The present protocol aims at assessing cognitive-emotional functions in the basal ganglia by simultaneous neurophysiological recording of local field potentials and non-invasive brain cortical activity (EEG). The procedure is exemplified by the use of paradigms involving speech stimuli with emotional connotation or the Flanker task involving cognitive control.
På trods af succesen med at anvende ikke-invasiv electroencefalografi (EEG), magneto-encephalography (MEG) og funktionel magnetisk resonans (fMRI) til at udtrække vigtige oplysninger om den mekanisme af den menneskelige hjerne, sådanne metoder er utilstrækkelige til at give oplysninger om fysiologiske processer afspejler kognitive og følelsesmæssige funktioner på subcortical niveau. I denne henseende, moderne invasive kliniske tilgange i mennesker, såsom dyb brain stimulation (DBS), tilbyder en enorm mulighed for at registrere subkortikal hjerneaktivitet, nemlig lokale felt potentialer (storformatprintere), som repræsenterer sammenhængende aktivitet af neurale samlinger fra lokaliseret basalganglierne eller thalamiske regioner . Uanset at invasive metoder i mennesker er kun anvendes efter lægelig indikation og dermed registrerede data svarer til ændrede hjernens kredsløb, kan værdifuld indsigt opnås med hensyn til tilstedeværelsen af intakte hjernefunktioner i forhold til hjernen oscillerendeaktivitet og patofysiologien af lidelser som reaktion på eksperimentelle kognitive paradigmer. I denne retning, et stigende antal DBS studier hos patienter med Parkinsons sygdom (PD) målrette ikke kun motoriske funktioner, men også højere niveau processer såsom følelser, beslutningstagning, opmærksomhed, hukommelse og sansning. Nylige kliniske forsøg understreger også betydningen af DBS som en alternativ behandling i neuropsykiatriske lidelser lige fra obsessiv-kompulsiv sygdom (OCD) til kroniske lidelser af bevidsthed (DOC). Derfor har vi fokus på brugen af kombinerede invasive (LFP) og ikke-invasive (EEG) menneskelige hjerne optagelser vurdere rollen som kortikale-subkortikale strukturer i kognitive og emotionelle behandling trough eksperimentelle paradigmer (fx. Tale stimuli med følelsesmæssige konnotation eller paradigmer af kognitiv kontrol såsom Flanker opgave), for patienter DBS behandling.
Invasive neurofysiologiske optagelser i mennesker tilbage til skelsættende studier rettet electrocorticographic optagelser fra kortikale områder og lillehjernen under epilepsi kirurgi og tumor forskning 1. En kritisk milepæl i den videre udvikling af en sådan procedure optagelsen har været indførelsen af stereotaktisk teknik, der giver sikker og effektiv adgang til dybe strukturer i den menneskelige hjerne 2. Bortset fra den kliniske behandling, hjerne invasive metoder hos mennesker giver en temmelig unik mulighed for at studere hjernens funktion i forhold til optagne aktivitet mønstre moduleret af eksterne stimuli, navnlig sagen om intra- og postoperative invasive optagelser i patienter, der gennemgår deep brain stimulation (DBS ) procedurer. Anvendeligheden og nytten af DBS er blevet behandlet i forskellige neurologiske og neuropsykiatriske sygdomme af Parkinsons sygdom (PD) til obsessiv-kompulsiv tilstand (OCD) eller tilstande som CHROnic forstyrrelser af bevidsthed (DOC).
Især er DBS blevet anvendt i behandlingen af Parkinsons sygdom 3,4,5, essentiel tremor 6, primær / generaliseret segmentær dystoni 7,8,9, Huntingtons sygdom 10,11, behandlingsresistente-depression 12,13, nikotin og alkoholafhængighed 14, Alzheimers sygdom 15,16, Tourettes syndrom 17 og kronisk lidelse af bevidsthed (DOC) 18,19,20.
Inden for omfanget af neuropsykiatri, DBS er en godkendt / CE-mærket behandling for obsessiv-kompulsiv tilstand (OCD) rettet mod forreste led af det indre kapsel (ALIC) og er i brug målretning den ventrale kapsel / ventral striatum / ventrale spiegelske (VC / VS), nucleus accumbens (NAC) og nucleus subthalamicus (STN) 21. Med hensyn til DBS i OCD 22, de seneste undersøgelser understreger betydningen af STN i mekanismen for kompulsiv kontroling ved anvendelse hukommelse baseret-paradigmer 23,24,25.
Bemærkelsesværdige, modulering af hjernens aktivitet under indflydelse af paradigmer med kognitive og emotionelle konnotation er blevet understreget i DOC 26,27,28,29. Således er DBS fremhæves ikke kun som en potentiel behandling af kronisk DOC, men også som en klinisk procedure, der åbner op for muligheden for at studere modulation af subkortikal aktivitet ved at optage lokale felt potentialer (LFP) fra centrale thalamiske regioner intra- og post operativt.
I DBS er neurokirurgiske implantation af elektroder baseret på stereotaktisk teknik, der sikkert tegner sig for hjernens anatomiske begrænsninger, mens patientens stimulation er tilpasset gennem intra-operative impuls-stimulation tests. Postoperativ LFP optagelse er mulig efter den første implantation af DBS elektroder og før internalisering af impulsgeneratoren. Især den nuværende protokol er centered på postoperative optagelser.
I kombination med storformatprintere, kan der opnås samtidig optagelse af cortical hjerneaktivitet for eksempel ved ikke-invasiv elektroencefalografi (EEG) eller magnetoencephalography (MEG) 30,31. Disse to ikke-invasive metoder understøttes på grund af dens fremragende tidsopløsning. Mens MEG er mindre påvirket end EEG ved kraniet effekter 32, EEG synes fordelagtig, fordi det er mindre påvirket af artefakter forårsaget af metalliske implantater og hoved bevægelser, og det kan bruges ved patientens seng-side 33. Ved samtidig optagelse af cortical-subkortikale hjerneaktivitet (LFP og EEG / MEG) som svar på anvendt følelsesmæssige-kognitive paradigmer, kunne etableres forskellige relationer mellem hjernens svingninger og adfærd på baggrund af tid-frekvens kobling analyser 34. Til gengæld kan sådanne afstedkommer potentielle biomarkører for en patients individualiserede kognitive og følelsesmæssige tilstande og optimization af behandlingsparametre overvejer individualiserede indstillinger.
Følgende protokollens mål invasive og non-invasive neurofysiologisk optagelse i mennesker til vurdering af kognitive og følelsesmæssige funktion, specielt på det kortikale og subkortikale niveau (EEG og storformatprintere).
Først de neurofysiologiske optagelse viste trin i videoen, der ledsager den nuværende protokol, svarer til en optagelse med et eksempel patient med bevægelse lidelse, der udfører den såkaldte Flanker opgave (eksempel 1).
For det andet, er skridt i den protokol diskuteret ved at fokusere på den metode, analyse og prøveresultater taget fra et offentliggjort DBS eksempel i kronisk DOC 26 (eksempel 2).
Disse to eksempler fremhæver anvendeligheden af den foreslåede protokol til DBS-behandlede patienter med forskellige lidelser og forskellige eksperimentelle paradigmer.
I modsætning til ikke-invasive hjerne optagelse teknikker som hovedbund-EEG og MEG, den foreslåede kombinerede invasive og non-invasive neurofysiologisk rammer optagelse giver en bemærkelsesværdig mulighed for at udtrække oplysninger fra kortikale og subkortikale områder i relation til kognitive-emotionelle opgaver. Sådanne oplysninger reflekteres af hjernens oscillerende aktivitet på flere frekvensbånd og forskellige niveauer af organisationen i forhold til hjernens funktion 44. Brain oscillerende m…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af ERA-NET NEURON / BMBF Tyskland (Tymon). Offentliggørelse gebyrer er omfattet af en bevilling fra University Hospital Düsseldorf. Den Flanker opgave bruges her blev ændret fra det oprindeligt programmerede udgave af Prof. C. Beste og hans gruppe 47.
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 | |
INOMED MER system | INOMED Corp., Emmendingen, Germany | Quantity: 1 | |
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 extenion 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 |