Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

İnsanlarda Kombine İnvaziv subkortikal ve Bilişsel Değerlendirme Non-invaziv Yüzey Nörofizyolojik Kayıtlar ve Duygusal Fonksiyonlar

Published: May 19, 2016 doi: 10.3791/53466
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 1,2, 3, 1,2, 1,2
1Institute of Clinical Neuroscience and Medical Psychology, Medical Faculty, Heinrich-Heine-University, 2Department of Neurology, Center for Movement Disorders and Neuromodulation, University Clinic Düsseldorf, 3Department of Neurosurgery, Functional Neurosurgery and Stereotaxy, Center for Movement Disorders and Neuromodulation, University Clinic Düsseldorf

Abstract

İnsan beyninin mekanizması hakkında önemli bilgiler ayıklamak için non-invaziv elektroensefalografi (EEG), manyeto-falografi (MEG) ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) uygulayarak başarı rağmen, bu tür yöntemleri fizyolojik hakkında bilgi vermek için yetersiz kalır subkortikal düzeyde bilişsel ve duygusal fonksiyonları yansıtan süreçler. Bu bağlamda, bu tür derin beyin stimülasyonu (DBS) olarak insanlarda çağdaş invaziv klinik yaklaşımlar, subkortikal beyin aktivitesi, lokalize bazal ganglionlar veya talamik bölgelerden nöral meclislerinin tutarlı aktivitesini temsil yani yerel alan potansiyelleri (LFPs) kaydetmek için muazzam bir imkanı sunuyoruz . İnsanlarda invaziv yaklaşımlar tıbbi belirti sonrası ancak zorunlu ve böylece kaydedilen veriler değiştirilmiş beyin devrelerine uygun olmalarına rağmen, beyin değerli bilgi oscillatory göre sağlam beyin fonksiyonlarının varlığı ile ilgili elde edilebiliretkinlik ve deneysel bilişsel paradigmalar yanıt hastalıkların patofizyolojisi. Bu doğrultuda, Parkinson hastalığı (PH) olan hastalarda DBS çalışmalarının giderek artan sayıda motor fonksiyonlarını değil, aynı zamanda duyguların, karar verme, dikkat, bellek ve duyusal algı olarak üst düzey süreçleri sadece hedef. Son klinik çalışmalar da bilinç (DOC), kronik hastalıklara, obsesif kompulsif bozukluk (OKB) arasında değişen nöropsikiyatrik hastalıklarda alternatif tedavi olarak DBS rolünü vurgulamaktadır. Sonuç olarak, biz (bilişsel ve duygusal işleme yalak deneysel paradigmalar kortikal-subkortikal yapıların rolünü değerlendiren kombine invaziv (LFP) ve non-invaziv (EEG) insan beyninin kayıtlarının kullanımına odaklanır örn. Duygusal çağrışım ya da paradigmaları konuşma uyaranlar DBS tedavi gören hastalar için Flanker görev gibi bilişsel kontrolü), evi.

Introduction

İnsanlarda invaziv nörofizyolojik kayıtları epilepsi cerrahisi ve tümör araştırması 1 sırasında elektrokortikografik kortikal alanlar kayıtları ve beyincik hedefleyen seminal çalışmalara uzanmaktadır. Bu tür kayıt prosedürünün daha da geliştirilmesi içine kritik dönüm noktası insan beyninin 2 derin yapıların güvenli ve verimli erişim sağlar stereotaktik tekniğinin tanıtımı olmuştur. Yanı sıra, klinik tedavi, insanlarda beyin invaziv yaklaşımlar (dış uyaranlara, derin beyin stimülasyonu uygulanan hastalarda intra ve post-operatif invaziv kayıtların özellikle dava ile modüle kaydedilen faaliyet kalıpları ile ilgili olarak DBS beyin fonksiyonlarını incelemek için oldukça benzersiz bir fırsat sağlar ) prosedürleri. DBS uygulanabilirliği ve kullanışlılığı kompulsif bozukluk (OKB) veya skorunda gibi koşulları obsesif Parkinson hastalığı (PH) çeşitli nörolojik ve nöropsikiyatrik hastalıklarda ele alınmıştırbilinç (DOC) nic bozuklukları.

Özellikle, DBS Parkinson hastalığı 3,4,5, esansiyel tremor 6, birincil / genelleştirilmiş segmental distoni 7,8,9, Huntington hastalığı 10,11, tedaviye dirençli depresyon-12,13, nikotin tedavisi uygulanmıştır ve alkol bağımlılığı 14, Alzheimer hastalığı 15,16, Tourette sendromu 17 ve bilinç (DOC) kronik bir hastalıktır 18,19,20.

nöropsikiyatrinin kapsamında, DBS obsesif kompulsif bozukluk (OKB) internal kapsül (ALIC) ön ekstremite hedef için onaylı / CE işaretli tedavi ve (ventral kapsül / ventral striatum / ventral kaudat hedef kullanımda VC / olduğunu VS), nükleus akkumbes (Nac) ve subtalamik nükleus (STN) 21. OKB 22 DBS ile ilgili olarak, son çalışmalar kompulsif kontrol mekanizması içine STN rolünü vurgulamakbellek tabanlı-paradigmalar 23,24,25 kullanılarak ing.

Bilişsel ve duygusal çağrışımları ile paradigmaların etkisi altında beyin aktivitesinin Kayda Değer, modülasyon DOC 26,27,28,29 yılında vurgulanmıştır. Böylece, DBS kronik DOC için olası bir tedavi olarak değil, aynı zamanda merkezi talamik bölgelerde içi ve post yerel alan potansiyelleri (LFP) kaydederek subkortikal aktivitenin modülasyonu okuyan olasılığını açılır bir klinik prosedür olarak sadece vurgulanır operatif.

Hastanın uyarım intra-operatif dürtü stimülasyon testleri ile özelleştirilmiş ise DBS, elektrotların beyin cerrahisi implantasyonu, güvenle beyin anatomik kısıtlamalar hesapları stereotaktik teknikle dayanmaktadır. Post-operatif LFP kayıt DBS elektrotlar ilk implantasyon sonrası ve dürtü jeneratör içselleştirilmesi önce mümkündür. Özellikle, mevcut protokol centere olduğunupost-operatif kayıtları d.

LFPs ile birlikte, kortikal beyin aktivitesinin eş zamanlı kayıt non-invaziv elektroensefalografi (EEG) veya manyetoensefalografinin (MEG) 30,31 tarafından, örneğin elde edilebilir. Bu iki non-invaziv yöntemler mükemmel zaman çözünürlüğü nedeniyle desteklenmektedir. MEG kafatası etkileri 32 tarafından EEG daha az etkilenen iken daha az metalik implantlar ve baş hareketlerinin neden olduğu eserler etkilenir ve hastanın yatak tarafı 33 de kullanılabilir, çünkü EEG avantajlı görünmektedir. Uygulanan duygusal-bilişsel paradigmalar yanıt kortikal-subkortikal beyin aktivitesi (LFP ve EEG / MEG) eş zamanlı kayıt olarak, beyin salınımları ve davranış arasındaki farklı ilişkiler Zaman-frekans bağlantı temelinde kurulabilir 34 analiz eder. Buna karşılık, bu tür desenler hastanın bireysel bilişsel adaylarının biyobelirteçleri ve duygusal durumları ve o yol açabilirbireyselleştirilmiş ayarları dikkate tedavi parametrelerinin ptimization.

Özellikle kortikal ve subkortikal düzeyde bilişsel ve duygusal fonksiyon değerlendirilmesi için insanlarda invaziv ve non-invaziv nörofizyolojik kayıt aşağıdaki protokol hedefleri, (EEG ve LFPs).

İlk olarak, mevcut protokolü birlikte video gösterilen nörofizyolojik kayıt adım sözde Flanker görevini yerine hareket bozukluğu (Örnek 1) örnek bir hasta ile, bir kayıt karşılık gelmektedir.

İkinci olarak, protokol adımlar kronik DOC 26 yayımlanmış bir DBS örnek alınan analiz ve numune sonuçlarının (Örnek 2) metodolojisine odaklanarak ele alınmaktadır.

Bu iki örnek, farklı bozuklukları ve çeşitli deneysel paradigmalar ile DBS-tedavi edilen hastalarda önerilen protokolün uygulanabilirliğini vurgulayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

DBS prosedürü ve invaziv kayıtları Üniversite Kliniği Düsseldorf, Almanya Etik Komisyonu tarafından kabul edildi.

1. Deneysel Paradigma Tasarım ve Hasta Onayı

NOT: deneysel bir paradigma Tasarım veya ilgi bir bilişsel / duygusal yönü hedef varolan deneysel paradigma seçin.

  1. DBS-tedavi yapılacak hastaları seçin. DBS-Hasta çalışmanın dahil edilme kriterlerini karşılayan olmadığını sorun. evet, ilgili bilişsel paradigmanın bir post-operatif kayıt ve başvuru yürütmek için hasta ve / veya etik komisyonu (varsa) imzalı bilgilendirilmiş onam alırsanız.
    Not: Post-operatif kayıt başlangıç ​​DBS cerrahisi (birlikte özel kablolar vasıtasıyla başından bunlara karşılık gelen dışsallaşması birlikte) DBS elektrot implantasyonu için yapılır sonra ertesi gün gerçekleşir ve ikinci ameliyattan önce yer alır rDBS elektrotlar ve stimülatör kalıcı implantasyonu egarding.
    1. Flanker görev (Örnek 1) 'de, hareket bozukluğu olan bir hastada imzalı bilgilendirilmiş onam elde (örn. Huntington veya Parkinson hastalığı), bir post-operatif kayıt yürütmek için. Flanker deneyin amacı davranışını hata ve kortikal ve subkortikal düzeyde beyin osilatör aktivitesi üzerine yansıyan nasıl böyle adaptasyon belirlemek için adaptasyon için hastanın yeteneğini test etmektir.
      NOT: Bir hasta seçimi bilişsel ele alınması mekanizması ve hastanın bozukluk tarafından belirlenir. DBS-DOC vaka örneğin (Örnek 2) 'de, 38 yaşında bir kafa travması geçiren bir kadın DOC hasta seçildi. Çünkü bilgilendirilmiş onam sınırlama hastanın durumu, DBS tedavisi ve deneysel katılımı yerel etik komisyon tarafından sadece kabul edildi. DOC postoperatif kayıt temel amacı olmadığının saptanmasıdırBilişsel ve duygusal işleme ile ilgili beyin fonksiyonu hala bilincin şiddetli bozukluğu olan bir hastada sağlam oldu.
  2. Uyarının türü arasında seçim (işitsel, görsel) sunulmak üzere. uyaran sunum (blok veya karışık tasarım) sırasını belirlemek. Uyarının süresini seçin inter uyaran aralığı (ISI) ve deneme sayısı.
    1. Bir uygulamalı örnek olarak yanıt hataları taahhüt tepki davranışı uyum sağlama yeteneğini incelemek için, Flanker görev (Örnek 1, Şekil 1A) gerçekleştirin. Bu görev görsel uyaranlara oluşur (çevrili ok uçları dikey olarak düzenlenmiş).
    2. ayrıca (ortada daire) denemeler durdurmak düşünün, (hedefin üzerinde ve altında) iki komşu oklarla (ortada ok başı) ya aynı (uyumlu) ya da tam tersi (uyumsuz) yönde işaret hedef uyaran kanadını.
    3. Sol veya sağ için hedef sunmak ve bir res basın katılımcıdansol veya sağ başparmak ile ponse düğmesine basın. Dur çalışmalarda, cevap değil katılımcıları talimat. Mevcut flankers hedefin önce 200 milisaniye. 300 milisaniye boyunca hedef gösterilecek ve 2000 msn (geçen süre bir işaret tonu ile belirtilir) tepki uyaran-aralığını ayarlayın. Bu görevi 120 uyaranların her dört bloktan toplam sunun. Mevcut, (% 60) uyumlu (% 20) uyumsuz ve stop-deneme (% 20) uyaranlara rastgele.
      NOT: uyarıcı-aralığı için bu değer, motor engelli hastalar dikkate alındığında cevapsız çalışmaların çok sayıda önlemek için seçildi. Flankers ve hedef aynı anda kapalı bulundu. Hastalar mümkün olduğunca çabuk cevap istendi.
      NOT: DBS-DOC vaka örneğin (Örnek 2, Şekil 1B), deneysel paradigma nötr olmayan adresleme ve tanıdık-adresleme konuşma oluşan bir blok tasarımı 26 uyaranlara. uyaran süresi (randomize 4 5 sn arası uyaran-arayla) 4 sn-kuruldu. bir totdurum başına 80 çalışmaların al bu paradigma (Şekil 1B) dikkate alınmıştır.
  3. Bir post-operatif ayar kaydında hastanın fiziksel kısıtlamaları ve ihtiyaçlarını öngörülüyor. Hasta aşırı kore hareketlerinin varlığını (Huntington hastalığı) ya da titreme (Parkinson hastalığı) göz önüne alınarak bilgisayar klavye faydalanmak mümkün olup olmadığını Özellikle belirlemek.
    1. Emin hasta (lokal anestezi ya da DBS Ameliyat sırasında uygulanan stereotaktik kafa çerçevesi neden oldu olabilir gözlerinde karşısında ve etrafında şişlik gibi) monitör görmek ve tüm deney süresince rahatça oturmak mümkün olduğundan emin olun. Hasta bu koşulları yerine getirmemesi halinde, deney yapmayın.

Ameliyat sonrası subkortikal (LFPs) ve Yüzey (EEG) Recordings için 2. Set-up

  1. Odaya w EEG cihazları (ek dosyaları Malzemeler bakınız) kurmakBurada deneme yapılacaktır. EEG sistemine kayıt bilgisayara bağlayın. (Ek dosyalarında "malzeme" bölümüne bakınız) EEG kaydı yazılımını başlatın.
  2. belirterek EEG kaydı yazılımında çalışma alanını tanımlamak için "Dosya" ve ardından "Yeni bir çalışma alanı" tıklayın: 5 kHz, düşük kesme (DC) ve yüksek kesim frekansı (1000 Hz), EEG kanalları bir örnekleme frekansı (uluslararası 10/20 sistemine göre en az: (Fz) frontometafizyel merkezi, centro-merkez) Cz (fronto-polar referans (Fpz) ve toprak (mastoid) ve paradigma ayrıca parieto-orta bağlı (Pz) , oksipito-merkezi (T3 / T4), (Oz) zamansal, fronto- medial (F3 / F4), fronto-yanal (F7 / F8)) (Şekil 2B) ve LFP kanalları (LFPL 0, LFPL1, LFPL2, LFPL3 ( sol hemisfer, Şekil 2C); LFPR0, LFPR1, LFPR2 ve LFPR3 (sağ hemisfer)). Belirtilen kanalları artık kayıt için ayarlanmış olduğunu doğrulamak için "Monitor" tıklayın.
    NOT: prçalışma alanının Ayırma önceden sipariş deneme süresini en aza indirmek ve kaydının yapılandırmasında beklenmedik değişiklikleri denetlemek üzere tavsiye edilir. En yüksek temporal çözünürlük, doğru filtre ayarlarını, yeterli örnekleme oranı ve faiz kanallarının düzgün seçimini sağlamak için tavsiye edilir.
  3. EEG sistemine paralel bağlantı noktasını uyaran bilgisayar kurmak. uyaran yazılımını başlatın. Bilgisayarın monitöründe paradigmanın işlevselliğini (görsel uyaranlara) ve / veya hoparlör (işitsel uyaranlar, ses ipuçları) kontrol etmek için "Çalıştır" a tıklayın. uyarıcı bilgisayardan emin olun belirteçleri (tetikleyiciler) uyaranlara ve EEG kayıt yazılımı kendi görünümünü kontrol ederek öznenin tepkisinin sunumu sırasında kayıt sistemine okunur.
    NOT: uyarıcı cihazlardan Tetikleyiciler en az 200 mikro-sn (5 kHz örnekleme oranı ile) EEG sistemi tarafından tespit edilecek süresini olmalıdır. tetikleyiciler olay iliflkilerimiz aç belirteçleri olduğundanonların işlevini arka veri analizi için çok önemlidir belirli bir zaman döneminde meydana gelen ted-olaylar veya uyarılmış ilgili etkinlik. DBS-DOC vaka örneğin (Örnek 2), deneysel paradigma (Şekil 1B) tetikleyiciler sunulan her uyaranların başında ve sonunda kurulan bu yüzden işitsel uyaranlara (tanıdık bir yabancı sesler) oluşuyordu. Flanker görevi durumunda (Şekil 1A) tetikler 1) flankers ve hedef uyaranlar, ortaya 2) Hasta yanıt verdi ve 3) bir isteka sesi hastayı bilgilendirmek duyuldu ne zaman anda ayarlanmış olan tepki zamanı olduğunu geçmişti.
  4. bir deri işaretleyici kalem kullanarak ve deneyimli bir nörolog ya da EEG uzmanının tavsiyesi takip ederek nasion ve inion arasındaki orta olarak hastanın başının tepe işaretleyin. Ayrıca, 10-20 sistemini kullanarak EEG elektrot konumları seçilmiş işaretlemek. ilk olarak izopropil ile seçilen her yerini temizleyerek kafa derisine EEG yüzey elektrotları takınil alkol pedi ve aşındırıcı macun kullanımından sonra.
    NOT: Bu tür eylemler DBS hastanın kafasına bandaj yerleştirilmesi ile sınırlandırılmıştır. Ancak, deneyimli bir nörolog her elektrot / kanal için uygun bir (yaklaşık) konumunu tanımlamak gerekir. Bu arada (varsa) dışında doğru iletişim hareket saç sağlamaktır. ameliyat bandı ile şifrelenmektedir kendi kendine yapışan bir elektrot kullanımı nedeniyle yerleştirme kolaylığı için kullanılabilir.
  5. perkütan uzantısı dışsallaşmış DBS elektrotlar bağlayın. Harici kablo konnektörüne perkütan uzantısını bağlayın. EEG kaydı set-up göre EEG kontrol kutusuna harici kablo konnektörüne tarafından sağlanan her elektrot bağlayın. İlk zemin ve referans takarak EEG kontrol kutusuna EEG kafa derisi elektrotlar bağlayın.
  6. ilk olarak izopropil alkol ped ile bölgeyi temizleyerek belirtilen kaslarda EMG elektrotlar (referans ve aktif elektrotlar) takın. EEG kontrol kutusuna EMG elektrotları bağlayın.
    NOT: Bu adım isteğe bağlıdır ve motor görevleri paradigma içine dikkate alındığında veya motor bozukluğu olan hastalarda olduğu gibi kasların etkinliğini izlemek için gerektiğinde esas gerçekleştirdi.
  7. verileri görselleştirmek için "Monitor" tıklayın. Monitörde görüntülenen emin EEG ve EMG sinyalleri eser ücretsiz Değişimin varlığı ve üst üste yüksek frekans bileşenlerini tespit ederek emin olun. Böyle fizyolojik kayıtları mevcut bozuklukların tip aşina olana kadar 35 ve / veya deneyimli bir nörolog veya nörobilimci teknik danışmanlık talebinde kayıt elektroensefalografik sinyallerle ilgili eserler türleri ve diğer faktörler hakkında yönergeleri kontrol edin.
    Not: Bu adım off-line veri analizi için, yüksek kaliteli sinyaller sağlamak için önemlidir.

3. Post-operatif kaydedilmesi subkortikal (LFPs) ve Yüzey (EEG) Beyin Etkinlik

  1. Hastaya talimatlar sağlar. emin olun patient rahat ve rahatsızlık herhangi bir zamanda denemeyi durdurmak için ona / onu söyleyin.
  2. hasta monitörü üzerinde paradigma görmek ve / veya işaret tonları ve sesleri dinlemek mümkün olduğunu böylece uyarıcı yazılım üzerinde "run" tıklayın. o / o görev ile rahat olana kadar hasta ile bir eğitim oturumu gerçekleştirin. Hasta deneysel görevi gerçekleştirirken subkortikal (LFP) ve kortikal (EEG), beyin aktivitesinin eş zamanlı kayıt başlatın.
    Not: (Şekil 1B) de tarif edildiği gibi bir paradigma bir blok tasarımı işitsel uyarı oluşan DBS-DOC, duruma göre örneğin (Örnek 2) durumunda. Flanker görev (Şekil 1A) durumunda, görsel uyaranlara üç koşul (uyumlu (% 60), uyumsuz (% 20) ve stop-deneme (% 20)) rastgele her blok (karışık tasarım) içinde sunuldu karşılık gelen her blok 120 uyaranlara oluşuyordu ve paradigma dört blok toplam oluşuyordu. Görev tamamlanmıştır sonra,Bu veriler daha sonra off-line tarama ve kantitatif analiz için kayıt bilgisayarın sabit diskinde saklanır.

4. Veri Analizi

NOT: EEG analiz yazılımı kullanılarak Adımlar:

  1. (Ek dosyalarında "malzeme" bölümüne bakınız) EEG analiz yazılımı açın ve klasör yolları (ham, tarih ve ihracat) ve verinin adını belirterek kaydedilen verileri görselleştirmek için "Yeni" butonuna tıklayınız. ilgi kanalları seçmek için "Edit kanallar" ı tıklayın. Gerekirse kanalları yeniden adlandırın.
  2. Bitişik DBS kişileri referans yeniden ve böylece sağ ve sol hemisfer için sanal bipolar kişileri oluşturmak için "Kanal Ön işleme" ve ardından "Yeni Reference" tıklayın. EEG kanalları için sanal bir montaj oluşturmak için bu işlemi tekrarlayın.
    NOT: Bipolar yeniden referans montaj hacmi iletim etkilerini en aza indirmek ve kaydedilen sinyallerin uzaysal güvenilirliğini artırmak için önemlidir. DBS-DOC, c halindease örneği (Örnek 2), aşağıdaki bipolar kanallar set-up edildi DBS: LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, LFPR23 ve EEG: Cz / Fz, Pz / Cz Oz / Pz, T3 / Cz ve T4 / Cz . MEG sinyalleri referans ücretsiz kaydedildi iken, EEG sinyalleri ortak bir çerçeve içinde gerçek olmayan keyfi sıfır değeri sinyallerini ayarlamak için başvurulan gerektiğini vurgulamak layık. Mevcut EEG referans sistemleri şunlardır: İki kulaklara elektrotlar arasındaki ortalama, ortalama (tüm kanallar dikkate alınarak) referans, iki veya tek mastoid referans ve gürültü referans Cz veya FPZ başvuru. Veri analizi amacıyla, farklı yeniden referans düzenlemeleri DBS ve EEG sinyalleri arasındaki zaman-frekans bağlantı analizi hedeflerken, bipolar kişiler uygun örneğin kullanılabilir.
  3. Motor jittering ve ekipmanları bozuklukları üzerinde durularak fizyolojik ve ekipmanları ile ilgili eserler için ekran verilerine "ham veri inceleme" tıklayın. Mark segmentleri olan eserler mevcuttur.
    NOT: DBS dışa kablo ile kafa derisi aktivitesini ve aynı anda subkortikal aktiviteyi kaydederken, EEG mevcut çabaları sinyal gürültü oranını geliştirmeye yönelik edildiği için böyle MEG gibi teknikler daha gürültü eserler daha sağlam görünmektedir. Motor bozukluğu olan hastaların bu tür koresi olarak istemsiz hareketler muzdarip ve kaydedilen sinyalleri motor jittering eserler görünümünü tremor o nedeniyle hesaba katılması gerekir. Diğer bozuklukları göz yanıp söner ve ekipmanları ile ilgili eserler kaynaklanmaktadır. DBS-DOC durumda örneğin (Örnek 2) üzerinde yoğunlaşırken, artefakt muayene görsel inceleme ile gerçekleştirildi ve eserler elle işaretlendi. Bazı eserler belirli bir kritere tarafından tanınan olmayabilir olarak otomatik bir eser inceleme modu tek bir uygulama önerilmez.
  4. Bir çentik filtresi belirtmek için "Veri Filtreleme" ve ardından "IIR Filtreler" tıklayın: 50Hz (güç hattı eserler ile ilgili) ve Butterworth Sıfır Faz Filtreler speci tarafındanlikle Alçak ve Yüksek Kesim parametreleri. Belirtilen frekansa kaydedilen sinyalleri altörnekleyebilirsiniz ve ayrıca interpolasyon türünü belirtmek için "Değiştir Örnekleme Oranı" tıklayın.
    1. DBS-DOC örneğinde; 1.0000 Hz, Zaman sabiti: 0.1592s, eğim: Düşük Cutoff set 48 dB / oct; Yüksek Kesim: 80,0000 Hz, zaman sabiti: 0,1592 sn ve 48 dB / Ekim ve spline enterpolasyon ile 512 Hz altörnekleme frekans.
      NOT: (Fieltrip (http://www.fieldtriptoolbox.org/), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab/) ve SPM8: İsteğe bağlı olarak, tanınmış açık kaynak suit göre özelleştirilmiş komut dosyaları filtreleme gerçekleştirmek http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). İlk durumda, örnek komut (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing) 'de verilmiştir. Diğer süitlerde ayrıca bu adımı gerçekleştirmek için ayrıntılı belgeler sağlar.
      NOT: Herhangi bir noktada Aşağı örnekleme Nyquist teoremine göre daha fazla analiz için kullanılabilir frekans alanını sınırlayacaktır. 80 Hz frekans bandını yukarı değerlendirirken DBS-DOC vaka örneği göz önüne alındığında, 512 Hz seçilen örnekleme frekansı uygundur.
      NOT: (Fieldtrip (http://www.fieldtripbox.org), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab) ve SPM8: Alternatif olarak, bilinen açık kaynak suit göre özelleştirilmiş komut dosyaları tarafından aşağı örnekleme yapmak http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). İlk durumda, komut örnekleri (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing) verilmiştir. Diğer süitlerde ayrıca bu adımı yürütmek için belgeleri temin.
  5. Daha sonra "Export" ve "Genel Bilgi" tıklayarak ilgi ihracat bipolar kanalları. Sonra İhracat verileri "Export" tıklayarak belirteçleri (tetikleyiciler) ve "İşaretleyiciler". Bir "txt" biçimini seçerek ihraç edilecek dosyaları adlandırın.
    NOT: (.txt) çoklanmış formatta kanalları ihracat ve ayrıca tavsiye önerilmektedir sonraki adımda Fieldtrip araç kutusunu kullanmak içined ihraç kanallar hakkında bilgi içeren bir "vmrk" dosya eklemek. Aynı zamanda 4. adımda seçilen kötü aralıklarla karşılık gelen belirteçleri atlama seçeneği) sunulan iken ihraç edilen belirteçleri için (.txt) biçimi kullanmak için tavsiye edilir.

NOT: Fieldtrip kullanarak Adımlar:

  1. MATLAB kadar başlatın ve varsayılan olarak bitmiş değil halinde Fieldtrip klasörün yolunu eklemek için "set yolunda" üzerine tıklayın.
  2. Çalıştırarak Fieldtrip içinde fonksiyonları ile uyumlu bir hücre dizi yapısına (daha önce ön-işlenmiş veri ve işaretçileri koy Komut 1-Yardımcı Dosya adım 7'den EEG ve LFP dosyalarını içeren dizini: belirtmek kaçırmadan) kanal isimleri, örnekleme frekansı, örnek zaman, denemeler. (İsteğe bağlı) "yorumsuz" belirtilen kodla obje ret gerçekleştirin. Bu komut nex kullanılacak olan belirli bir dosya içine verileri kaydedert adımlar.
  3. Çalıştırarak (ilgi kanalları için LFP spektral güç hesaplayın Komut 2-Ek Dosya belirtmek için eksik olmadan): tarafından oluşturulan dosyayı içeren dizini (Senaryo 1), yöntem (dalgacık veya mtmconvol), pencerenin genişliğini, faiz (Foi), faiz (toi) ve zamanın dönemi ve frekans temel düzeltme (opsiyonel) frekans. İstatistiksel analiz ve istenilen p-değerinin türünü tanımlayın.
    Not: DBS-DOC vaka örneğin (Örnek 2), güç analizi uyaran kilitli dalgacık zaman frekans analizi dikkate alınarak gerçekleştirilmiştir (Morlet dalgacık (width = 5)) Hanning konik, 4-80 Hz frekans aralığında -1 sn 4 arasında bir süre. Bu nedeniyle dalgacıklar zaman ve frekans değişken çözünürlüğe sahiptir. Bir dalgacık seçerken, biz zamansal ve spektral çözünürlüğü arasında bir trade-off karar verir. Özellikle, Morlet dalgacık sinüzoidal şekil ağırlığa sahipBir zaman serisinde yerel osilatör bileşenleri yakalayan sağlayan bir Gauss çekirdek tarafından ed. genişlik parametresi küçük yapma frekans çözünürlüğü pahasına ve tersi zamansal çözünürlüğe artacaktır. Belirli bir frekans F spektral bant genişliği eşittir F / genişlik x 2 dalgacık süresi (/ F / pi genişliği eşit iken (F = 40 Hz ve genişliği için = 5 spektral bant genişliği 16 Hz) F = 40 Hz ve width = 5 dalgacık süre) 39.8 msn olduğunu. Dayanan bir küme (zaman ve frekans değişkenleri) randomizasyon yaklaşım koşulları (iki taraflı testinde .05 p-seviyesi) 39 arasındaki istatistiksel analiz için kullanıldı. Bu adımı gerçekleştirerek elde edilen çıktının bir örnek olarak Şekil 4A ve Şekil 4D bakınız. Zaman frekans cevabı analizi açık kaynak yazılım Fieldtrip dayalı özelleştirilmiş komut dosyaları (http://www.fieldtriptoolbox.org/) tarafından yapılmıştır. can bu adımı gerçekleştirmek için bir komut dosyası nasıl özelleştirileceği konusunda özel ayrıntılarhttp://www.fieldtriptoolbox.org/reference/ft_freqanalysis bulunabilir.
  4. (Çalıştırarak subkortikal ve kortikal sinyaller arasındaki tutarlılığı hesaplamak Script 3-Ek Dosya belirtmek unutmadan): segmentleri uzunluğu, örtüşme yüzdesi, ilgi sıklığı. İstatistiksel analiz için olduğu gibi analiz tipi ve istenen p-değeri belirtin.
    Not: genlikleri 40 sabit bir oran ile Tutarlılık analiz önlemleri iki zaman serisi arasındaki doğrusal bir ilişki. DBS-DOC vaka örneğin (Örnek 2) 'de,% 50 örtüşme ile 1 sn segmentleri 1 ile 25 Hz arasındaki frekans aralığına odaklanarak tutarlılık hesaplanması için kullanılmıştır. Bir küme tabanlı (zaman ve frekans değişkenleri) randomizasyon yaklaşımı tutarlılık denek içi analizi (iki taraflı testinde .05 p-düzey) 41 kullanıldı. Ayrıca, tutarlılık hayali bölümü 42 hesaplanmıştır.
    basic adımlar tutarlılık analizi için bir komut dosyası tarif edilmiştir (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/coherence) özelleştirmek için. Bu adımı gerçekleştirerek elde edilen çıktının bir örnek olarak Şekil 4B bakınız.
  5. Referans 43 tamamlayıcı dosyası olarak mevcut yazılım uygulaması çalıştırarak çapraz frekans faz genlik kaplin (PAC) hesaplayın.
    Not: DBS-DOC durumda örneğin (Örnek 2), çapraz-frekans analizi PAC Bipolar kanalların farklı kombinasyonları için kayıt tüm serbest objeyi kullanılarak hesaplandı. Ayar-up ise anlamlı olmayan bağlantıları (: 0.1 p-düzeyi) sıfıra farklı istatistiksel düzeyde anlamlı bağlantı belirlenmesi etkin çünkü Özellikle, normalize direkt PAC (ndPAC) 43 tercih edildi. Bunun bir sonucu olarak, frekans faz ve genlik birleştirme önemine bağlı olarak seçilebilir aralıkları. DBS-DOC durumda örnekte, faz frekans aralığı wa kabuls 3-22 Hz genlik frekans aralığı 35-80 Hz kurulmuştur ise. PAC analizi için seçilen LFP-EEG kanalları adım 5.5 gerçekleştirilen tutarlılık analizi temelinde LFPR23 ve EEGFzPz idi. Bu adımı gerçekleştirerek elde edilen çıktının bir örnek olarak Şekil 4C bakınız.

Şekil 1
Şekil 1: deneysel paradigmalar örnek (A) (Örnek 1) Flanker görevi. Hedef uyaran (ortada ok başı) (hedef yukarıda ve aşağıda) bakan iki bitişik oklar tarafından kuşatılır, aynı (uyumlu) ya da tam tersi (uyumlu) yönü, durdurma denemeleri (ortada daire) de dikkate alınmıştır. Hedef sola veya sağa işaret edildiğinde, bir katılımcı katılımcıların cevap değil talimatı durdurma çalışmalarda, sırasıyla sol veya sağ başparmak ile yanıt düğmesine basın vardır. FlaBurada kullanılan nker görev Prof. C. Beste ve grubu (bildirimleri bakınız) başlangıçta programlanmış sürümünden değişiklik yapıldı. (B) (Örnek 2) DBS-DOC vaka örnekte kullanılan duygusal-bilişsel konuşma paradigması. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

DBS-DOC durumunda (Örnek 2) için, şimdi DBS implantasyonu için hedef lokalizasyonu hakkında veri sağlamak, LFP elektrot ile EEG şematik diyagramlar kurmak, EEG ve LFP aktivitesi (ham veri) ve temsilci analiz sonuçlarının örnek kayıtları:

Şekil 2A anatomik atlas 36 yansıtılmış planlanan yörünge (siyah çizgi), bölüm 30, koroner gösterir, ön komissür (AC) (kırmızı çizgi: AC-PC düzlemi) arkasında 10.7 mm. (: 10 mm atlas ızgara boyutu) İç = iml medüller lamina talamus ve Rt = retiküler talamik nükleus ile kırmızı daireler en alt 15 mm alanları hedef işaretlemek. VA = ventroanterior talamik çekirdek, AV = anteroventral talamik çekirdek, AM = anteromedial talamik nükleus, Fa = fasciculosus çekirdeği, itha = interthalamic yapışma.

Şekil 2B Final el gösterirBir 3D görsel merkezi talamus içinde ectrode 37 atlas. Atlas 38 vasıtasıyla BT ile 3D atlas kayıttan sonra sağ yarımkürede elektrodun ekseni boyunca bölümün iki dik düzlemler. elektrot (mavi daireler) dört temas sağ talamus (R-Thal) yerleşmişti. GPi = iç globus pallidus, STN = subtalamik nükleus, ZI zona incerta, RPT = retiküler perithalamic çekirdeği, RN = kırmızı çekirdeği =.

Şekil 2C, DBS elektrotun şematik bir çizimini göstermektedir. Elektrot kişileri her yarımkürede için üç kutuplu LFP kanalları (LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12 ve LFPR23) sonuçlanan çevrimdışı yeniden referans alınmıştır. DOC vaka örnekte (Fz, Cz, Pz, Oz, T4, T3 ve FPZ) Kayıt sırasında kullanılan elektrotlar ile EEG elektrot montaj (10-20 sistem) (Şekil 2B)

Şekil 2:. Hedef Yerelleştirme, LFP Elektrot ve EEG Set-up (A) anatomik atlas 36 yansıtılmış Planlanan yörünge (siyah çizgi), bölüm 30, koroner, AC arkasında 10.7 mm ((Örnek 2) kırmızı çizgi: AC- PC düzlemi). (: 10 mm atlas ızgara boyutu) İç = iml medüller lamina talamus ve Rt = retiküler talamik nükleus ile kırmızı daireler en alt 15 mm alanları hedef işaretlemek. VA = ventroanterior talamik çekirdek, AV = anteroventral talamik çekirdek, AM = anteromedial talamik nükleus, Fa = fasciculosus çekirdeği, itha = interthalamic yapışma. (B) 3D atlas 37 görsel merkezi talamus Final elektrot. Atlas 38 vasıtasıyla BT ile 3D atlas kayıttan sonra sağ yarımkürede elektrodun ekseni boyunca bölümün iki dik düzlemler. elektrodun dört kişi (mavi daireler) locat vardıSağ talamus içinde ed (R-Thal). GPi = iç globus pallidus, STN = subtalamik nükleus, ZI zona incerta, RPT = retiküler perithalamic çekirdeği, RN = kırmızı çekirdeği =. DBS elektrodun (Cı) şematik çizimi. Elektrot kişileri her yarımkürede için üç kutuplu LFP kanallarında sonuçlanan çevrimdışı yeniden referans alınmıştır. (D) EEG elektrot montaj - DOC vaka örnekte kullanılan elektrotlar (10 20 sistemi) gri renkle vurgulanmış. (Şekil A ve B Şekil C Medtronic izni ile modifiye edildi, 26 izniyle modifiye edilmiştir). Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Nötr olmayan ele durumda (sol) ve tanıdık adresleme conditi halinde T4Cz, T3Cz, PzCz, OzPz ve FzPz: Şekil 3A, bipolar kanallara karşılık gelen örnek EEG gösterirsağda).

Olmayan adresleme durumda (solda) ve tanıdık adresleme durumda (sağda) durumunda LFPL23 ve LFPR23: Şekil 3B Bipolar kanallara karşılık gelen örnek LFP kayıtları görüntüler.

Şekil 3,
Şekil 3:. (Örnek 2) Örnek Kayıtlar (A) Şekil EEG recordings.The rakam EEG (kanal yeniden başvurusuyla ilgili ayrıntılar için bkz: 4.2) bipolar kanallara karşılık gelen izleri göstermektedir gösterir. (B) Şekil LFP recordings.The rakam. LFP sağ ve sol hemisfer (kanal yeniden başvurusuyla ilgili ayrıntılar için bkz: 4.2) durumunda bipolar kanallara karşılık gelen izleri göstermektedir gösteren büyük halini görmek için tıklayınızbu figür.

Tanıdık vs adresleme nötr zıt zaman merkezi talamus içindeki osilatör aktivitenin uyaran kilitli modülasyon analizi birinci, ikinci (0,45-0,55 sn) içinde beta gücü (12-25 Hz) bir sağ taraflı anlamlı (p = 0.044) artış gösterdi -Eleyin koşullar (Şekil 4A).

kanallar PzCz (EEG) ve LFPR23 (sağ hemisfer) arasındaki tutarlılık analizi teta bandında koşulları arasında anlamlı bir farklılık saptandı. Ayrıca, tutarlılık hayali bir parçası LFP ve EEG (Şekil 4B) arasında bir faz gecikmesi belirten sıfırdan sapma gösterdi. Yerel analiz anlamlı saptandı (p = 0.01) teta-gamma PAC (max. 5-to-75 Hz) tanıdık-adresleme durum (Şekil 4C) sağ yerel LFP kanalı (LFPR23-LFPR23) için.

(Şekil 4D, Üst) saptandı. 40 Hz etrafında Gama (yeşil daire / elips) 80 Hz (Şekil 4D, Üst) kadar geniş ve yüksek gama takip ediyor olması da dikkat çekicidir. 4-6,5 Hz süre 2.6-2.8 sn (kırmızı daire), LFPL23 üzerinde (p = 0.048) yanı sıra LFPR23 artan bir eğilim tanıdık-adresleme durumda önemli bir teta artışı ortaya çıkarılmıştır (Şekil 4D, Alt) .

Şekil 4, A ve B
Şekil 4: Zaman-frekans Güç Analizi ve (Örnek 2) EEG-LFP Uyum (A) Yerel salınım güç birinci, ikinci tanıdık-adresleme durum karşısında nötr zıt;. Renk kodu t-değerleri temsil eder. En: l eft kanal LFPL23; Alt: sağ kanal LFPR23. 12-25 Hz anlamlı beta artış (p = 0.044), 0,45-0,55 sn (kırmızı daire). (26 izni ile Modifiye). (B) Tanıdık-adresleme durumu (kırmızı çizgi) ve nötr olmayan adresleme durumu (mavi çizgi). Tutarlılık süresi 0-4 sn dönemini bağımsız 1 sn segmentleri hesaplanır ve tüm kesimleri arasında ortalama edildi. Üst (sol): Kanal LFPL23 sol hemisfer ile Tutarlılık, Üst (sağda): Kanal LFPR23 sağ hemisfer ile Tutarlılık. koşulları arasında anlamlı fark (p = 0.044) Kanal PzCz, 5-6 Hz tutarlılık için kırmızı daire / yıldızlı gösterilir. Alt: LFPR23 sağ hemisfer ve kanal Taşlı (yeşil daire) arasındaki tutarlılık Hayali bölümü LFP ve EEG arasındaki faz gecikmesi anlamına sıfırdan sapmayı göstermektedir (böylece hacim iletimi nedeniyle değil etkisi). (26 izniyle Modifiye)"_blank"> Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4C
Şekil 4C: (Örnek 2'den) faz büyüklüğünün Kaplin (PAC) PAC faz frekans 3-22 Hz ve amplitüdü frekansları 35-80 Hz.. Renkler normalize direkt faz-genlik çapraz frekans bağlantısını (ndPAC) kodlamak. Sahte kavrama 0 (p = 0.01) olarak ayarlanır. Koşullar: Sol: nötr, sağ: tanıdık-adresleme. En: PAC sağ yerel LFP kanal LFPR23-LFPR23 max aşina adresleme durumda PAC gösteren. 5-75 Hz (kırmızı daire) de. Alt: LFPR23-EEGPzCz doğru LFP-EEG kombinasyonu PAC. (26 izniyle Modifiye) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4D
Şekil 4D:. LFP Zaman-frekans analizi (Örnek 2) Saat LFP23 yerel güç frekansı değişir araziler. TOP: deneme (0-4 sn) dönemi boyunca tanıdık-adresleme durumda başlangıca Güç farkı. Sol: Geniş frekans bandı 5-80 Hz, sağ: gama bandı; Üst sıra: sol hemisfer (LFPL23), alt sıra: sağ hemisfer (LFPR23). ALT: 4-6,5 Hz ve süre 2.6-2.8 sn (kırmızı daire), p = LFPR23 üzerinde LFPL23 ve artış (trendi) üzerinde 0.048 tanıdık-adresleme durumda önemli teta artışı gösteren koşullar arasında istatistiksel kontrast. Renk haritası t-değerleri kodlar; Üst: sol hemisfer (LFPL23), alt: sağ hemisfer (LFPR23). (26 izniyle Modifiye) h tıklayınızere bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Kafa derisi-EEG ve MEG gibi non-invaziv beyin kayıt teknikleri aksine, önerilen kombine invaziv ve non-invaziv nörofizyolojik kayıt çerçevesi bilişsel-duygusal görevlerle ilişkili kortikal ve subkortikal alanlarda bilgi ayıklamak için olağanüstü bir fırsat sunuyor. Bu tür bilgiler 44 işleyen çoklu frekans bantlarında ve beyin ilişkisine dair organizasyonun farklı seviyelerde beyin salınımlı aktivitesi ile yansıtılır. Bizim kayıt çerçevesinde alakalı dahil beyin salınım desenler subkortikal salınım aktivitesi (LFPs), belirli frekans bantları, subkortikal faz-genlik bağlantı üzerinde kortikal etkinlikler arasında doğrusal bir korelasyon değişiklikleri ve subkortikal bölgeler gösteren kortikal-subkortikal tutarlılık değişiklikler (PAC) ve faz-faz kavrama (PPC). Özellikle, PAC ve PPC alaka farklı frekans bantlarında salınımlar arasındaki ilişki ve etkileşim olduğu vurgulanmıştırBeyin işlevlerini anlamada faydalı olduğu gösterilmiştir. PAC durumunda, düşük frekanslı titreşim faz bu şekilde yavaş ritimlerin faz daha hızlı ritimlerin amplitüd zarfı senkronizasyonu ile sonuçlanan bir yüksek frekanslı titreşim gücü ile ilgilidir. PPC yüksek frekanslı salınım n döngüleri ve düşük frekansta bir 45 m döngüleri arasındaki kilitleme bir genlik bağımsız safhasını oluşturuyor. kortikal / subkortikal DBS-DOC durumda örneğin (Örnek 2) üzerinde yoğunlaşırken, analiz teta artan talamokortikal bütünlük ile birlikte merkezi talamus içindeki beta ve teta bandında osilatör aktivitenin modülasyonu ortaya tanıdık-adresleme konuşma durumuna ilişkin verileri kaydedildi bant. Buna ek olarak, bir teta aşaması - y amplitüd birleştirme lokal talamus olan belli oldu. Bu bulgular sadece duygusal ve bilişsel işleme talamus katılımını desteklemek değil, aynı zamanda işlev tha vurgulamak değildirt kronik DOC hastalarda sağlam olduğunu ve bu tür hastalarda 26 bilinçli devletlerin değerlendirilmesinde yararlı olabilir.

Bizim iki örnek örneklediği gibi Metodolojik, duygusal-bilişsel işleme ilişkin kayıt ve kortikal-subkortikal beyin aktivitesinin analizi için en uygun adımlar şunlardır:

1) deneysel bir paradigma tasarımı, o / o maksimize ederken onun / onu bütünlüğünden ödün vermeden çalışmaya belirtilen görevi yürütmek mümkün olacak sağlanması, bir post-operatif ortamda dikkate hasta ihtiyaçları ve kısıtlamaları alarak Deneyin tamamlanmasında başarı şansı.

2) Hastanın, hastanın aile üyeleri ya da etik komisyon imzalı bilgilendirilmiş onam alınması post-operatif kayıt yürütmek için. DBS-DOC durumda örneğinde (Örnek 2) onayı sadece nedeniyle hastaya 'etik komisyon elde edildis bilinçsiz devlet (koma). motor bozukluklar onayı hastaların durumunda hastanın şirketinden elde edilmiştir.

3) subkortikal LPFs ve kortikal M (EEG) aktivitesi eş zamanlı kayıt için uygun bir deneysel set-up tanımı. EEG durumda, biz vurgulamak: Özgün bir seçim ve hastanın kafa derisi üzerinde EEG kanal montaj ve elektrot yerleştirme set-up. Özellikle, elektrot yerleştirme nedeniyle DBS ameliyat sonrası hastanın kafasına bandaj varlığı, bu yüzden tavsiye zor olabilir profesyonel ya da nörolog EEG son derece uygun yerleşim için tavsiye edilir bir; Hastada (EEG-amplifikatör "off-label" kullanım) beyin içine dönmesini istiyorsanız herhangi bir geçerli önlemek için herhangi bir empedans kontrolü kontrolü yürütmek için tavsiye edilir. Birçok EEG sistemlerinde empedans çekinizin modu bağlı tüm elektrotlar geçer küçük bir akım kullanır unutmayın ortaya çıkan gerilim ve impedan böylececes Ohm kanunu ile tahmin edilir; Uygun kayıt örnekleme hızı ve frekans bandının seçimi esas olarak EEG ekipman yetenekleri, örnekleme oranı (bir bant genişliği sınırlı sinyal takma frekansları ortadan kaldırmak için gerekli olduğunu bildiren çalışma ve Nyquist örnekleme egemenliği altında araştırma sorusu, gibi faktörler tarafından belirlenir yarım Nyquist oranına eşit bir değerde) sinyaldeki iki kat yüksek frekans bileşen mevcuttur.

Uygun yazılım araçları 4) Seçim: DBS-DOC verilerinin kantitatif analiz tüm hesaplamalar (Örnek 2) ticari analiz yazılımı, açık kaynak suit 46 ve kendine özel komut dosyaları (ek dosyaları görmek) tarafından yapılmıştır. açık kaynak kodlu yazılım araçları bir avantajı değiştirerek ve (ortak lisans atıf altında) mevcut komut birleştirerek kişinin kendi analiz boru hattı özelleştirmek için bir fırsattır. Ancak, sırayla ma böylece daha derin bir anlayış yapmaksinyal işleme ve programlama tematik temeli gereklidir. Ayrıca, bu tür özel boru hattı tarafından işlenen veriler belirli paketi gerektirdiği formata uymak gerekir. ticari yazılım araçları söz konusu olduğunda, veri işleme mümkün olduğunca her işlem adımı olarak sezgisel hale grafik arayüzleri tarafından kolaylaştırılır, ancak kullanıcıların algoritmaları yazılıma dahil değiştirmek için kendi yeteneği sınırlıdır. Mevcut protokolde örneklediği gibi veri sürece diğer bir sistemden diğerine uyumlu bir şekilde ihraç (ithal) edilebilir, ticari ve açık kaynak yazılım araçları bir arada verimli olduğunu.

5) Sınırlamalar ve Değişiklikler: Önerilen invaziv / non-invaziv kayıt çerçevesi hem kullanımında sınırlamalar ve sağlanan kayıtları vardır. Klinik teknik olarak, sadece belirli bir tıbbi durum ve beyin hedef için DBS tedavi altına hastalara damızlık için düşünülen dolayısıyla beyin alanlarını yönlendiriliry operatif planı kısıtlı olacaktır. Bu teknikle sağlanan kayıtların uzaysal çözünürlüğü LFP potansiyellerinin düzeydedir, çok ölçekli düzeyde beyin aktivitesinin analizi gerektiren böylece tıbbi çeviri çalışmaları tek hücre düzeyinde kayıtları içeren hayvan çalışmaları tamamlanmaktadır gerekecektir. Bir tek örnek çalışma ile ilgilenir olarak DBS-DOC vaka örneğin (Örnek 2) ile ilgili olarak, bir sınırlama elde edilen sonuçların genellenebilirliği de ilgilidir.

Olası değişiklikler ve Flanker görevin giderme (Örnek 1) belirli bir zaman aralığında tepki hastaların yetersizlik konusunda tepki uyaran-aralık (> 2000 msn) genişlemesidir içerir. Bu bilişsel duygusal düşüş ile birlikte sarsıntılı istemsiz hareketler ile karakterize edilir Huntington hastalığı olan hastalarda, söz konusu olduğunda özellikle önemlidir. Ayrıca, başlangıçta 120 uyaranların dört bloktan oluşan görev (each) nedeniyle yorgunluk nedeniyle devam etmek için bir hastanın yetersizlik kısalabilir. Bu bağlamda, fiziksel durumu ve yaşı, hastanın seçimi için belirleyici faktörler olacaktır.

Önerilen invaziv / non-invaziv beyin kayıt yaklaşımı, bilişsel ve duygu paradigmaları ile ilgili Kortikosubkortikal düzeyde beyin salınımlı desenleri ayıklamak için güçlü bir araç temsil sadece sonucuna değil, aynı zamanda zaman-frekans-faz önemini vurgulamaktadır edilir farklı mekansal ve zamansal çözünürlükte beyin senkronizasyonu desenleri ayıklamak için analiz eder. Bu tekniğin gelecekte uygulama, motor bozuklukları muzdarip hastaların değil, aynı zamanda DOC, OKB, depresyon ve demans gibi psikiyatrik bozukluklar sadece hedefleyerek bilişsel ve duyusal işleme Kortikosubkortikal nöral ögelerinden araştırılmasını içermektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan ederim.

Acknowledgments

Bu çalışma ERA-NET nöron / BMBF Almanya (Tymon) tarafından desteklenmiştir. Yayın ücretleri Üniversite Hastanesi Düsseldorf bir hibe ile kaplıdır. Burada kullanılan Flanker görev başlangıçta programlanmış Prof. C. Beste tarafından sürümü ve grubu 47 modifiye edildi.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Foerster, O., Altenburger, H. Elektrobiologische Vorgänge an der menschlichen Hirnrinde. Dtsch. Zschr. Nervenheilk. 135, 277-288 (1934).
  2. Spiegel, E. A., Wycis, H. T., Marks, M., Lee, A. J. Stereotaxic apparatus for operations on the human brain. Science. 106, 349-350 (1947).
  3. Okun, M. S. Deep-Brain Stimulation for Parkinson's disease. N. Engl. J. Med. 367, 1529-1538 (2012).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Volkmann, J., Benecke, R. Deep brain stimulation for dystonia: patient selection and evaluation [Review]. Mov. Disord. 17 (3), 112-115 (2002).
  8. Hu, W., Stead, M. Deep brain stimulation for dystonia. Transl. Neurodegener. 21 (3(1)), (2014).
  9. 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).
  10. Huys, D., et al. Management and outcome of pallidal deep brain stimulation in severe Huntington's disease. Fortschr. Neurol. Psychiatry. 81, 202-205 (2013).
  11. Hartmann, C. J., Groiss, S. J., Vesper, J., Schnitzler, A., Wojtecki, L. Brain Stimulation in Huntington’s disease. Neurodegener. Dis. Manag. , (2016).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Luigjes, J., et al. Deep brain stimulation in addiction: a review of potential brain targets. Mol. Psychiatry. 17, 572-583 (2012).
  15. 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).
  16. Laxton, A. W., Stone, S., Lozano, A. M. The Neurosurgical Treatment of Alzheimer's Disease: A Review. Stereotact. Funct. Neurosurg. 92, 269-281 (2014).
  17. Schrock, L. E., et al. Tourette syndrome deep brain stimulation: A review and updated recommendations. Mov. Disord. 30 (4), 448-471 (2015).
  18. Schiff, N. D., et al. Behavioral improvements with thalamic stimulation after severe traumatic brain injury. Nature. 448, 600-603 (2007).
  19. Yamamoto, T., Katayama, Y. Deep brain stimulation therapy for the vegetative state. Neuropsychol. Rehabil. 15, 406-413 (2005).
  20. 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).
  21. Lipsman, N., Giacobbe, P., Lozano, A. M. Deep brain stimulation in obsessive-compulsive disorder: neurocircuitry and clinical. Handb. Clin. Neurol. 116, 245-250 (2013).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Clair, A. H., et al. Excessive checking for non-anxiogenic stimuli in obsessive-compulsive disorder. Eur. Psychiatry. 28 (8), 507-513 (2013).
  25. 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).
  26. Wojtecki, L., et al. Modulation of central thalamic oscillations during emotional-cognitive processing in chronic disorder of consciousness. Cortex. 60, 94-102 (2014).
  27. Menon, D. K., et al. Cortical processing in persistent vegetative state, Wolfson Brain Imaging Centre Team. Lancet. 352 (200), (1998).
  28. Monti, M. M., et al. Willful modulation of brain activity in disorders of consciousness. New. Engl. J. Med. 362, 579e589 (2010).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Okada, Y., Lähteenmäki, A., Xu, C. Experimental analysis of distortion of magnetoencephalography signals by the skull. Clin. Neurophysiol. 110, 230-238 (1999).
  33. 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).
  34. Gross, J. Analytical methods and experimental approaches for electrophysiological studies of brain oscillations. J. Neurosci. Methods. 228, 57-66 (2014).
  35. 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).
  36. Mai, K. M., Assheuer, J. K., Paxinos, G. Atlas of the human brain (2nd edition). , Elsevier: Academic Press. (2004).
  37. 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).
  38. 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).
  39. Maris, E., Oostenveld, R. Non-parametric statistical testing of EEG- and MEG-data. J. Neurosci. Methods. 164, 177-190 (2007).
  40. 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).
  41. Maris, E., Schoffelen, J. M., Fries, P. Nonparametric statistical testing of coherence differences. J. Neurosci. Methods. 163, 161-175 (2007).
  42. 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).
  43. Ozkurt, T. E., Schnitzler, A. A critical note on the definition of phase-amplitude cross-frequency coupling. J. Neurosci. Methods. 201, 438-443 (2011).
  44. Schutter, D. J., Knyazev, G. G. Cross-frequency coupling of brain oscillations in studying motivation and emotion. Motiv. Emot. 36 (1), 46-54 (2012).
  45. Palva, J. M., Palva, S., Kaila, K. Phase synchrony among neuronal oscillations in the human cortex. J. Neurosci. 25 (15), 3962-3972 (2005).
  46. 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).
  47. 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).

Tags

Davranış Sayı 111 invaziv subkortikal kayıt non-invaziv nörofizyolojik kayıt kognitif fonksiyon emosyonel fonksiyon derin beyin stimülasyonu elektroensefalografi nöropsikiyatri beyin hastalıkları klinik nörobilim sinirsel salınımlı etkinlik yerel alan potansiyeli elektroensefalogram
İnsanlarda Kombine İnvaziv subkortikal ve Bilişsel Değerlendirme Non-invaziv Yüzey Nörofizyolojik Kayıtlar ve Duygusal Fonksiyonlar
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Trenado, C., Elben, S., Petri, D.,… More

Trenado, C., Elben, S., Petri, D., Hirschmann, J., Groiss, S. J., Vesper, J., Schnitzler, A., Wojtecki, L. Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans. J. Vis. Exp. (111), e53466, doi:10.3791/53466 (2016).

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