, er det også fordeler til utformingen av atferdsmessige undersøkelser som kan utføres i disse fagene. I motsetning til dyrestudier, den kognitive evnen til menneskelige pasienter gir rom for små opplæringsperioder på komplekse oppgaver, som fører til rask datainnsamling og større utvalgsstørrelser. Dernest, den nevrale aktiviteten fått fra disse studiene er knyttet til menneskelig atferd, noe som eliminerer behovet for å ta hensyn til arts variasjoner i enten nevrale behandling eller atferd. Til slutt, fordi emnene er i overvåkningsområde i lengre perioder, og det er ingen vesentlig risiko i å gjennomføre disse studiene, er det mulig å samle inn mange forsøk i en gitt oppgave, og til å utføre mer enn en oppgave i den sammepasient. Denne fordel er av særlig betydning fordi det forbedrer statistisk styrke og gjør det mulig for gjennomføring av kontrollforsøk. Med andre teknikker som brukes i studier på mennesker, tid (dvs. enkel / multi unit opptak i operasjonsstuen) og kostnader (dvs. fMRI eller MEG) begrensninger føre til små datainnsamling perioder, som begrenser muligheten til å gjøre sterke slutninger eller til konto for alternative forklaringer på en observert effekt. I motsetning til dette studier utført i dyremodeller tillater lange opptaks perioder, men er vanligvis begrenset til en type oppførsel skyldes begrensninger av adferdstrening. Videre kan pasienter også gi tilbakemeldinger, enten positiv eller negativ, på oppgaven og hvordan du potensielt forbedre pasientopplevelse i fremtiden.

Mens det er flere fordeler med denne type forskning, er det noen ulemper også. Da disse pasientene er begrenset til rommet sitt mens de blir overvåket after kirurgi, må de atferdsmessige oppgave å tilpasse seg de begrensninger av rommet, som kan omfatte plassering av uttak, bakgrunnsstøy fra apparater i rommet, eller avbrudd fra kliniske personell. Observasjoner bør gjøres under opptakene slik at eventuelle uventede gjenstander kan gjøres rede for. Med hensyn til de innsamlede dataene, hjernen områdene målrettet bestemmes utelukkende av det kirurgiske teamet i et forsøk på å finne EZ, derfor forskere må forstå at de ikke alltid samle inn data fra deres ideelle mål eller fra hjernen områder som ikke er berørt av sykdom. En annen ulempe er potensialet for konfunderende effekter av eventuelle smertestillende eller medisiner som pasienten kan ta på den tiden de utfører de atferdsmessige oppgave. Uten kontroller for å redegjøre for disse forundrer, er det ingen måte å finne ut hvordan medisiner påvirker pasientens evne til å utføre oppgaven; men i enkelte tilfeller kan virkningen av analgetika eller medikamenter være focus av studien.

Andre problemer med denne teknikken inkluderer pasientsikkerheten og integriteten klinikk elektrofysiologiske data. nemlig alle anstrengelser bør gjøres for å beskytte mot skade på pasienten under eksperimentell oppgave. For eksempel, i denne studien, valgte vi å ha pasientene i en stol mens de utførte atferds oppgave. Stolene vi brukte er en normal møblering i våre epilepsi anfall overvåkings rom og er utformet for å redusere pasientskader under pågripelse hendelser. Ofte pasienten allerede er i stolen før vi starter eksperimentet og anmodninger om å holde seg i stolen etter at forsøket er avsluttet. Med hensyn til beskyttelse av kliniske data, bør forbindelser til anskaffelse systemet gjøres uten å forstyrre datainnhenting for kliniske formål. Vi oppnår dette ved hjelp av et andre innsamlingssystem for innsamling av forskningsdata i våre forsøks som er uavhengig av den kliniske innsamlingssystem. Dette kan imidlertidforårsake synkroniseringsfeil mellom atferdspresentasjonssystem og den kliniske oppkjøpet systemet, som kan korrigeres for på forhånd, hvis omtanke er gitt til maskinvare for å kunne koble atferdssystemet til oppkjøpet systemet. Til slutt må forskerne være fleksible for å imøtekomme pasientens medisinske behov, spesielt med hensyn til å planlegge rundt det kliniske personalet.

Direkte samkjøre menneskelig hjerneaktiviteten til atferd er en viktig mulighet til å fremme forståelsen av hjernens funksjon og dysfunksjon. De oppnådde intrakraniale gjennom opptak av data har en rekke fordeler fremfor andre invasive og ikke-invasive teknikker, men viser ikke disse andre teknikker ugyldig eller foreldet. Faktisk, kombinasjonen av intrakranielle opptak og data samlet invasivt eller i en dyremodell er gratis og bare styrker evnen til å forstå mekanismene for informasjon foredlinng og atferdskontroll. Mens humane elektrofysiologiske eksperimenter er fylt med hindringer og krever stor tålmodighet, disse teknikkene har evnen til å gi nye spennende informasjon med hensyn til menneskelig oppførsel.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen konflikter å avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av Efri-MC3: # 1137237 tildelt SVS og 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).
Utføre Behavioral oppgaver hos personer med Intrakraniale Elektroder
Play Video
PDF DOI

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