Abstract
Nonostante il successo nell'applicazione elettroencefalografia non invasiva (EEG), magneto-encefalografia (MEG) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per estrarre informazioni cruciali sul meccanismo del cervello umano, tali metodi restano insufficienti per fornire informazioni sulle fisiologiche processi che riflettono le funzioni cognitive ed emotive a livello subcorticale. A questo proposito, gli approcci clinici invasivi moderni in esseri umani, come la stimolazione cerebrale profonda (DBS), offrono una straordinaria possibilità di registrare l'attività cerebrale sottocorticale, potenziali di campo e cioè locali (LFPs) che rappresentano l'attività coerente delle assemblee neurali da gangli basali localizzati o regioni del talamo . Nonostante il fatto che i metodi invasivi nell'uomo sono applicati solo dopo indicazione medica e dati così registrati corrispondano ai circuiti cerebrali alterati, informazioni preziose può essere acquisita per quanto riguarda la presenza delle funzioni cerebrali intatte in relazione oscillatorio cervellol'attività e la fisiopatologia dei disturbi in risposta a paradigmi cognitivi sperimentali. In questa direzione, un numero crescente di studi DBS in pazienti con malattia di Parkinson (PD) bersaglio non solo le funzioni motorie, ma anche i processi di livello superiore, come le emozioni, il processo decisionale, l'attenzione, la memoria e la percezione sensoriale. Recenti studi clinici sottolineano anche il ruolo di DBS come un trattamento alternativo nei disturbi neuropsichiatrici che vanno dal disturbo ossessivo-compulsivo (OCD) per malattie croniche della coscienza (DOC). Di conseguenza, ci si concentra sull'uso di (EEG) le registrazioni del cervello umano invasive (LFP) e non invasive combinati per valutare il ruolo delle strutture corticali-subcorticale nel trattamento della depressione paradigmi sperimentali cognitivi ed emotivi (ad es. Gli stimoli discorso con connotazione emotiva o paradigmi di controllo cognitivo come il compito Flanker), per i pazienti sottoposti a trattamento DBS.
Introduction
Registrazioni neurofisiologiche invasive sugli esseri umani risalgono agli studi seminali di targeting registrazioni electrocorticographic dalle aree corticali e il cervelletto durante l'intervento chirurgico dell'epilessia e la ricerca del tumore 1. Un passo fondamentale in ulteriore sviluppo di tale procedura di registrazione è stata l'introduzione della tecnica stereotassica che fornisce accesso sicuro ed efficiente di strutture profonde del cervello umano 2. Oltre al trattamento clinico, approcci invasivi cerebrali negli esseri umani offrono un'occasione piuttosto unica per studiare la funzione del cervello in relazione a modelli di attività registrate modulate da stimoli esterni, in particolare il caso di registrazioni invasive intra e post-operatorie in pazienti sottoposti a stimolazione cerebrale profonda (DBS ) procedure. L'applicabilità e l'utilità di DBS è stato affrontato in varie malattie neurologiche e neuropsichiatriche da morbo di Parkinson (PD) al disturbo ossessivo compulsivo (DOC) o condizioni come crodisturbi nic di coscienza (DOC).
In particolare, DBS è stata applicata nel trattamento del morbo di Parkinson 3,4,5, tremore essenziale 6, primario / generalizzata segmentale distonia 7,8,9, malattia di Huntington 10,11, resistente al trattamento-depressione 12,13, nicotina e dipendenza da alcol 14, il morbo di Alzheimer 15,16, la sindrome di Tourette 17 e malattia cronica della coscienza (DOC) 18,19,20.
Nell'ambito di neuropsichiatria, DBS è un / trattamento marchio CE approvato per il disturbo ossessivo-compulsivo (OCD) mira l'arto anteriore della capsula interna (ALIC) ed è in uso mira la ventrale capsula / ventrale striato / caudato ventrale (VC / VS), nucleus accumbens (NAC) e il nucleo subtalamico (STN) 21. Per quanto riguarda la DBS nel DOC 22, recenti studi sottolineano il ruolo di STN nel meccanismo di controllo compulsivoing utilizzando basata su paradigmi di memoria 23,24,25.
Degno di nota, la modulazione di attività cerebrale sotto l'influenza di paradigmi con connotazione cognitivo ed emotivo è stato sottolineato in DOC 26,27,28,29. Così, DBS è evidenziato non solo come trattamento potenziale per DOC cronico, ma anche come una procedura clinica che apre la possibilità di studiare la modulazione dell'attività sottocorticale registrando potenziali di campo locale (LFP) dalle regioni talamiche centrali intra e post operativamente.
In DBS, l'impianto neurochirurgico di elettrodi si basa sulla tecnica stereotassica che rappresenta sicuro cerebrali vincoli anatomici, mentre la stimolazione del paziente è personalizzato attraverso test impulsi di stimolazione intra-operatorie. Post-operatorio registrazione LFP è possibile dopo l'impianto iniziale di elettrodi DBS e prima interiorizzazione del generatore di impulsi. In particolare, il presente protocollo è centered su registrazioni post-operatorie.
In combinazione con LFPs, registrazione simultanea di attività cerebrale corticale può essere raggiunto ad esempio elettroencefalografia non invasiva (EEG) o magnetoencefalografia (MEG) 30,31. Questi due metodi non invasivi sono supportati grazie alla sua risoluzione di ottimo momento. Mentre MEG è meno colpite rispetto EEG dagli effetti del cranio 32, EEG appare vantaggiosa perché è meno influenzata da artefatti causati da impianti metallici e movimenti della testa e può essere usata al paziente bed-side 33. Con registrazione simultanea di attività cerebrale corticale-sottocorticale (LFP e EEG / MEG) in risposta ad applicare paradigmi emotivo-cognitivo, diverse relazioni tra oscillazioni e il comportamento del cervello potrebbero essere stabiliti sulla base di accoppiamento tempo-frequenza analisi 34. A loro volta, tali modelli potrebbero portare a potenziali biomarcatori di cognitiva individuale di un paziente e gli stati emotivi e Optimization di parametri di trattamento in considerazione le impostazioni personalizzate.
I seguenti obiettivi del protocollo invasive e di registrazione neurofisiologica non invasiva negli esseri umani per la valutazione della funzione cognitiva ed emozionale, in particolare a livello corticale e subcorticale (EEG e LFPs).
In primo luogo, la procedura di registrazione neurofisiologici illustrate nel video, che accompagna la presente protocollo, corrispondono ad una registrazione con un esempio paziente con disturbo del movimento che esegue il cosiddetto compito Flanker (Esempio 1).
In secondo luogo, passi nel protocollo sono discussi concentrandosi sulla metodologia dei risultati delle analisi e dei campioni prelevati da un esempio DBS pubblicato in formato DOC cronica 26 (Esempio 2).
Questi due esempi evidenziano l'applicabilità del protocollo proposto ai pazienti DBS-trattati con disturbi diversi e diversi paradigmi sperimentali.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
La procedura di DBS e registrazioni invasive sono state approvate dalla Commissione Etica della clinica universitaria di Düsseldorf, Germania.
1. sperimentale paradigma progettuale e consenso del paziente
NOTA: Progettare un paradigma sperimentale o selezionare un paradigma sperimentale esistente per indirizzare un aspetto cognitivo / emotivo di interesse.
- Selezionare i pazienti che saranno sottoposti a DBS-trattamento. Chiedete se il DBS-paziente soddisfa i criteri di inclusione dello studio. Se sì, è necessario ottenere il consenso informato firmato dal paziente e / o commissione etica (se applicabile) per effettuare una registrazione post-operatorio e l'applicazione del relativo paradigma cognitivo.
Nota: registrazione post-operatorio avviene il giorno seguente dopo un intervento iniziale DBS avviene per DBS impianto di elettrodi (insieme con i loro corrispondenti esternalizzazione dalla testa mediante cavi speciali) e prima di un secondo intervento chirurgico avviene regarding l'impianto permanente di elettrodi DBS e stimolatore.- Nel compito Flanker (Esempio 1), ottenere il consenso informato firmato da un paziente con disturbo del movimento (ad es. Il morbo di Parkinson o di Huntington) per effettuare una registrazione post-operatorio. L'obiettivo dell'esperimento Flanker è quello di testare la capacità del paziente di adattamento all'errore comportamento e per determinare come tale adeguamento si riflette sull'attività oscillatoria del cervello a livello corticale e subcorticale.
NOTA: La scelta di un paziente è dettata dal meccanismo cognitivo da affrontare e disturbo del paziente. Nella DBS-DOC caso-esempio (Esempio 2), un paziente di sesso femminile DOC che soffriva di un trauma cranico, all'età di 38 è stato selezionato. A causa del paziente 'condizione di limitare il consenso informato, il trattamento DBS e la partecipazione sperimentale è stato approvato solo dalla commissione etica locale. L'obiettivo principale della registrazione DOC post-operatorio è stato quello di determinare sela funzione del cervello in relazione al trattamento cognitivo-emotivo era ancora intatta in un paziente con una tale grave disturbo della coscienza.
- Nel compito Flanker (Esempio 1), ottenere il consenso informato firmato da un paziente con disturbo del movimento (ad es. Il morbo di Parkinson o di Huntington) per effettuare una registrazione post-operatorio. L'obiettivo dell'esperimento Flanker è quello di testare la capacità del paziente di adattamento all'errore comportamento e per determinare come tale adeguamento si riflette sull'attività oscillatoria del cervello a livello corticale e subcorticale.
- Scegliere tra il tipo di stimolo da presentare (uditivo, visivo). Identificare l'ordine di presentazione dello stimolo (blocco o disegno misto). Selezionare la durata dello stimolo, l'intervallo tra stimolo (ISI) e il numero di prove.
- Come esempio pratico eseguire il compito Flanker (Esempio 1, Figura 1A), per esaminare la capacità di adattare il comportamento in risposta all'impegno di errori nella risposta. Questo compito è costituito da stimoli visivi (punte di freccia affiancate verticalmente organizzati).
- Fianco lo stimolo bersaglio (punta di freccia al centro) da due frecce adiacenti (sopra e sotto target) sia rivolto nella direzione stessa (compatibile) o opposta (non compatibile), in aggiunta considerare smettere di prove (cerchio al centro).
- Presentare il target a sinistra oa destra, e chiedere al partecipante di premere una resPulsante ponse con il pollice a destra oa sinistra. Nelle prove di arresto, istruire i partecipanti di non rispondere. flanker attuali 200 msec prima destinazione. Visualizzare il bersaglio per 300 msec e impostare la risposta di stimolo-intervallo a 2.000 msec (tempo trascorso è indicato da un tono spunto). Presentare un totale di quattro blocchi di 120 stimoli ciascuno in questo compito. Presente compatibile (60%), incompatibili (20%) e gli stimoli stop-studio (20%) in modo casuale.
NOTA: questo valore per lo stimolo intervallo è stato scelto per evitare un gran numero di prove perse quando studia motore pazienti disabili. Flanker e di destinazione sono stati spenti simultaneamente. I pazienti sono stati istruiti a rispondere il più rapidamente possibile.
NOTA: Nella DBS-DOC caso-esempio (Esempio 2, Figura 1B), il paradigma sperimentale consisteva di parola non-indirizzamento e familiare indirizzamento neutro stimoli 26 in un disegno a blocchi. La durata di stimolo è stato istituito a 4 secondi (con uno studio randomizzato 4 5 sec inter-stimolo-intervallo). Un totAl di 80 prove per ogni condizione sono stati considerati in questo paradigma (Figura 1B).
- Immaginate i vincoli e le esigenze fisiche del paziente in una registrazione ambiente post-operatorio. In particolare, determinare se il paziente è in grado di utilizzare la tastiera del computer considerando la presenza di movimenti eccessivi corea (malattia di Huntington) o tremore (morbo di Parkinson).
- Assicurarsi che il paziente è in grado di vedere il monitor (come l'anestetico locale o il telaio testa stereotassica applicata durante l'intervento chirurgico DBS può aver causato gonfiore al viso e contorno occhi) e sedersi comodamente per tutta la durata di tutto l'esperimento. Non eseguire l'esperimento, se il paziente non riesce a soddisfare queste condizioni.
2. Set-up per il post-operatorio Subcortical (LFPs) e la superficie Recordings (EEG)
- Impostare l'apparecchiatura EEG (vedi Materiali nei file supplementari) nella camera wqui sarà condotto l'esperimento. Collegare il computer di registrazione al sistema EEG. Avviare il software di registrazione EEG (vedi "materiali" nei file supplementari).
- Fai clic su "File" e poi "nuovo spazio di lavoro" per definire l'area di lavoro nel software di registrazione EEG specificando: una frequenza di campionamento di 5 kHz, un cut-off basso (DC) e ad alta frequenza di taglio (1.000 Hz), i canali EEG secondo il sistema internazionale 10/20 (almeno: fronto-centrale (Fz), centro-centrale (Cz), fronto-polare riferimento (Fpz) e massa (mastoide) e seconda paradigma inoltre parieto-centrale (Pz) , occipito-centrale (Oz), temporale (T3 / T4), fronto-mediale (F3 / F4), (/ F8 F7)) (Figura 2D) e LFP canali fronto-laterale (LFPL 0, LFPL1, LFPL2, LFPL3 ( emisfero sinistro, Figura 2C); LFPR0, LFPR1, LFPR2 e LFPR3 (emisfero destro)). Fai clic su "Monitor" per verificare che i canali specificati sono ora impostati per la registrazione.
NOTA: Il preparation anticipo dello spazio di lavoro è consigliata al fine di ridurre al minimo il tempo di esperimento e per sorvegliare cambiamenti inattesi nella configurazione del registrazione. Si raccomanda di garantire la massima risoluzione temporale, impostazioni del filtro corrette, adeguata frequenza di campionamento e la corretta selezione di canali di interesse. - Configurare il computer di stimolo collegando la porta parallela al sistema EEG. Avviare il software di stimolo. Fai clic su "Esegui" per verificare la funzionalità del paradigma sul monitor del computer (stimoli visivi) e / o gli altoparlanti (stimoli uditivi, stecche suono). Assicurarsi che i marcatori (trigger) dal computer di stimolo vengono letti nel sistema di registrazione durante la presentazione di stimoli e la risposta del soggetto verificando la loro comparsa sul software di registrazione EEG.
NOTA: trigger da dispositivi di stimolo devono avere una durata di almeno 200 msec per essere rilevata dal sistema EEG (con la frequenza di campionamento 5 kHz). Dal momento che i trigger sono marcatori di evento-relaTED-eventi o di attività relative evocata che si verificano in un determinato periodo di tempo la loro funzione è di fondamentale importanza per l'analisi dei dati posteriori. Nella DBS-DOC caso-esempio (Esempio 2), il paradigma sperimentale (Figura 1B) consisteva di stimoli uditivi (un voci familiari non familiari) in modo inneschi sono stati istituiti all'inizio e alla fine di ogni stimoli presentati. Nel caso del compito Flanker (Figura 1A) inneschi sono stati istituiti nell'istante in cui 1) i flanker e stimoli target apparivano, 2) il paziente ha risposto e 3) un tono cue stato sentito informare il paziente che il tempo di risposta aveva trascorso. - Segnare il vertice della testa del paziente come il punto medio tra il nasion e inion utilizzando un pennarello pelle e seguendo i consigli di un esperto neurologo o uno specialista EEG. Inoltre, il marchio scelto posizioni degli elettrodi EEG utilizzando il sistema 10-20. Attaccare elettrodi di superficie EEG al cuoio capelluto pulendo dapprima ciascuna posizione selezionata con una isopropile pad alcol e dopo l'uso di pasta abrasiva.
NOTA: Tali azioni sono vincolate dalla collocazione di bende sulla testa del paziente DBS. Tuttavia, un neurologo esperto dovrebbe essere in grado di definire una posizione appropriata (approssimativa) per ogni elettrodo / canale. Per garantire il corretto capelli contatto mossa fuori del modo (se applicabile). L'uso di elettrodi autoadesivi protetti da nastro adesivo chirurgico può essere utilizzato a causa della facilità di posizionamento. - Collegare gli elettrodi DBS esternalizzati a un interno percutanea. Collegare estensione percutanea al connettore del cavo esterno. Collegare ogni elettrodo fornito dal connettore cavo esterno alla scatola di controllo EEG secondo la registrazione set-up EEG. Collegare EEG elettrodi cuoio capelluto per la casella di controllo EEG dal primo collegando terra e di riferimento.
- Fissare EMG elettrodi (di riferimento e gli elettrodi attivi) in muscoli specificati dal primo pulire la zona con un tampone di alcool isopropilico. Collegare gli elettrodi EMG a scatola di controllo EEG.
NOTA: Questo passaggio è facoltativo e, soprattutto, ha condotto quando compiti motori sono considerati nel paradigma o quando è necessario per monitorare l'attività dei muscoli, come nel caso di pazienti con disturbo motorio. - Fai clic su "Monitor" per visualizzare i dati. Assicurarsi che i segnali EEG e EMG visualizzate sul monitor sono di artefatti libero da rilevare la presenza di jitter e componenti ad alta frequenza sovrapposte. Controllare le linee guida circa i tipi di manufatti e altri fattori legati ai segnali elettroencefalografici di registrazione 35 e / o richiedere consulenza tecnica da un neurologo esperto o neuroscienziato fino a diventare familiarità con il tipo di disturbi presenti in tali registrazioni fisiologiche.
NOTA: Questo passaggio è importante per garantire segnali di alta qualità per l'analisi dei dati off-line.
3. Registrazione di post-operatoria Subcortical (LFPs) e di superficie (EEG) attività cerebrale
- Fornire istruzioni per il paziente. Assicurarsi che la patient è confortevole e istruire lui / lei a interrompere l'esperimento in qualsiasi momento di disagio.
- Fai clic su "Esegui" sul software di stimolo in modo che il paziente è in grado di vedere il paradigma sul monitor e / o ascoltare i toni cue e suoni. Eseguire una sessione di allenamento con il paziente fino a quando lui / lei sta bene con il compito. Avviare la registrazione simultanea di sottocorticali (LFP) e corticale (EEG) l'attività cerebrale mentre il paziente svolge il compito sperimentale.
NOTA: Nel caso del caso DBS-DOC esempio (Esempio 2) il paradigma consisteva di stimoli uditivi in un disegno a blocchi come descritto in (Figura 1B). Nel caso del compito Flanker (Figura 1A), stimoli visivi corrispondenti a tre condizioni (compatibile (60%), incompatibile (20%) e stop-studio (20%)) sono stati presentati in modo casuale all'interno di ogni blocco (disegno misto), ogni blocco consisteva di 120 stimoli e il paradigma consisteva in un totale di quattro blocchi. Dopo che il compito è stato finalizzato,i dati sono memorizzati sul disco fisso del computer di registrazione per lo screening dopo off-line e l'analisi quantitativa.
Analisi 4. I dati
NOTA: passaggi utilizzando il software di analisi EEG:
- Aprire il software di analisi EEG (vedi "materiali" nei file supplementari) e fare clic su "Nuovo" per visualizzare i dati registrati specificando i percorsi delle cartelle (crudi, di storia e di esportazione) e il nome di dati. Fai clic su "Modifica canali" per selezionare i canali di interesse. Rinominare i canali, se necessario.
- Fai clic su "Canale pre-elaborazione" e poi "Nuovo di riferimento" per ri-riferimento adiacenti contatti DBS e, quindi, creare contatti virtuali bipolari per gli emisferi destro e sinistro. Ripetere questa procedura per creare un montaggio virtuale per i canali EEG.
NOTA: Un montaggio ri-riferimento bipolare è importante ridurre al minimo gli effetti del volume di conduzione e migliorare l'affidabilità spaziale dei segnali registrati. Nel caso del DBS-DOC case esempio (Esempio 2), i seguenti canali bipolari sono stati set-up DBS: LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, LFPR23 e EEG: Cz / Fz, Pz / Cz, Oz / Pz, T3 / Cz e T4 / Cz . E 'degno di sottolineare che, mentre MEG ha registrato segnali sono privi di riferimento, i segnali EEG devono essere riferimento per impostare vere non arbitrari segnali valore zero in un quadro comune. Gli attuali sistemi di riferimento EEG includono: Cz o riferimento FPZ, media tra gli elettrodi sulle due orecchie, media di riferimento (considerando tutti i canali), due o riferimento single-mastoideo e il rumore di riferimento. Ai fini dell'analisi dei dati, diverse modalità ri-riferimento possono essere utilizzati, ad esempio contatti bipolari sono appropriati per il targeting analisi accoppiamento tempo-frequenza tra DBS e segnali EEG. - Fai clic su "ispezione dati grezzi" ai dati dello schermo per artefatti fisiologici e attrezzature connesse con particolare attenzione alla jittering e attrezzature motore disturbi. segmenti di Mark in cui gli artefatti sono presenti.
NOTA: Quando si registra l'attività del cuoio capelluto e l'attività contemporaneamente sottocorticale attraverso cavi DBS esternalizzate, EEG appare più robusta per i manufatti di rumore di tecniche come la MEG per la quale gli attuali sforzi sono indirizzati verso il miglioramento rapporto segnale-rumore. A causa che i pazienti con disturbi motori soffrono di movimenti involontari, come la corea e tremori la comparsa di artefatti jittering motore i segnali registrati deve essere rappresentato. Altri disturbi sono dovuti a lampeggiare degli occhi e manufatti relative attrezzature. Concentrare sul caso DBS-DOC esempio (Esempio 2), ispezione manufatto è stata eseguita mediante esame visivo e artefatti sono stati contrassegnati manualmente. L'unica applicazione di una modalità automatica di ispezione artefatto è scoraggiato come alcuni manufatti potrebbero non essere riconosciute da un criterio specificato. - Fai clic su "Filtraggio dei dati" e poi "Filtri IIR" per specificare un filtro notch: 50Hz (si tratta di manufatti linea elettrica) e filtri Zero fase Butterworth da specifying bassa e alta parametri di taglio. Fai clic su "Modifica Frequenza di campionamento" per ridurre i segnali registrati con una frequenza e anche specificare il tipo di interpolazione.
- Nell'esempio DBS-DOC; set Low Cutoff: 1.0000 Hz, costante Tempo: 0.1592s, pendenza: 48 dB / oct; Alta Cutoff: 80,0000 Hz, Costante di tempo: 0,1592 sec e 48 dB / oct e downsampling frequenza di 512 Hz utilizzando l'interpolazione spline.
NOTA: In alternativa, eseguire il filtraggio da script personalizzati sulla base di ben noti suite open source: Fieltrip (http://www.fieldtriptoolbox.org/), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab/) e SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). Nel caso del primo, script di esempio sono forniti in (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). Altre suite forniscono anche una documentazione dettagliata per eseguire questa operazione.
NOTA: Down-campionamento in qualsiasi punto limita lo spazio di frequenza che è disponibile per ulteriori analisi secondo il teorema di Nyquist. Considerando il caso ad esempio DBS-DOC, la frequenza di campionamento selezionata di 512 Hz è appropriato quando si considera una banda di frequenza fino a 80 Hz.
NOTA: In alternativa, eseguire down-campionamento script personalizzati sulla base di ben noti suite open source: fieldtrip (http://www.fieldtripbox.org), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab) e SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). Nel caso della prima, esempi di script vengono forniti (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). Altre suite forniscono anche la documentazione per eseguire questo passaggio.
- Nell'esempio DBS-DOC; set Low Cutoff: 1.0000 Hz, costante Tempo: 0.1592s, pendenza: 48 dB / oct; Alta Cutoff: 80,0000 Hz, Costante di tempo: 0,1592 sec e 48 dB / oct e downsampling frequenza di 512 Hz utilizzando l'interpolazione spline.
- Export canali bipolari di interesse cliccando su "Esporta" e poi "dati generici". indicatori di dati Export (trigger) cliccando su "Esporta" e poi "marcatori". Il nome del file da esportare selezionando un formato "txt".
NOTA: Per poter utilizzare la casella degli strumenti Fieldtrip nelle fasi successive si consiglia di esportare i canali in (txt) formato multiplex e anche raccomandareEd per includere un file "vmrk", che comprende informazioni sui canali esportati. Si suggerisce inoltre di utilizzare un formato (txt) per i marcatori esportati mentre l'opzione di saltare marcatori corrispondenti a intervalli cattive selezionati al punto 4) è offerto.
NOTA: passaggi utilizzando Fieldtrip:
- Start-up MATLAB e clicca su "percorso impostato" per aggiungere il percorso della cartella Fieldtrip nel caso in cui non è fatto per impostazione predefinita.
- Mettere i dati precedentemente pre-elaborati e marcatori in una cella-array-struttura che è compatibile con le funzioni all'interno Fieldtrip eseguendo ( Script File 1-supplementare ) senza perdere di specificare: La directory che contiene i file di EEG e LFP dal punto 7 , i nomi dei canali, frequenza di campionamento, il tempo del campione, prove. (Opzionale) Eseguire il rifiuto artefatto dal codice indicato "decommentare". Questo script salva i dati in un file specificato che verranno utilizzati nella nexpassi t.
- Calcolare spettrale di potenza della LFP per i canali di interesse eseguendo ( Script File 2-supplementare ) senza perdere per specificare: la directory che contiene il file generato (Script 1), il metodo (Wavelet o mtmconvol), la larghezza della finestra, la frequenza di interesse (FOI), il periodo di tempo di interesse (toi), e la correzione della linea di base della frequenza (opzionale). Definire il tipo di analisi statistica e desiderato p-value.
Nota: Nella DBS-DOC caso-esempio (Esempio 2), analisi della potenza è stata effettuata prendendo in considerazione un'analisi di frequenza tempo Wavelet stimolo-locked (Morlet Wavelet (width = 5)) con Hanning cono, una gamma di frequenza di 4-80 Hz e un periodo di tempo compreso tra -1 e 4 sec. A causa che piccole onde hanno una risoluzione variabile nel tempo e frequenza. Quando si seleziona un Wavelet, decidiamo un trade-off tra la risoluzione temporale e spettrale. In particolare, piccole onde Morlet in possesso di un peso forma sinusoidalecati da un kernel gaussiano che consente l'acquisizione di componenti oscillatori locali in una serie temporale. Portando il parametro di larghezza più piccola aumenta la risoluzione temporale a scapito della risoluzione di frequenza e viceversa. La larghezza di banda spettrale ad una data frequenza F è uguale a F / larghezza x 2 (per F = 40 Hz e larghezza = 5, la larghezza di banda spettrale è 16 Hz), mentre la durata wavelet è uguale alla larghezza / F / pi (per F = 40 Hz e width = 5 la durata wavelet è 39,8 msec). Un cluster basato (tempo e frequenza variabili) approccio randomizzazione è stato utilizzato per l'analisi statistica tra le condizioni (p-livello di .05 in un test su due lati) 39. Per fare un esempio dell'output ottenuto con l'esecuzione di questa fase si prega di guardare Figura 4A e 4D Figura. analisi della risposta tempo-frequenza è stata eseguita da script personalizzati basati sul software open source Fieldtrip (http://www.fieldtriptoolbox.org/). I dettagli specifici su come personalizzare uno script per realizzare questo passo puòsi trovano in http://www.fieldtriptoolbox.org/reference/ft_freqanalysis. - Calcolare la coerenza tra sottocorticali e segnali corticali eseguendo ( Script File 3 supplementari ) senza dimenticare di specificare: lunghezza segmenti, percentuale di sovrapposizione, frequenza di interesse. Per quanto riguarda l'analisi statistica specificare il tipo di analisi e desiderato p-value.
Nota: Misure di analisi di coerenza della relazione lineare tra due serie storiche con un rapporto costante di ampiezze 40. Nella DBS-DOC caso-esempio (Esempio 2), segmenti di 1 sec con sovrapposizione del 50% sono stati utilizzati per il calcolo della coerenza concentrandosi sul intervallo di frequenze compreso tra 1 e 25 Hz. A (tempo e variabili di frequenza) approccio randomizzazione cluster basato è stato utilizzato per l'analisi intra-soggetto di coerenza (p-livello di .05 in un test su due lati) 41. Inoltre, la parte immaginaria di coerenza è stata calcolata 42.
le basic passi per personalizzare uno script per l'analisi di coerenza sono descritti in (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/coherence). Per fare un esempio dell'output ottenuto con l'esecuzione di questa fase si prega di guardare Figura 4B. - Calcola croce fase di frequenza di ampiezza di accoppiamento (PAC) eseguendo l'implementazione del software disponibile in formato supplementare di riferimento 43.
Nota: Nel caso DBS-DOC esempio (Esempio 2), analisi cross-frequenza PAC è stato calcolato utilizzando l'intera registrazione per diverse combinazioni di canali bipolari senza distorsioni. In particolare, normalizzato PAC diretta (ndPAC) 43 è stato preferito perché ha consentito la determinazione di accoppiamento significativo a diversi livelli statistici durante l'impostazione-up a zero gli accoppiamenti non significative (p-level: 0.1). Come risultato, intervalli di frequenza di fase e di ampiezza di accoppiamento potrebbero essere selezionati sulla base della loro importanza. Nel caso ad esempio DBS-DOC, la gamma di frequenza di fase considerata was 3-22 Hz, mentre la gamma di frequenza di ampiezza è stato istituito a 35-80 Hz. I canali LFP-EEG selezionati per l'analisi PAC erano LFPR23 e EEGFzPz sulla base delle analisi di coerenza effettuata nel passo 5.5. Per fare un esempio dell'output ottenuto con l'esecuzione di questa fase si prega di guardare Figura 4C.
Figura 1: Esempio di paradigmi sperimentali (A) (Esempio 1) compito Flanker:. Stimolo target (punta di freccia al centro) è affiancato da due frecce adiacenti (sopra e sotto target) sia che punta nella stessa (compatibile) o opposta (non compatibile) la direzione, sono stati anche considerati prove di arresto (cerchio al centro). Quando il bersaglio è puntato verso sinistra o verso destra, un partecipante deve premere un pulsante di risposta con il pollice a sinistra oa destra, rispettivamente, nelle prove di arresto partecipanti sono istruiti a non rispondere. il Flacompito nker usata qui è stato modificato dalla versione inizialmente programmato dal Prof. C. Beste e il suo gruppo (si veda riconoscimenti). (B) (Esempio 2) paradigma discorso emotivo-cognitivo utilizzato nella DBS-DOC caso-esempio. Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Per il caso DBS-DOC (Esempio 2), ora forniamo dati sulla localizzazione obiettivo per DBS impianto, diagrammi schematici di LFP elettrodo e EEG impostare, registrazioni esemplari di EEG e LFP attività (dati grezzi) e i risultati delle analisi di rappresentanza:
La figura 2A mostra traiettoria pianificata (linea nera) proiettata su un atlante anatomico 36, sezione 30, coronarica, 10,7 mm dietro la commessura anteriore (AC) (linea rossa: aereo AC-PC). (: 10 mm atlante dimensione della griglia) con IML = interno talami lamina midollare e Rt = reticolare del talamo nucleo cerchi rossi indicare le zone della più bassa 15 millimetri di mira. VA = ventroanterior nucleo del talamo, AV = anteroventral nucleo del talamo, AM = nucleo del talamo anteromediale, Fa = nucleo fasciculosus, itha = adhaesio interthalamica.
La figura 2B mostra la finale ELectrode nel talamo centro visualizzato su un 3D Atlante 37. Due piani ortogonali di sezione lungo l'asse dell'elettrodo nell'emisfero destro dopo la registrazione dell'atlante 3D con TC mediante la atlas 38. I quattro contatti degli elettrodi (cerchi blu) si trovavano nel talamo destro (R-Thal). GPi = globo pallido interno, STN = nucleo subtalamico, ZI = zona incerta, RPT = nucleo perithalamic reticolare, RN = nucleo rosso.
La Figura 2C mostra un disegno schematico dell'elettrodo DBS. contatti degli elettrodi sono stati nuovamente riferimento in linea, con conseguente tre bipolari canali LFP per ciascun emisfero (LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, e LFPR23). EEG elettrodo di montaggio (10-20 sistema) con elettrodi utilizzati durante la registrazione nel caso DOC-example (Fz, Cz, Pz, Oz, T4, T3 e Fpz) (Figura 2D)
La figura 3A mostra registrazioni EEG esemplari corrispondenti ai canali bipolari: T4Cz, T3Cz, PzCz, OzPz e FzPz nel caso della condizione di non affrontare neutro (a sinistra) e la conditi di indirizzamento familiaresulla destra).
Figura 3B mostra LFP esemplari corrispondenti ai canali bipolari: LFPL23 e LFPR23 nel caso della condizione di non-indirizzamento (sinistra) e la condizione di indirizzamento familiare (destra).
Figura 3:. Le registrazioni esemplari (da Esempio 2) (A) La figura mostra EEG recordings.The figura illustra EEG tracce corrispondenti ai canali bipolari (vedi 4.2 per i dettagli su canale ri-riferimento). (B) La figura mostra LFP recordings.The figura illustra LFP tracce corrispondenti ai canali bipolari nel caso degli emisferi destro e sinistro (vedi 4.2 per i dettagli sul canale ri-riferimento). Clicca qui per vedere una versione più grandequesta figura.
Analisi della modulazione stimolo-locked di attività oscillatoria all'interno talamo centrale ha rivelato un aumento del lato destro significativa (p = 0,044) di potenza beta (12-25 Hz) entro il primo secondo (0,45-0,55 sec) quando contrastante indirizzamento neutro vs. familiare condizioni -addressing (Figura 4a).
analisi di coerenza tra i canali PzCz (EEG) e LFPR23 (emisfero destro) ha rivelato una differenza significativa tra le condizioni nella banda theta. Inoltre, la parte immaginaria di coerenza mostrato deviazione da zero, che indica un ritardo di fase tra LFP e EEG (Figura 4B). Analisi locale ha rivelato significativa (p = 0,01) theta-gamma PAC (con max. A 5-a-75 Hz) per il canale destro LFP locale (LFPR23-LFPR23) nella condizione familiare di indirizzamento (Figura 4C).
(Figura 4D, Top). E 'anche evidente che Gamma circa 40 Hz (verde cerchio / ellisse) è seguita da una gamma più ampia e più in alto a 80 Hz (Figura 4D, Top). Un aumento significativo theta nella condizione familiare indirizzamento a 4-6.5 Hz e periodo di tempo 2,6-2,8 sec (cerchio rosso), (p = 0,048) sulla LFPL23 nonché una maggiore tendenza a LFPR23 sono stati rivelati (Figura 4D, inferiore) .
Figura 4: tempo-frequenza Analisi della Potenza e EEG-LFP coerenza (da Esempio 2) (A) Potenza oscillatorio locale contrasto neutrale rispetto a condizione familiare di indirizzamento per il primo secondo;. Codice del colore rappresenta t-valori. Top: l canale LFPL23 EFT; In basso: a destra LFPR23 canale. Aumento significativo beta (p = 0.044) a 12-25 Hz, 0,45-,55 sec (cerchio rosso). (Modificata con il permesso di 26). (B) condizione familiare-indirizzamento (linea rossa) e la condizione non affrontare neutro (linea blu). La coerenza è stata calcolata sui segmenti di 1 sec indipendenti provenienti da epoche di durata 0-4 secondi e una media di tutti i segmenti. Top (a sinistra): Coerenza con dell'emisfero canale LFPL23 sinistro, in alto (a destra): coerenza con il canale LFPR23 emisfero destro. differenza significativa tra le condizioni (p = 0.044) è indicato dal cerchio rosso / stelle per la coerenza con il canale PzCz, 5-6 Hz. In basso: parte immaginaria di coerenza tra LFPR23 emisfero destro e il canale Cz (cerchio verde) indica la deviazione da zero significa un ritardo di fase tra LFP e EEG (quindi effetto non a causa del volume di conduzione). (Modificata con il permesso di 26)"_blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4C: Fase di ampiezza di accoppiamento (PAC) (da esempio 2) PAC per le frequenze di fase 3-22 Hz e ampiezza frequenze 35-80 Hz.. Colori codificano normalizzato fase-ampiezza diretta accoppiamento incrociato-frequenza (ndPAC). accoppiamento spuria è impostato a 0 (p = 0,01). Condizioni: a sinistra: neutro, a destra: familiare-indirizzamento. Top: PAC del canale destro LFP locale LFPR23-LFPR23 mostrando PAC di familiarità condizioni affrontare con max. a 5-75 Hz (cerchio rosso). In basso: PAC di giusta combinazione LFP-EEG con LFPR23-EEGPzCz. (Modificata con il permesso di 26) Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 4D:. LFP tempo-frequenza di analisi (da esempio 2) Tempo di trame frequenza delle variazioni di corrente localmente a LFP23. TOP: differenza di potenza rispetto al basale nella condizione di familiare di indirizzamento durante il periodo della sperimentazione (0-4 sec). A sinistra: larga banda di frequenza 5-80 Hz, a destra: banda gamma; riga superiore: emisfero sinistro (LFPL23), in basso fila: emisfero destro (LFPR23). FONDO: contrasto statistica tra le condizioni che illustrano significativo aumento theta nella condizione familiare di indirizzamento a 4-6.5 Hz e periodo di tempo 2,6-2,8 sec (cerchio rosso), p = 0,048 su LFPL23 e aumento (trend) su LFPR23. mappa a colori codifica t-valori; alto: emisfero sinistro (LFPL23), in basso: emisfero destro (LFPR23). (Modificata con il permesso di 26) Clicca here per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
A differenza di non invasive tecniche di registrazione del cervello, come il cuoio capelluto-EEG e MEG, il quadro di registrazione proposto combinato invasiva e non invasiva neurofisiologico offre una notevole opportunità per estrarre informazioni da aree corticali e sottocorticali in relazione ai compiti cognitivi-emotivo. Tali informazioni si riflette l'attività oscillatoria del cervello a più bande di frequenza e diversi livelli di organizzazione in relazione al funzionamento del cervello 44. schemi cerebrali oscillatori che sono rilevanti nel nostro quadro di registrazione includono: sottocorticale attività oscillatoria (LFPs), cambiamenti nella coerenza cortico-sottocorticale che indicano cambiamenti nella correlazione lineare tra le attività a corticale e regioni sottocorticali sulle bande di frequenza specifiche, sottocorticale accoppiamento fase-ampiezza (PAC) e accoppiamento fase-fase (PPC). In particolare, la rilevanza della PAC e PPC è sottolineato come la relazione e l'interazione tra oscillazioni in diverse bande di frequenzaha dimostrato di essere utile nella comprensione funzione cerebrale. Nel caso della PAC, la fase di un oscillatore a bassa frequenza è correlata alla potenza di oscillazione ad alta frequenza conseguente sincronizzazione del inviluppo di ampiezza di ritmi veloci con la fase di ritmi più lenti. PPC rappresenta una fase singola di ampiezza bloccaggio fra n cicli di alta frequenza di oscillazione e m cicli di una bassa frequenza di un 45. Concentrare sul caso DBS-DOC esempio (Esempio 2), analisi delle corticale / subcorticale dati registrati per la condizione discorso familiare indirizzamento rivelato modulazione dell'attività oscillatoria nel beta e theta banda nel talamo centrale insieme ad una maggiore coerenza thalamocortical nel theta gruppo musicale. Inoltre, una fase theta - accoppiamento ampiezza gamma era evidente nel talamo localmente. Questi risultati non solo supportano il coinvolgimento del talamo di elaborazione emotiva e cognitiva, ma anche sottolineare le funzioni di that sono intatti nei pazienti cronici DOC e che potrebbe essere utile per la valutazione degli stati coscienti in tali pazienti 26.
Metodologicamente, come esemplificato dai nostri due esempi, i passi più importanti per la registrazione e l'analisi dell'attività cerebrale cortico-sottocorticale in relazione al trattamento emotivo-cognitivo includono:
1) Progettazione di un paradigma sperimentale, prendendo in considerazione le esigenze dei pazienti e dei vincoli in un ambiente post-operatorio, assicurando che lui / lei sarà in grado di svolgere il compito specificato nello studio senza compromettere la sua / propria integrità, massimizzando la possibilità di successo nel completamento dell'esperimento.
2) Ottenere il consenso informato firmato dal paziente, i familiari del paziente o commissione etica per effettuare la registrazione post-operatorio. Nell'esempio caso DBS-DOC (Esempio 2) l'approvazione è stata ottenuta esclusivamente dalla commissione etica a causa del paziente 's stato di incoscienza (coma). Nel caso di pazienti con disturbi motori consenso è stato ottenuto direttamente dal paziente.
3) Definizione di un adeguato set-up sperimentale per la registrazione simultanea di LPFs sottocorticali e corticali M (EEG) di attività. Nel caso di EEG, sottolineiamo: scelta adeguata e messa a punto di un montaggio dei canali EEG e posizionamento degli elettrodi sul cuoio capelluto del paziente. In particolare, il posizionamento degli elettrodi può essere difficile a causa della presenza di bende sulla testa del paziente dopo l'intervento chirurgico DBS, quindi consiglio di un EEG professionale o neurologo è altamente raccomandato per il posizionamento adeguato; Si raccomanda di non procedere a qualsiasi controllo di controllo di impedenza in modo da prevenire qualsiasi corrente deve essere inviato direttamente nel cervello del paziente (uso "off-label" di EEG-amplificatore). Si noti che la modalità del controllo dell'impedenza in molti sistemi EEG utilizza una piccola corrente che passa attraverso tutti gli elettrodi collegati in modo che la tensione risultante e impedanCES sono stimati dalla legge di Ohm; Selezione di un frequenza di campionamento adeguato e banda di frequenza è determinata principalmente da fattori quali le capacità delle apparecchiature EEG, la domanda di ricerca in fase di studio e dello stato di campionamento di Nyquist, in cui si afferma che la frequenza di campionamento necessaria per eliminare le frequenze alias in un segnale di limitata larghezza di banda ( ad un valore pari alla metà della frequenza di Nyquist) è due volte la massima componente di frequenza presente nel segnale.
4) Selezione di adeguati strumenti software: Tutti i calcoli per l'analisi quantitativa dei dati DBS-DOC (esempio 2) sono state eseguite da software di analisi commerciale, suite open source 46 e gli script auto-personalizzato (vedi file supplementari). Un vantaggio di strumenti software open source è la possibilità di personalizzare le proprie condotte analisi, modificando e combinando gli script esistenti (sotto l'attribuzione licenza comune). Tuttavia, per fare in modo comprensione più profonda del mabase tematica di elaborazione del segnale e la programmazione sono obbligatori. Inoltre, i dati elaborati da tale oleodotto personalizzati devono rispettare il formato richiesto dalla suite specifica. Nel caso di strumenti software commerciali, elaborazione dei dati è facilitato da interfacce grafiche che rendono ogni fase di lavorazione più intuitivo possibile, tuttavia gli utenti sono limitati nella loro capacità di modificare gli algoritmi inclusi nel software. Come esemplificato dal presente protocollo, una combinazione di strumenti software commerciali e open source è feconda fino a quando i dati possono essere esportati (importati) in modo compatibile da un sistema all'altro.
5) Limitazioni e modifiche: Il quadro di registrazione proposto invasive / non-invasiva ha dei limiti sia nel suo uso e le registrazioni previste. Come tecnica clinica, è diretto solo ai pazienti che si sottopongono a trattamento DBS per una specifica condizione medica e bersaglio del cervello, di conseguenza le aree cerebrali considerate per pernoy sarà vincolata dal piano operativo. La risoluzione spaziale delle registrazioni fornite da questa tecnica è a livello di potenzialità LFP, studi traslazionali in tal modo medici che richiedono analisi di attività cerebrale a livello multiscala dovranno essere integrate da studi su animali che coinvolgono le registrazioni a livello di singola cellula. Per quanto riguarda la DBS-DOC caso-esempio (Esempio 2), una limitazione riguarda anche la generalizzabilità dei risultati ottenuti si tratta di un singolo caso di studio.
Eventuali modifiche e la risoluzione dei problemi del compito Flanker (esempio 1) includono l'allargamento della risposta stimolo-intervallo (> 2.000 msec) per quanto riguarda l'incapacità dei pazienti di reagire entro un intervallo di tempo specificato. Ciò è particolarmente importante nel caso di pazienti con malattia di Huntington, che sono caratterizzati da movimenti involontari scatti insieme con il declino cognitivo ed emotivo. Inoltre, l'attività (originariamente costituito da quattro blocchi di 120 stimoli each) può essere ridotto a causa dell'incapacità di un paziente di continuare a causa della fatica. A questo proposito, la condizione fisica e l'età sono fattori determinanti per la selezione del paziente.
Si è concluso che l'approccio di registrazione proposto invasivo / non-invasive cervello non solo rappresenta un potente strumento per l'estrazione di modelli di oscillatori cervello a livello cortico-subcorticale in relazione ai paradigmi cognitivi ed emozione, ma sottolinea anche l'importanza del tempo-frequenza-fase analisi per l'estrazione di modelli di sincronizzazione del cervello a diverse risoluzioni spaziali e temporali. La futura applicazione di questa tecnica comprende lo studio di cortico-sottocorticale correlati neurali di elaborazione cognitiva e sensoriale di mira non solo i pazienti affetti da disturbi motori, ma anche disturbi psichiatrici come DOC, disturbo ossessivo compulsivo, la depressione e la demenza.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato sostenuto da ERA-NET NEURON / BMBF Germania (Tymon). costi di pubblicazione sono coperti da una sovvenzione da parte del Hospital Düsseldorf University. Il compito Flanker usata qui è stato modificato dalla versione inizialmente programmato dal Prof. C. Beste e il suo gruppo 47.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| BrainAmp Amplifier | Brain Products GmbH, Gilching Germany | Quantity: 2 | |
| BrainVision Recorder Software | Brain Products GmbH, Gilching Germany | 1 License | |
| BrainVision Analyzer Software | Brain Products GmbH, Gilching Germany | 1 License | |
| Fiber Optic cables and USB connectors | Brain Products GmbH, Gilching Germany | These come with the above listed equipment | |
| Electrode Input box (64 channels) | Brain Products GmbH, Gilching Germany | Quantity: 1 | |
| EEG gel | Natus Inc | Quantity: 1 | |
| Isopropyl alcohol | Schülke & Mayr GmbH, Germany | Quantity: 1 | |
| Skin preparation gel | Weaver and Co, USA | Quantity: 1 | |
| MATLAB | Math-Works, Natick, Massachusetts, USA | 1 License | |
| FieldTrip toolbox | http://www.fieldtriptoolbox.org/ | Open Source | |
| Macroelectrodes (model 3387 quadripolar DBS lead) | Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA | Quantity: 2 | |
| Sterile percutaneous extension wires (model 3550-05) | Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA | Quantity: 2 | |
| Twist lock cable (model 3550-03) | Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA | Quantity: 2 | |
| custom made connectors to DIN 428092 touch proof connectors | Quantity: 2 | ||
| Vercise Lead kit DB -2201 | Boston Scientific | Quantity: 2 | |
| Contact extension kit NM-3138 | Boston Scientific | Quantity: 2 | |
| O.R. cabel & extension SC-4100 A | Boston Scientific | Quantity: 2 | |
| connector to touch proof | Twente Medical Systems International B.V. | Quantity: 2 | |
| CT scanner Modell PQ2000 (Postoperative CT scans) | Philips Healthcare GmbH Hamburg | Quantity: 1 | |
| Presentation Software (Flanker Task) | Neurobehavioral systems Inc. | 1 License | |
| MEG System | Elekta Neuromag Inc | Alternatively | |
| High-density EEG sensor net (128 or 256 channels) | Electrical Geodesics Inc (EGI), USA | Alternatively |
References
- Foerster, O., Altenburger, H. Elektrobiologische Vorgänge an der menschlichen Hirnrinde. Dtsch. Zschr. Nervenheilk. 135, 277-288 (1934).
- Spiegel, E. A., Wycis, H. T., Marks, M., Lee, A. J. Stereotaxic apparatus for operations on the human brain. Science. 106, 349-350 (1947).
- Okun, M. S. Deep-Brain Stimulation for Parkinson's disease. N. Engl. J. Med. 367, 1529-1538 (2012).
- Groiss, S. J., Wojtecki, L., Südmeyer, M., Schnitzler, A. Deep Brain Stimulation in Parkinson's disease. Ther. Adv. Neurol. Disord. 2 (6), 20-28 (2009).
- Kalia, S. K., Sankar, T., Lozano, A. M. Deep brain stimulation for Parkinson's disease and other movement disorders. Curr. Opin. Neurol. 26 (4), 374-380 (2013).
- Della Flora, E., Perera, C. L., Cameron, A. L., Maddern, G. J. Deep brain stimulation for essential tremor: a systematic review. Mov. Disord. 25 (11), 1550-1559 (2010).
- Volkmann, J., Benecke, R. Deep brain stimulation for dystonia: patient selection and evaluation [Review]. Mov. Disord. 17 (3), 112-115 (2002).
- Hu, W., Stead, M. Deep brain stimulation for dystonia. Transl. Neurodegener. 21 (3(1)), (2014).
- Mentzel, C. L., Tenback, D. E., Tijssen, M. A., Visser-Vandewalle, V. E., van Harten, P. N. Efficacy and safety of deep brain stimulation in patients with medication-induced tardive dyskinesia and/or dystonia: a systematic review. J. Clin. Psychiatry. 73 (11), 1434-1438 (2012).
- Huys, D., et al. Management and outcome of pallidal deep brain stimulation in severe Huntington's disease. Fortschr. Neurol. Psychiatry. 81, 202-205 (2013).
- Hartmann, C. J., Groiss, S. J., Vesper, J., Schnitzler, A., Wojtecki, L. Brain Stimulation in Huntington’s disease. Neurodegener. Dis. Manag. , (2016).
- Morishita, T., Fayad, S. M., Higuchi, M. A., Nestor, K. A., Foote, K. D. Deep brain stimulation for treatment-resistant depression: systematic review of clinical outcomes. Neurotherapeutics. 11 (3), 475-484 (2014).
- Lakhan, S. E., Callaway, E. Deep brain stimulation for obsessive-compulsive disorder and treatment-resistant depression: systematic review. BMC Res. Notes. 4 (3), 60 (2010).
- Luigjes, J., et al. Deep brain stimulation in addiction: a review of potential brain targets. Mol. Psychiatry. 17, 572-583 (2012).
- Hardenacke, K., et al. Deep brain stimulation as a tool for improving cognitive functioning in Alzheimer's dementia: a systematic review. Front. Psychiatry. 4 (159), (2013).
- Laxton, A. W., Stone, S., Lozano, A. M. The Neurosurgical Treatment of Alzheimer's Disease: A Review. Stereotact. Funct. Neurosurg. 92, 269-281 (2014).
- Schrock, L. E., et al. Tourette syndrome deep brain stimulation: A review and updated recommendations. Mov. Disord. 30 (4), 448-471 (2015).
- Schiff, N. D., et al. Behavioral improvements with thalamic stimulation after severe traumatic brain injury. Nature. 448, 600-603 (2007).
- Yamamoto, T., Katayama, Y. Deep brain stimulation therapy for the vegetative state. Neuropsychol. Rehabil. 15, 406-413 (2005).
- Yamamoto, T., Kobayashi, K., Kasai, M., Oshima, H., Fukaya, C., Katayama, Y. DBS therapy for the vegetative state and minimally conscious state. Acta Neurochir. Suppl. 93, 101-104 (2005).
- Lipsman, N., Giacobbe, P., Lozano, A. M. Deep brain stimulation in obsessive-compulsive disorder: neurocircuitry and clinical. Handb. Clin. Neurol. 116, 245-250 (2013).
- Mallet, L., et al. Stimulation of subterritories of the subthalamic nucleus reveals its role in the integration of the emotional and motor aspects of behavior. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 104 (25), 10661-10666 (2007).
- Rotge, J. Y., et al. A challenging task for assessment of checking behaviors in obsessive-compulsive disorder. Acta Psychiatr. Scand. 117 (6), 465-473 (2008).
- Clair, A. H., et al. Excessive checking for non-anxiogenic stimuli in obsessive-compulsive disorder. Eur. Psychiatry. 28 (8), 507-513 (2013).
- Burbaud, P., et al. Neuronal activity correlated with checking behaviour in the subthalamic nucleus of patients with obsessive-compulsive disorder. Brain. 136, 304-317 (2013).
- Wojtecki, L., et al. Modulation of central thalamic oscillations during emotional-cognitive processing in chronic disorder of consciousness. Cortex. 60, 94-102 (2014).
- Menon, D. K., et al. Cortical processing in persistent vegetative state, Wolfson Brain Imaging Centre Team. Lancet. 352 (200), (1998).
- Monti, M. M., et al. Willful modulation of brain activity in disorders of consciousness. New. Engl. J. Med. 362, 579e589 (2010).
- Owen, A. M., Coleman, M. R., Boly, M., Davis, M. H., Laureys, S., Pickard, J. D. Detecting awareness in the vegetative state. Science. 313, 1402 (2006).
- Hirschmann, J., et al. A direct relationship between oscillatory subthalamic nucleus-cortex coupling and rest tremor in Parkinson's disease. Brain. 136, 3659-3670 (2013).
- Hirschmann, J., et al. Differential modulation of STN-cortical and cortico-muscular coherence by movement and levodopa in Parkinson's disease. Neuroimage. 68, 203-213 (2013).
- Okada, Y., Lähteenmäki, A., Xu, C. Experimental analysis of distortion of magnetoencephalography signals by the skull. Clin. Neurophysiol. 110, 230-238 (1999).
- Vaughan, T. M., McFarland, D. J., Schalk, G. The Wadsworth BCI Research and Development Program: at home with BCI. IEEE Trans. Neural Syst. Rehabil. Eng. 14, 229-233 (2006).
- Gross, J. Analytical methods and experimental approaches for electrophysiological studies of brain oscillations. J. Neurosci. Methods. 228, 57-66 (2014).
- Pivik, R. T., Broughton, R. J., Coppola, R., Davidson, R. J., Fox, N., Nuwer, M. R. Guidelines for the recording and quantitative analysis of electroencephalographic activity in research contexts. Psychophysiology. 30, 547-558 (1993).
- Mai, K. M., Assheuer, J. K., Paxinos, G. Atlas of the human brain (2nd edition). , Elsevier: Academic Press. (2004).
- Yelnik, J., et al. A three-dimensional, histological and deformable atlas of the human basal ganglia. I. Atlas construction based on immunohistochemical and MRI data. NeuroImage. 34, 618-638 (2007).
- Bardinet, E., et al. A three-dimensional histological atlas of the human basal ganglia. II. Atlas deformation strategy and evaluation in deep brain stimulation for Parkinson disease. J. Neurosurg. 110, 208-219 (2009).
- Maris, E., Oostenveld, R. Non-parametric statistical testing of EEG- and MEG-data. J. Neurosci. Methods. 164, 177-190 (2007).
- Halliday, D. M., Rosenberg, J. R., Amjad, A. M., Breeze, P., Conway, B. A., Farmer, S. F. A framework for the analysis of mixed time series/point process data-theory and application to the study of physiological tremor, single motor unit discharges and electromyograms. Prog. Biophys. Mol. Biol. 64, 237-278 (1995).
- Maris, E., Schoffelen, J. M., Fries, P. Nonparametric statistical testing of coherence differences. J. Neurosci. Methods. 163, 161-175 (2007).
- Nolte, G., Bai, O., Wheaton, L., Mari, Z., Vorbach, S., Hallet, M. Indentifying true brain interaction from EEG data using imaginary part of coherency. Clin. Neurophysiol. 115, 2292-2307 (2004).
- Ozkurt, T. E., Schnitzler, A. A critical note on the definition of phase-amplitude cross-frequency coupling. J. Neurosci. Methods. 201, 438-443 (2011).
- Schutter, D. J., Knyazev, G. G. Cross-frequency coupling of brain oscillations in studying motivation and emotion. Motiv. Emot. 36 (1), 46-54 (2012).
- Palva, J. M., Palva, S., Kaila, K. Phase synchrony among neuronal oscillations in the human cortex. J. Neurosci. 25 (15), 3962-3972 (2005).
- Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: open source software for advanced analysis of MEG, EEG, and invasive electrophysiological data. Comput. Intell. Neurosci. 156869, (2011).
- Beste, C., Mückschel, M., Elben, S., Hartmann, C. J., McIntyre, C. C., Saft, C., Vesper, J., Schnitzler, A., Wojtecki, L. Behavioral and neurophysiological evidence the enhancement of cognitive control under dorsal pallidal deep brain stimulation in Huntington’s disease. Brain. Struct. Funct. 220, 24441-24448 (2015).
