Waiting
Login processing...

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

Behavior

פולשנית קורטיקליים ולא פולשנית משולבת Surface הנוירופיזיולוגיים הקלטות עבור הערכת קוגניטיבי ותפקידים רגשיים בבני אדם

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

למרות ההצלחה ביישום electroencephalography פולשני (EEG), מגנטו-encephalography (MEG) ו דימות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) לחילוץ מידע חיוני על מנגנון של המוח האנושי, שיטות כאלה עדיין אינה מספקת כדי לספק מידע על פיזיולוגיים תהליכים המשקפים פונקציות קוגניטיביות ורגשיות ברמה קורטיקליים. מבחינה זו, גישות קליניות מודרניות פולשנית בבני אדם, כגון גירוי מוחי עמוק (DBS), מציעות אפשרות כבירה להקליט פעילות מוח קורטיקליים, כלומר פוטנציאל בתחום מקומי (LFPs) מייצגי פעילות עקבית של מכלולים עצביים מן הגרעינים הבזליים מקומיים או אזורים התלמוס . על אף העובדה כי גישות פולשניים בבני האדם מוחלות רק לאחר התוויה רפואית ולכן נתונים שנרשמו מתאימות מעגלים במוח שינו, תובנה חשובה ניתן להשיג לגבי הנוכחות של פונקציות במוח שלמות ביחס תנודתית המוחהפעילות הפתופיזיולוגיה של הפרעות בתגובה פרדיגמות קוגניטיבי ניסיוני. בכיוון זה, מספר גדל והולך של מחקרים DBS בחולים עם מחלת פרקינסון (PD) למקד לא רק תפקודים מוטוריים אלא גם תהליכים ברמה גבוהה יותר כגון רגשות, קבלת החלטות, תשומת לב, זיכרון ותפיסה חושית. ניסויים קליניים שבוצעו לאחרונה גם מדגישים את התפקיד של DBS כטיפול חלופי בהפרעות נוירופסיכיאטריות החל הפרעה אובססיבית כפייתית (OCD) להפרעות כרוניות של התודעה (DOC). כתוצאה מכך, אנו מתמקדים השימוש פולשני בשילוב (LFP) ולא פולשנית (EEG) קלטות מוח אנושיות בהערכת התפקיד של מבנים קורטיקליים בקליפת מוח פרדיגמות ניסוי שוקת עיבוד קוגניטיביים ורגשי (למשל. גירויי דיבור עם קונוטציה רגשית או פרדיגמות של שליטה קוגניטיבית כגון משימת Flanker), בחולים שעברו טיפול DBS.

Introduction

קלטות הנוירופיזיולוגיים פולשנית בבני אדם התאריך חזרה ללימודי זרע מיקוד הקלטות electrocorticographic מאזורים קליפת מוח ואת המוח הקטן במהלך ניתוח אפילפסיה סרטני מחקר 1. אבן דרך קריטית לתוך התפתחות נוספת של הליך הקלטה כאמור כבר המבוא של הטכניקה stereotactic המספקת גישה בטוחה ויעילה כדי מבנים עמוקים של המוח האנושי 2. מלבד טיפול מרפאתי, גישות פולשניים במוח בבני האדם מספקות הזדמנות ייחודית למדי ללמוד את תפקוד מוח ביחס לדפוסי פעילות רשמו מווסתים על ידי גירויים חיצוניים, בעיקר במקרה של קלטות פולשנית תוך שלאחר ניתוח בחולים העוברים גירוי מוחי עמוק (DBS נהלים). התחולה והתועלת של DBS טופל שונה מחלות נוירולוגיות נוירופסיכיאטריות ממחלת פרקינסון (PD) כדי אובססיבית כפייתית (OCD) או תנאים כמו chroהפרעות NIC של התודעה (DOC).

בפרט, DBS יושם לטיפול במחלת פרקינסון 3,4,5, 6 רעד חיוני, דיסטוניה המגזרי יסודי / להכליל 7,8,9, הנטינגטון המחלה 10,11, עמידים לטיפול-דיכאון 12,13, ניקוטין ואלכוהול התמכרות 14, מחלת אלצהיימר 15,16, תסמונת טורט תסמונת 17 ו הפרעה כרונית של התודעה (DOC) 18,19,20.

במסגרת Neuropsychiatry, DBS הוא אישר / טיפול מסומן CE עבור הפרעה אובססיבית כפייתית (OCD) מיקוד בזרוע הקדמית של הקפסולה הפנימית (Alic) והוא בשימוש מיקוד הקפסולה הגחון / בסטריאטום הגחון / caudate הגחון (VC / VS), הגרעין הנסמך (NAC) ואת גרעין subthalamic (STN) 21. לגבי די.בי.אס OCD 22, מחקרים שנעשה לאחרונה להדגיש את התפקיד של STN לתוך המנגנון של בדיקה כפייתיתing ידי ניצול מבוסס-פרדיגמות זיכרון 23,24,25.

ראויים לציון, אפנון של פעילות המוח בהשפעת פרדיגמות עם קונוטציה קוגניטיביים ורגשיים כבר הדגיש DOC 26,27,28,29. לפיכך, DBS מודגשת לא רק כטיפול פוטנציאלי עבור DOC הכרונית, אלא גם כהליך קליני פותח את האפשרות של לימוד האפנון של פעילות קורטיקליים ידי הקלטה הפוטנציאלים בשדה מקומי (LFP) מאזורים התלמוס מרכזיים תוך-יסודי ניתוח.

ב DBS, השתלה נוירוכירורגיים של אלקטרודות מבוססת על טכניקת stereotactic כי חשבונות בבטחה עבור אילוצים אנטומיים במוח, תוך הגירוי של המטופל אישית באמצעות בדיקות תוך אופרטיבי דחף גירוי. ההקלטה שלאחר ניתוח LFP אפשרית לאחר השתלה ראשונית של אלקטרודות DBS ולפני ההפנמה של הגנרטור דחף. בפרט, בפרוטוקול הנוכחי הוא תורקיהד על קלטות שלאחר ניתוח.

בשילוב עם LFPs, הקלטה בו זמנית של פעילות המוח קליפת המוח יכולה להיות מושגת למשל באמצעות electroencephalography פולשני (EEG) או מגנטו (MEG) 30,31. שתי שיטות אלו לא פולשנית נתמכות בשל רזולוצית הזמן המצוינת שלה. בעוד MEG הוא מושפע פחות מאשר EEG על ידי אפקטי גולגולת 32, EEG מופיע יתרון משום שהוא מושפע פחות חפץ הנגרם על ידי שתלים מתכתיים ותנועות ראש וזה יכול לשמש בבית 33 המיטה בצד של המטופל. על ידי הקלטה בו זמנית של פעילות המוח-קורטיקליים קליפת המוח (LFP ו EEG / MEG) בתגובה פרדיגמות רגשי-קוגניטיבי מיושם, מערכות יחסים שונות בין תנודות המוח והתנהגות ניתן להקים על בסיס צימוד בתדר זמן מנתח 34. בתורו, דפוסים כאלה עלולים להוביל סמנים ביולוגיים פוטנציאליים של קוגניטיביות האישיות ומצבים רגשיים ו o של מטופלptimization פרמטרי טיפול להתחשב בהגדרות אישיות.

יעדי הפרוטוקול הבאים פולשני הקלטה הנוירופיזיולוגיים פולשני בבני אדם להערכת תפקוד הקוגניטיבי ורגשי, במיוחד ברמת הקורטיקלית קורטיקליים (EEG ו LFPs).

ראשית, צעדי ההקלטה הנוירופיזיולוגיים שמודגמים בסרטון, המלווה את הפרוטוקול הנוכחי, מתאימים הקלטה עם מטופל למשל עם הפרעת תנועה שמבצעת את משימת Flanker שנקראה (דוגמא 1).

שנית, צעדים בפרוטוקול נדונים על ידי התמקדות על המתודולוגיה של ניתוח תוצאות דגימה שנלקחו מן דוגמא DBS שפורסמה הכרוני DOC 26 (דוגמא 2).

שתי הדוגמות הללו מדגישים את תחולתו של הפרוטוקול המוצע לחולים שטופלו DBS עם הפרעות שונות ופרדיגמות ניסיוניות שונות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הליך DBS וההקלטות פולשנית אושרו על ידי ועדת האתיקה של דיסלדורף מרפאת האוניברסיטה, גרמניה.

1. עיצוב ניסיוני פרדיגמה והסכמה של החולה

הערה: עצב פרדיגמה ניסויית או בחר פרדיגמה ניסויית קיימת למקד היבט של עניין קוגניטיבי / רגשי.

  1. בחר חולים אשר עוברים טיפול DBS. שאל אם-החולה DBS עונה על הקריטריונים להכללה במחקר. אם כן, לקבל חתמה הסכמה מדעת מחולה ו / או הוועדה האתית (אם זה אפשרי) כדי לבצע הקלטה יישום שלאחר הניתוח של הפרדיגמה הקוגניטיבית בהתאמה.
    הערה: הקלטה לאחר ניתוח מתקיימת למחרת לאחר ניתוח ראשוני DBS מתבצע להשתלת אלקטרודה DBS (יחד עם ההחצנה המקבילה שלהם מהראש באמצעות כבלים מיוחדים) ולפני ניתוח שני מתרחשת regarding ההשתלה קבע של אלקטרודות ממריץ DBS.
    1. במשימת Flanker (דוגמא 1), לקבל הסכמה מדעת חתם מחולה עם הפרעת תנועה (למשל. הנטינגטון או מחלת פרקינסון) כדי לבצע הקלטה שלאחר ניתוח. מטרת הניסוי Flanker היא לבחון את יכולתו של המטופל להסתגלות שגיאה התנהגות ולקבוע כיצד כגון הסתגלות משתקף על פעילות תנודתית המוח ברמה הקורטיקלית קורטיקליים.
      הערה: הבחירה של חולה מוכתב על ידי מנגנון קוגניטיבי לטפל ואת של הפרעת החולה. ב-למשל במקרה DBS-DOC (דוגמא 2), חולה DOC נקבה שסבל מפגיעת ראש בגיל 38 נבחרת. בגלל מצבו של החולה "הגבלת הסכמה מדעת, טיפול DBS והשתתפות ניסיוני אושרה אך ורק על ידי ועדת האתיקה המקומית. המטרה העיקרית של ההקלטה לאחר ניתוח DOC הייתה לקבוע האםתפקוד המוח ביחס עיבוד קוגניטיבי-רגשי עדיין היה שלם אצל חולה עם הפרעה חמורה כזו של תודעה.
  2. בחר בין סוג הגירוי שיוצג (שמיעתי, חזותי). זהה את סדר הצגת גירוי (בלוק או עיצוב מעורב). בחר את משך הגירוי, מרווח גירוי היתר (ISI) ואת מספר ניסויים.
    1. כדוגמא מעשית לבצע את משימת Flanker (דוגמא 1, איור 1 א), כדי לבחון את יכולתו להתאים את התנהגות בתגובה המחויבת של טעויות תשובה. משימה זו מורכבת גירויים חזותיים (ראשי חץ מוקף מסודרים אנכית).
    2. אגף גירוי היעד (חץ במרכז) על ידי שני חיצים סמוכים (לעיל ולהלן יעד) או פונה לאותו (תואם) או היפך (בקנה האחד) הכיוון, בנוסף לשקול להפסיק ניסויים (עיגול במרכז).
    3. הצג את היעד שמאלה או ימינה, ולשאול המשתתף ללחוץ על מילכפתור ponse עם האגודל השמאלי או ימני. במשפטי התחנה, להורות למשתתפים שלא להגיב. והסוסים משני הצדדים הווה 200 msec לפני היעד. הצג את היעד עבור 300 msec ולהגדיר את מרווח גירוי בתגובה 2,000 msec (הזמן שחלף הוא הצביע על ידי צליל קיו). מציג סיכום של ארבעה בלוקים של 120 גירויים כל במשימה זו. הווה תואם (60%), עולה בקנה אחד (20%) ולהפסיק משפט (20%) גירויים באופן אקראי.
      הערה: ערך זה עבור מרווח הגירוי נבחרה כדי למנוע מספר רב של ניסויים החמיצו כאשר בוחנים חולי נכים מוטוריים. והסוסים משני הצדדים ואת היעד כובו זמנית. חולים הונחו להגיב מהר ככל האפשר.
      הערה: במקרה-לדוגמה DBS-DOC (דוגמה 2, איור 1B), הפרדיגמה ניסיוני כללה נייטרלי שאינו פונה ומוכר-פונה דיבור לגירויים 26 בעיצוב בלוק. משך הגירוי נקבע-עד 4 שניות (עם אקראי 4 5 שניות בין גירוי-אינטרוולים). פעוטאל של 80 ניסויים לכל מצב נחשבו בפרדיגמה זו (איור 1 ב).
  3. לחזות את המגבלות הפיזיות של המטופל ואת הצרכים בהקלטה הגדרה שלאחר הניתוח. באופן ספציפי, לקבוע אם החולה אינו מסוגל לעשות שימוש במקלדת המחשב על ידי בהתחשב בנוכחות תנועות כוריאה מוגזמות (מחלת הנטינגטון) או הרעד (מחלת פרקינסון).
    1. ודא החולה אינו מסוגל לראות את צג (כמו הרדמה מקומית או המסגרת ראש stereotactic מיושם במהלך הניתוח DBS ייתכן גרם לנפיחות הפנים וסביב העיניים) ולשבת בנוחות במהלך תקופת הניסוי כולו. אל תבצע את הניסוי, אם החולה אינו עומד בתנאים אלה.

2. הגדרה עבור לאחר ניתוח קורטיקליים (LFPs) ו Surface (EEG) הקלטות

  1. הגדרת ציוד EEG (ראה חומרים בתיקים והנוספים) בחדר wכאן יתנהל הניסוי. חבר את מחשב ההקלטה למערכת EEG. הפעל את תוכנת הקלטת EEG (ראה "חומרים" בתיקי המשלים).
  2. לחץ על "קובץ" ולאחר מכן "סביבת עבודה חדשה" כדי להגדיר את סביבת העבודה בתוכנת צריבת EEG על ידי ציון: תדר דגימה של 5 kHz, לשפל חתוכים (DC) וגבוה חתוך תדר (1,000 הרץ), ערוצי EEG לפי השיטה הנהוגה 10/20 הבינלאומית (לפחות: fronto-מרכזית (FZ), centro-מרכזי (CZ), fronto קוטבי הפניה (איל"ח) ואת הקרקע (פטם) וכן בהתאם לפרדיגמה יתר parieto-המרכזי (PZ) , occipito-מרכזי (עוז), הזמני (T3 / T4), fronto-המדיאלי (F3 / F4), לטרלי fronto (F7 / F8)) (2D איור) ו LFP ערוצי (0 LFPL, LFPL1, LFPL2, LFPL3 ( אונה שמאלית, איור 2C); LFPR0, LFPR1, LFPR2 ו LFPR3 (אונה ימנית)). לחץ על "צג" על מנת לוודא כי הערוצים שצוינו מוגדרים כעת להקלטה.
    הערה: יח"צלפני כן eparation של סביבת העבודה מומלצת על מנת למזער את זמן הניסוי ולפקח שינויים בלתי צפויים בתצורה של ההקלטה. מומלץ להבטיח ההחלטה הזמנית הגבוהה ביותר, הגדרות סינון נכונות, קצב דגימה הולם הבחירה נכונה של ערוצי ריבית.
  3. הגדר את מחשב הגירוי-ידי חיבור היציאה במקביל למערכת EEG. הפעל את תוכנת הגירוי. לחץ על "הפעל" כדי לבדוק את הפונקציונליות של הפרדיגמה על של צג המחשב (גירויים חזותיים) ו / או רמקולים (גירויים שמיעתיים, רמזים קולים). הפכו סמנים בטוחים (טריגרים) ממחשב הגירוי נקראים לתוך מערכת ההקלטה במהלך הצגת גירויים והתגובה של הנושא על ידי בדיקה להופעתם על תוכנת צריבת EEG.
    הערה: מפעיל מתקני גירוי חייב להיות משך לפחות 200 μsec להיות מזוהים על ידי מערכת EEG (עם קצב דגימת 5 kHz). מאז טריגרים הם סמנים של-רלה האירועטד-אירועים או פעילות בנושא עורר המתרחשים בכל תקופת הזמן מוגדרת תפקידם הוא קריטי לניתוח נתונים אחוריים. ב-למשל במקרה DBS-DOC (דוגמא 2), הפרדיגמה הניסוי (איור 1 ב) כלל גירויים שמיעתיים (מוכר קולות לא מוכרים) כך טריגרים הוקמו בתחילה והסיום של כל בגירויים מוצגים. במקרה של משימת Flanker (איור 1 א) גורמים הוקמו ברגע כאשר 1) והסוסים משני הצדדים וגירויי היעד הופיעו, 2) החולה הגיב 3) צליל קיו נשמע ליידע את המטופל כי-זמן התגובה שחלף.
  4. סמן את קודקוד ראשו של המטופל כמו נקודת האמצע בין nasion ו inion באמצעות עט העור סמן ועל ידי ביצוע עצתו של נוירולוג מנוסה או מומחה EEG. בנוסף, לסמן נבחר עמדות אלקטרודה EEG באמצעות מערכת 10-20. צרף אלקטרודות משטח EEG לקרקפת ידי ניקוי כל מיקום שנבחר ראשון עם isopropי.ל. כרית אלכוהול ואחרי שימוש רסק שוחקים.
    הערה: פעולות כאלה מוגבל על ידי המיקום של תחבושות על הראש של מטופל DBS. עם זאת, נוירולוג מנוסה אמור להיות מסוגל להגדיר מיקום מתאים (משוער) של כל אלקטרודה / ערוץ. כדי להבטיח את השיער מהלך מגע תקין מהדרך (אם זה אפשרי). השימוש אלקטרודות דביק מובטחות בפלסטר עשוי לשמש בשל הקלות של מיקום.
  5. חבר אלקטרודות DBS מוחצנים אל הרחבה מלעורית. חבר הרחבה מלעורית למחבר כבל חיצוני. חבר כל אלקטרודה שמספקת מחבר כבל חיצוני את תיבת הבקרה EEG פי הגדרת הקלטה EEG. חבר אלקטרודות הקרקפת EEG אל תיבת הבקרה EEG ידי חיבור הקרקע ההתייחסות הראשונה.
  6. צרף אלקטרודות EMG (הפניה ואלקטרודות פעילה) בשעת שרירים שצוינו על ידי ניקוי האזור הראשון עם כרית אלכוהול איזופרופיל. חבר אלקטרודות EMG כדי תיבת הבקרה EEG.
    הערה: שלב זה הוא אופציונאלי וערך בעיקר כאשר מטלות מוטוריות נחשבות לתוך פרדיגמה או כאשר הוא נדרש לפקח על הפעילות של שרירים כמו במקרה של חולים עם הפרעה מוטורית.
  7. לחץ על "צג" כדי להמחיש נתונים. ודאו אותות EEG ו EMG בצג הם חפצים נטולים ידי זיהוי הנוכחות של jittering ורכיבים בתדירות גבוהה על גבי זו. עיינו בהנחיות לגבי סוגים של חפצים וגורמים אחרים הקשורים אותות electroencephalographic הקלטת 35 ו / או לבקש עצה טכנית נוירולוג מנוסה או נוירולוג עד לך להכיר את סוג הפרעות נוכחיות בהקלטות פיסיולוגיות כאלה.
    הערה: שלב זה חשוב כדי להבטיח אותות באיכות גבוהה לניתוח נתונים off-line.

3. הקלטה של ​​פוסט-אופרטיבי קורטיקליים (LFPs) ו Surface (EEG) פעילות מוח

  1. לספק הוראות למטופל. ודא patient נוח ולהורות לו / לה להפסיק את הניסוי בכל עת של אי נוחות.
  2. לחץ על "הפעלה" על תוכנת הגירוי כך שהמטופל הוא מסוגל לראות את הפרדיגמה על המסך ו / או לשמוע את צלילי קיו וצלילים. בצע אימון עם המטופל עד שהוא / היא מרגישה בנוח עם המשימה. התחל הקלטה בו זמנית של קורטיקליים (LFP) ואת קליפת מוח פעילות המוח (EEG) בזמן שהמטופל מבצע את המשימה הניסיונית.
    הערה: במקרה של הדוגמה DBS-DOC במקרה (דוגמה 2) הפרדיגמה כללה גירויים שמיעתיים בעיצוב בלוק כמתואר (איור 1B). במקרה של משימת Flanker (איור 1 א), גירויים חזותיים בהתאמה לשלושה תנאים (תואמים (60%), עולים בקנה אחד (20%) ולהפסיק משפט (20%)) הוצגו באופן אקראי בתוך כל בלוק (עיצוב מעורב), לחסום כל מנתה 120 גירויים הפרדיגמה כללה בסך הכל ארבעה בלוקים. אחרי שהמשימה כבר הושלמה,נתונים המאוחסנים בדיסק הקשיח של מחשב ההקלטה מאוחר יותר off-line הקרנה וניתוח כמוני.

ניתוח 4. נתונים

הערה: שלבים באמצעות תוכנת ניתוח EEG:

  1. פתח את תוכנת ניתוח EEG (ראה "חומרים" בתיק והנוסף) ולחץ על "חדש" כדי להמחיש את הנתונים שנרשמו על ידי ציון נתיבי תיקיות (גלם, היסטוריה ויצוא) ושמו של נתונים. לחץ על "ערוך ערוצים" כדי לבחור ערוצים של עניין. שינוי שם ערוצי במידת הצורך.
  2. לחץ על "ערוץ עיבוד מקדים" ולאחר מכן "New הפניה" מחדש הפניה סמוך קשר DBS וכך ליצור קשר דו קוטבי ווירטואלי עבור ההמיספרות על ימין ועל שמאל. חזור על תהליך זה כדי ליצור מונטאז 'וירטואלי עבור ערוצי EEG.
    הערה: מונטאז מחדש התייחסות דו קוטבי חשוב למזער תופעות נפח הולכה כדי לשפר את אמינות המרחבי של האותות רשמו. במקרה של ג DBS-DOCASE למשל (דוגמה 2), ערוצי דו קוטבית הבאים הוגדרו למעלה DBS: LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, LFPR23 ו EEG: Cz / Fz, PZ / Cz, עוז / PZ, T3 / Cz ו- T4 / Cz . ראוי להדגיש כי בעוד MEG רשם אות הן לעיון ללא, אותות EEG צריכים להיות מופנים להגדיר אותות ערך אפס אמיתיים שאינם שרירותיים בתוך מסגרת משותפת. מערכות EEG עיון קיימות כוללות: Cz או הפנית איל"ח, ממוצע בין האלקטרודות על שתי האוזניים, התייחסות ממוצעת (בהתחשב כל הערוצים), שתיים או התייחסות למספרים ורעש חד פטמתי. לצורך ניתוח נתונים, הסדרים מחדש התייחסות שונות יכולים להיות מנוצלים, למשל אנשי קשר דו קוטביים מתאימים כאשר מיקוד ניתוח צימוד בתדירות הזמן בין DBS אותות EEG.
  3. לחץ על "בדיקת נתונים גולמית" נתוני מסך חפצים הקשורים פיזיולוגית וציוד בדגש על פרעות jittering וציוד מנוע. מארק במגזרים בהם חפצים נוכחים.
    NOTE: בעת הקלטת פעילות קרקפת ופעילות קורטיקליים בו זמנית דרך מוביל מוחצן DBS, EEG נראה יותר חזק חפץ רעש מאשר טכניקות כגון MEG עבורו מאמצים נוכחיים אלו מכוונים לשיפור יחס אות לרעש. בשל כי חולים עם הפרעות מוטוריות סובלים תנועות לא רצוניות כגון כוריאה ורעד הופעת חפצי jittering המוטורי אותות רשם צריך להיות מטופלת. הפרעות אחרות הן בשל מהבהבת עין וחפצים הקשורים ציוד. התמקדות למשל במקרה DBS-DOC (הדוגמא 2), בדיקה חפצה בוצעה על ידי בחינה חזותית וממצאים סומנו באופן ידני. היישום היחיד של מצב בדיקת חפץ אוטומטית הוא מיואש כמו כמה חפצים לא יכולים להיות מוכר על ידי קריטריון מוגדר.
  4. לחץ על "סינון נתונים" ולאחר מכן "מסנני IIR" כדי לציין מסנן חריץ: 50Hz (להתמודדות עם חפצים קו חשמל) Butterworth אפס שלב מסננים ידי במפרטfying נמוך ופרמטרי קטעון גבוהים. לחץ על "קצב דגימת שינוי" כדי downsample האותות רשמו לתדר שצוין גם לציין את סוג אינטרפולציה.
    1. בדוגמה DBS-DOC; להגדיר קטעון נמוך: 1.0000 הרץ, קבוע זמן: 0.1592s, שיפוע: 48 dB / אוקטובר; קטעון גבוה: 80.0000 הרץ, קבועי זמן: שניות 0.1592 ו -48 dB / אוקטובר ותדירות downsampling 512 הרץ באמצעות אינטרפולציה שגם.
      הערה: אם תרצה, תוכל לבצע סינון לפי סקריפטים מותאמים אישית המבוססים על קוד פתוח סוויטות ידועות: Fieltrip (http://www.fieldtriptoolbox.org/), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab/) ו SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). במקרה של הראשונה, סקריפטים מדגם ניתנים (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). סוויטות אחרות גם לספק תיעוד מפורט לבצע את הצעד הזה.
      הערה: דאון-דגימה בכל נקודה תגביל את תדירות השטח זמינה לניתוח נוסף לפי משפט נייקוויסט. בהתחשב מקרה לדוגמא DBS-DOC, תדר הדגימה שהנבחרת של 512 הרץ מתאים כאשר שוקלים תדרים עד 80 רץ.
      הערה: לחילופין, לבצע את הדגימה על ידי סקריפטים אישית, על סמך הידוע סוויטות קוד פתוח: fieldtrip (http://www.fieldtripbox.org), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab) ו SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). במקרה של הראשונה, דוגמאות תסריט ניתנות (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). סוויטות אחרות גם לספק תיעוד לבצע שלב זה.
  5. ערוצי יצוא דו קוטביים של ריבית על ידי לחיצה על "יצוא" ולאחר מכן "נתונים גנרי". נתוני יצוא סמנים (טריגרים) על ידי לחיצה על "יצוא" ולאחר מכן "סמנים". שם את הקבצים להיות מיוצא על ידי בחירת פורמט "txt".
    הערה: כדי להשתמש בארגז הכלים fieldtrip בשלבים הבאים הוא הציע לייצא ערוצים (.txt) מרובב וגם ממליץed לכלול קובץ "vmrk" הכולל מידע על ערוצים לייצא. כן מוצע להשתמש בתבנית (.txt) עבור הסמנים המיוצאים ואילו האפשרות לדלג סמנים מתאימים במרווחים רעים שבחרו בשלב 4) מוצעת.

הערה: שלבים באמצעות fieldtrip:

  1. חברת הסטארט-אפ MATLAB ולחץ על "להגדיר נתיב" כדי להוסיף את הנתיב של תיקיית fieldtrip במקרה זה לא נעשה כברירת מחדל.
  2. מכניס את הנתונים בעבר מראש מעובד סמנים לתוך מבנה תאי מערך התואם את הפונקציות בתוך fieldtrip ידי הפעלה ( סקריפט קובץ 1-משלים ) בלי להחסיר לציין: הספרייה שמכילה את קבצי ה- EEG ו LFP משלבים 7 שמות ערוצים, תדר דגימה, זמן מדגם, ניסויים. (אופציונלי) בצע דחייה חפץ על ידי "uncomment" את הקוד המצוין. סקריפט זה חוסך את הנתונים לקובץ שצוין אשר ישמשו את NEXצעדי t.
  3. חישוב כוח הרפאים של LFP עבור ערוצי ריבית על ידי הפעלה ( סקריפט קובץ 2-משלים ) בלי להחסיר לציין: לספרייה המכילה את הקובץ שנוצר על ידי (סקריפט 1), השיטה (ידווה או mtmconvol), הרוחב של החלון, לתדירות של עניין (foi), תקופה של זמן עניין (toi), ואת תיקון הבסיס תדר (אופציונלי). הגדר את סוג הניתוח הסטטיסטי ו- p-הערך הרצוי.
    הערה:-למשל במקרה DBS-DOC (דוגמה 2), ניתוח הכוח בוצעה על ידי שוקל ניתוח תדירות זמן אדוה-נעול גירוי (אדוה Morlet (width = 5)) עם להתחדד Hanning, טווח תדרים של 4-80 הרץ ועל פני תקופת זמן בין -1 עד 4 שניות. בשל שיש אדוות ברזולוציה משתנה בזמן ותדירות. בעת בחירת אדוה, נחליט trade-off בין רזולוציה של זמן רפאים. בפרט, אדוות Morlet להחזיק משקל צורה סינוסיאד על ידי גרעין גאוס המאפשרת לכידת רכיבים תנודתית המקומיות סדרה עתית. מה שהופך את פרמטר הרוחב קטן יותר יגדיל את ההחלטה הזמנית על חשבון רזולוצית תדר ולהיפך. רוחב הפס רפאים בבית F תדירות נתון שווה F / רוחב x 2 (עבור F = 40 הרץ ו width = 5 רוחב פס רפאים הוא 16 הרץ) ואילו משך אדוה שווה רוחב / F / pi (עבור F = 40 רץ ו width = 5 המשך ידווה הוא 39.8 msec). אשכול המבוסס (משתנה זמן ותדר) גישה אקראית שמש ניתוח סטטיסטי בין תנאים (p-רמת .05 במבחן דו-צדדי) 39. כדוגמה את הפלט מתקבל על ידי ביצוע פעולה זו בבקשה להסתכל איור 4 א ו איור 4D. זמן-תדר ניתוח תגובה בוצע על ידי סקריפטים אישית בהתבסס על fieldtrip תוכנת הקוד הפתוח (http://www.fieldtriptoolbox.org/). פרטים ספציפיים אודות אופן ההתאמה האישית סקריפט כדי להשיג את הצעד הזה יכולנמצא http://www.fieldtriptoolbox.org/reference/ft_freqanalysis.
  4. חישוב קוהרנטיות בין קורטיקליים אותות קליפת מוח על ידי הפעלה ( סקריפט קובץ 3-משלים ) מבלי לשכוח לציין: מגזרים אורכים, אחוז חפיפה, לתדירות של עניין. באשר הניתוח הסטטיסטי לציין את סוג הניתוח ו- p-ערך רצוי.
    הערה: אמצעי ניתוח קוהרנטיות הקשר הליניארי בין שתי סדרות זמן עם יחס קבוע של אמפליטודות 40. ב-למשל במקרה DBS-DOC (דוגמה 2), מגזרים של 1 שניות עם חפיפה של 50% שימשו לחישוב קוהרנטיות ידי התמקדות מרווח התדירויות בין הרץ 1 ו -25. A-מבוסס אשכול (זמן משתנה תדיר) גישה אקראית שמשה ניתוח בתוך-נושא קוהרנטיות (p-רמת .05 במבחן דו-צדדי) 41. יתר על כן, החלק המדומה של קוהרנטיות חושב 42.
    בשיאצעדים ג להתאים תסריט לניתוח קוהרנטיות מתוארים (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/coherence). כדוגמה את הפלט מתקבל על ידי ביצוע פעולה זו בבקשה להסתכל איור 4B.
  5. חישוב צימוד משרעת שלב תדירות צלב (PAC) על ידי הפעלת יישום התוכנה זמינה כקובץ משלים ביחס 43.
    הערה: בדוגמא במקרה DBS-DOC (דוגמא 2), ניתוח צולבות התדירה PAC חושבה באמצעות-החפץ החופשי כולו הקלטה לשילובים שונים של ערוצים דו קוטביים. בפרט, PAC הישירה המנורמלת (ndPAC) 43 הועדפה כי היא אפשרה קביעת הצימוד משמעותי ברמות סטטיסטיות שונות תוך קביעה-עד לאפס את הזיווגים הלא משמעותיים (ברמת p: 0.1). כתוצאה מכך, תדירות טווחי פאזה צימוד משרעת יכולים להיבחר על בסיס המשמעות שלהם. בדוגמה במקרה DBS-DOC, טווח התדרים שלב נחשב ווהים 3-22 הרץ ואילו טווח תדר משרעת הוקם כדי 35-80 הרץ. ערוצי LFP-EEG שנבחרו לניתוח PAC היו LFPR23 ו EEGFzPz על בסיס ניתוח קוהרנטיות ביצע בשלב 5.5. כדוגמה את הפלט מתקבל על ידי ביצוע פעולה זו בבקשה להסתכל איור 4C.

איור 1
איור 1: מדגם ניסיוני פרדיגמות (א) (דוגמא 1) משימת Flanker:. גירוי יעד (חץ במרכז) מוקף שני חצים סמוכים (לעיל ולהלן יעד) או פונה לאותו (תואם) או היפך (בקנה אחד) כיוון, ניסויי תחנה (עיגול במרכז) נחשבו גם. כאשר היעד הוא הצביע שמאלה או ימינה, משתתף יש ללחוץ על כפתור תגובה עם האגודל השמאלי או זכותם בהתאמה, במשפטים להפסיק משתתפים מונחים שלא להגיב. פלורידהמשימת nker משמשת כאן שונה מהגרסה המתוכנת בתחילה על ידי פרופ 'ג Beste וקבוצתו (ראה תודות). (ב) (דוגמה 2) פרדיגמה בנאום נרגש-קוגניטיביים המשמשים DBS-DOC מקרה לדוגמה. נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עבור מקרה DBS-DOC (דוגמא 2), עכשיו אנחנו מספקים נתונים על לוקליזציה היעד להשתלת DBS, דיאגרמות סכמטי של אלקטרודה LFP ו EEG להגדיר, הקלטות למופת של פעילות EEG ו LFP (נתונים גולמיים) ותוצאות ניתוח נציג:

איור 2 א מראה למתווה אסטרטגית (קו שחור) מוקרנת על אטלס אנטומי 36, סעיף 30, כלילית, 10.7 מ"מ מאחורי השליך הקדמי (AC) (קו אדום: מטוס AC-PC). עיגולים אדומים לסמן ממוקד באזורים של 15 מ"מ lowermost (גודל הרשת אטלס: 10 מ"מ) עם thalami lamina IML = פנימי מדולרי ו RT = גרעין התלמוס רשתי. VA = גרעין התלמוס ventroanterior, AV = גרעין התלמוס anteroventral, AM = גרעין התלמוס anteromedial, פא = גרעין fasciculosus, IthA = הידבקות interthalamic.

איור 2B מראה בגמר electrode בתלמוס המרכזי דמיין על 3D אטלס 37. שני מטוסים מאונכים סעיף לאורך הציר של האלקטרודה במחצית המוח הימני לאחר הרישום של אטלס 3D עם בדיקת CT באמצעות האטלס 38. ארבעת אנשי קשר של האלקטרודה (עיגולים כחולים) אותרו בתלמוס תקין (R-תל). GPI = pallidus גלובוס פנימי, STN = גרעין subthalamic, דזה = zona incerta, RPT = גרעין perithalamic רשתי, RN = גרעין אדום.

איור 2C מציג ציור סכמטי של האלקטרודה DBS. קשר אלקטרודה היה מחדש הפניה מחוברת, וכתוצאה מכך שלושה ערוצי LFP דו קוטביים עבור כל חץ כדור (LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, ו LFPR23). מונטאז אלקטרודה EEG (10-20 המערכת) עם אלקטרודות בשימוש במהלך ההקלטה במקרה-למשל DOC (Fz, Cz, PZ, עוז, T4, T3 ו- איל"ח) (איור 2 ד)

איור 2: יעד לוקליזציה, LFP אלקטרודה ו EEG קמה (מדוגמא 2) (א) למתווה אסטרטגית (קו שחור) מוקרנת על אטלס אנטומי 36, סעיף 30, כלילית, 10.7 מ"מ מאחורי AC (קו אדום:. AC- מטוס PC). עיגולים אדומים לסמן ממוקד באזורים של 15 מ"מ lowermost (גודל הרשת אטלס: 10 מ"מ) עם thalami lamina IML = פנימי מדולרי ו RT = גרעין התלמוס רשתי. VA = גרעין התלמוס ventroanterior, AV = גרעין התלמוס anteroventral, AM = גרעין התלמוס anteromedial, פא = גרעין fasciculosus, IthA = הידבקות interthalamic. (ב) אלקטרודה הסופית בתלמוס המרכזי דמיין על אטלס 3D 37. שני מטוסים מאונכים סעיף לאורך הציר של האלקטרודה במחצית המוח הימני לאחר הרישום של אטלס 3D עם בדיקת CT באמצעות אטלס 38. ארבעת אנשי קשר של האלקטרודה (עיגולים כחולים) היו located בתלמוס התקין (R-תל). GPI = pallidus גלובוס פנימי, STN = גרעין subthalamic, דזה = zona incerta, RPT = גרעין perithalamic רשתי, RN = גרעין אדום. (ג) סכמטי ציור של האלקטרודה DBS. קשר אלקטרודה היה מחדש הפניה מחוברת, וכתוצאה מכך שלושה ערוצי LFP דו קוטביים עבור כל חץ כדור. (ד) מונטאז אלקטרודה EEG (10 - 20 המערכת) עם אלקטרודות משמש במקרה-למשל DOC מודגשים באפור. (דיאגרמות א 'ו-ב שונו באישור 26, איור C שונה באישור מדטרוניק). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3 א מציג הקלטות EEG למופת מתאימות ערוצים דו קוטביים: T4Cz, T3Cz, PzCz, OzPz ו FzPz במקרה של המצב הלא פונה הניטראלי (משמאל) ואת conditi פונה המוכרתעל (מימין).

איור 3 ב מציג הקלטות LFP למופת מתאימות ערוצים דו קוטביים: LFPL23 ו LFPR23 במקרה של המצב הפונה אי (משמאל) ואת מצבו הפונה המוכר (מימין).

איור 3
איור 3:. הקלטות למופת (מדוגמא 2) (א) איור מראה דמות EEG recordings.The ממחישה EEG עקבות מתאים ערוצים דו קוטביים (ראה 4.2 לפרטים אודות מחדש התייחסות ערוץ). (ב) איור מראה דמות LFP recordings.The ממחישה LFP העקבות מתאים ערוצים דו קוטביים במקרה של ההמיספרות על ימין ועל שמאל (ראה 4.2 לפרטים אודות מחדש התייחסות ערוץ). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של נתון זה.

ניתוח של אפנון-נעול גירוי של פעילות תנודתית בתוך התלמוס המרכזי חשף עלייה ימנית צדדית משמעותית (p = 0.044) של כוח בטא (12-25 הרץ) בתוך בשנייה הראשונה (0.45-0.55 שניות) כאשר מנוגדים נייטרלי פונה לעומת מוכר תנאי -addressing (איור 4 א).

ניתוח קוהרנטיות בין הערוצים PzCz (EEG) ו LFPR23 (אונה ימנית) גילה הבדל משמעותי בין תנאים בלהקת תטא. כמו כן, החלק המדומה של קוהרנטיות הראה סטיית האפס המציין עיכוב שלב בין LFP ו EEG (איור 4B). ניתוח מקומי חשף משמעותי (p = 0.01) תטא-גמא PAC (עם מקס. 5 ל -75 הרץ) עבור ערוץ LFP המקומי הנכון (LFPR23-LFPR23) במצב פונה-המוכר (האיור 4C).

n-page = "1"> ניתוח השינוי הכוח המתאים LFP23 הראתה עלייה בטא מוקדמת בתוך (הקופסה הירוקה) בשנייה הראשונה לבין אפנון תטא מאוחר (תיבה אדומה) (איור 4D, למעלה). זה גם מורגש כי גמא סביב 40 הרץ (ירוק מעגל / אליפסה) ואחריו גמא רחב וגבוה עד 80 הרץ (איור 4D, למעלה). עלייה תטא ניכר במצב פונה-מוכר ב 4-6.5 הרץ וזמן תקופה 2.6-2.8 שניות (עיגול אדום), (p = 0.048) על LFPL23 וכן מגמה מוגברת על LFPR23 נחשפו (4D איור, למטה) .

איור 4 א 'וב'
איור 4: כוח ניתוח זמן-תדר EEG-LFP קוהרנטיות (מהדוגמה 2) (א) כוח תנודתית מקומי נוגד נייטרלי לעומת מצבו פונה-מוכר בשנייה הראשונה;. קוד צבע המייצג-ערכי t. למעלה: l LFPL23 ערוץ EFT; תחתון: LFPR23 ערוץ הנכון. עלייה בטא משמעותית (p = 0.044) בשעה 12-25 הרץ, 0.45-0.55 שניות (עיגול אדום). (השתנה באישור 26). (ב) מצב מוכר-פונה (קו אדום) ומצבו הניטראלי שאינם פונה (קו כחול). קוהרנטיות חושבו על מקטעים עצמאיים 1 שניות מעידנים עם משך 0-4 שניות בממוצע על פני כל המגזרים. למעלה (משמאל): קוהרנטיות עם אונה שמאלית ערוץ LFPL23, למעלה (מימין): קוהרנטיות עם LFPR23 ערוץ אונה ימנית. הבדל משמעותי בין תנאים (p = 0.044) הוא הצביע על ידי כוכבים אדומים מעגלים / קוהרנטיות עם ערוץ PzCz, 5-6 הרץ. תחתונה: החלק המדומה של קוהרנטיות בין האונה הימנית LFPR23 וערוץ Cz (עיגול ירוק) מראה סטייה אפס כלומר עיכוב השלב בין LFP ו EEG (ובכך להשפיע לא בשל הולכה נפח). (השתנה באישור 26)"_blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4C
4C איור: זיווגים משרעת שלב (PAC) (מדוגמא 2) PAC עבור תדרי שלב 3-22 תדרי הרץ משרעת 35-80 הרץ.. צבעים לקודד ישירה מנורמל שלב-משרעת צימוד צולבות תדר (ndPAC). צימוד מזויף מוגדר 0 (p = 0.01). תנאים: עזבו: נייטרלי, נכון: מוכר-פונה. למעלה: PAC של LFPR23-LFPR23 הערוץ המקומי LFP תקין מראה PAC במצב פונה מכיר מקסימום. ב 5-75 הרץ (עיגול אדום). תחתונה: PAC בזכות שילוב LFP-EEG עם LFPR23-EEGPzCz. (השתנה באישור 26) אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

4D איור
האיור 4D:. LFP זמן-תדר ניתוח (מתוך דוגמא 2) זמן מגרשים תדירים שינויי חשמל מקומיים על LFP23. TOP: כוח הבדל מהערך ההתחלתי של המוכר-פונה במצב לאורך תקופת הניסוי (0-4 שניות). משמאל: תדרים רחבים 5-80 הרץ, נכונה: להקת גמא; בשורה העליונה: האונה השמאלית (LFPL23), בשורה התחתונה: האונה הימנית (LFPR23). תחתון: בניגוד סטטיסטי בין התנאים ממחישים עליית תטא ניכרה במצב פונה-המוכר ב 4-6.5 הרץ וזמן תקופה 2.6-2.8 שניות (עיגול אדום), p = 0.048 על LFPL23 ולהגדיל (מגמה) על LFPR23. מפת צבע מקודד ערכי t; עליון: אונה שמאלית (LFPL23), תחתון: אונה ימנית (LFPR23). (השתנה באישור 26) אנא לחץ here כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בניגוד טכניקות הקלטה המוח לא פולשנית כמו הקרקפת-EEG ו MEG, במסגרת הקלטה הנוירופיזיולוגיים פולשנית ולא פולשנית בשילוב המוצע מספק הזדמנות יוצאת דופן כדי לחלץ מידע מתוך אזורים בקליפת המוח ואת קורטיקליים ביחס משימות קוגניטיביות-רגשיות. מידע זה מתבטא בפעילות תנודתית מוח תדרים מרובים ורמות שונות של ארגון ביחס תפקוד המוח 44. מוח דפוסי תנודתית שרלוונטי במסגרת ההקלטה שלנו כוללים: פעילות תנודתית קורטיקליים (LFPs), שינויים קוהרנטיות קליפת מוח-קורטיקליים המציינים שינויי קשר לינארי בין פעילויות קליפת המוח ואזורים קורטיקליים על תדרים ספציפיים, צימוד-משרעת שלב קורטיקליים (PAC) ושלב פאזיים צימוד (PPC). בפרט, הרלוונטיות של PAC ו- PPC מודגש כמו היחס ואינטראקציה בין תנודות תדרים שוניםהוכח להועיל בהבנת תפקוד המוח. במקרה של PAC, השלב של תנודה בתדר נמוך הוא הקשורים העוצמה של תנודה בתדר גבוה ולכן התוצאה בסנכרון של המעטפה המשרעת של מקצבים מהר עם השלב של מקצבים איטיים. PPC מהווה נדבך עצמאי משרעת נעילה בין מחזורי n של תנודה בתדר גבוה ומחזורי מ בתדר נמוך אחד 45. התמקדות למשל במקרה DBS-DOC (דוגמה 2), ניתוח של קליפת המוח / קורטיקליים רשמה נתונים על מצבו הנאום המוכר-פונה חשף אפנון של פעילות תנודתית בלהקה בטא תטא בתוך התלמוס המרכזי יחד עם קוהרנטיות thalamocortical הגדילה את תטא לְהִתְאַגֵד. בנוסף, תטא שלב - צימוד משרעת גמא היה ברור בתוך התלמוס מקומי. ממצאים אלה לא רק לתמוך המעורבות של התלמוס בעיבוד רגשי וקוגניטיביים אלא גם להדגיש פונקציות that הם שלמים בחולי DOC כרוניים וכי יכול להיות שימושי בהערכת מצבים מודעים בחולים אלו 26.

מבחינה מתודולוגית, כפי שהודגם על ידי שתי דוגמאות שלנו, השלבים הרלוונטיים ביותר עבור הקלטה וניתוח של פעילות המוח-קורטיקליים קליפת המוח ביחס עיבוד רגשי-קוגניטיבי כוללים:

עיצוב 1) של פרדיגמה ניסויית, על ידי לקיחה בחשבון את צרכים המטופל ואילוצים באווירה שלאחר ניתוח, כדי להבטיח שהוא / היא תוכל לבצע את המשימה שצוינה במחקר מבלי לפגוע בשלמות שלו / שלה תוך מיקסום סיכויי הצלחה בהשלמת הניסוי.

2) קבלת חתם הסכמה מדעת מחולה, בני משפחה של המטופל או עמלה אתית לבצע הקלטה שלאחר הניתוח. בדוגמה במקרה DBS-DOC (2 דוגמה) התקבל אישור אך ורק מן הוועדה האתית בשל החולה 'מדינה לא מודעת (תרדמת). במקרה של חולים עם סכמת הפרעות מוטוריות הושג ישירות מהחולה.

3) הגדרה של ניסוי הגדרה מתאימה הקלטה בו זמנית של LPFs קורטיקליים ואת קליפת מוח M (פעילות EEG). במקרה של EEG, אנו מדגישים: בחירה נכונה ועל הגדרה של מונטאז 'ערוץ EEG ו מיקום האלקטרודה על הקרקפת של המטופל. בפרט, מיקום האלקטרודה יכול להיות מאתגר בשל נוכחותם של תחבושות על הראש של החולה לאחר ניתוח DBS, אז העצה של EEG המקצועי או נוירולוג מומלץ מאוד עבור מיקום מתאים; מומלץ לא לבצע כל בדיקה וניהול עכבה כדי למנוע נוכחי להישלח ישירות לתוך המוח של המטופל ( "מותווה" שימוש EEG-המגבר). ראוי לציין, כי המצב של עכבת הבדיקה במערכות רבות EEG מנצל נוכחי קטנה שעובר כל אלקטרודות המחוברות כך שמתח impedan וכתוצאה מכךCES נאמד חוק אוהם; מבחר בקצב דגימה של ההקלטה מתאים תדרים נקבע בעיקר על ידי גורמים כגון יכולות ציוד EEG, שאלת המחקר נחקרת ושלטון דגימת נייקוויסט, הקובע כי קצב הדגימה להידרש לבטל תדרי כינוי ב אות רוחב פס מוגבלת ( לפי שווי השווה למחצית שיעור נייקוויסט) פי שניים בהווה רכיב התדר הגבוה האות.

4) בחירת כלי תוכנה מתאימות: כל החישובים בניתוח כמותי של נתוני DBS-DOC (דוגמא 2) בוצעה על ידי תוכנת ניתוח מסחרית, סוויטות קוד פתוחות 46 וסקריפטים-אישית עצמיים (ראה קבצים משלימים). היתרון של כלי תוכנה קוד פתוח הוא ההזדמנות כדי להתאים אישית צינורות ניתוח של האדם עצמו על ידי שינוי ושילוב סקריפטים קיימים (תחת רישיון הייחוס המשותף). עם זאת, על מנת לעשות הבנה כה עמוקה יותר של maבסיס thematical של עיבוד ותכנות אות נדרש. כמו כן, נתונים שעובדו על ידי צינור אישית כאלה צריכים לציית בפורמט הנדרש על ידי החבילה הספציפית. במקרה של כלי תוכנה מסחריים, עיבוד נתונים בהנחייתם ממשקים גרפיים שהופכים כל צעד עיבוד אינטואיטיבי ככל האפשר, משתמשת עם זאת מוגבל ביכולת שלהם לשנות את האלגוריתמים כלולים בתוכנה. כפי שהודגם על ידי הפרוטוקול הנוכחי, שילוב של כלי תוכנות קוד מסחריים פתוחים הוא פורה כל עוד הנתונים ניתן לייצא (מיובא) באופן תואם ממערכת אחת לשנייה.

5) מגבלות ושינויים: מסגרת ההקלטה פולשנית / לא פולשנית המוצע יש מגבלות בשני השימוש בו ואת ההקלטות מסופקות. כטכניקה קלינית, היא מכוונת רק לחולים אשר עוברים טיפול DBS עבור מצב ויעד המוח רפואי ספציפיים, וכתוצאה מכך האזורים במוח הנחשבים עבור הרבעהy יהיה מוגבל על ידי התכנית האופרטיבית. הרזולוציה המרחבית של קלטות הניתנות על ידי טכניקה זו היא ברמה של פוטנציאלי LFP, ובכך חקר תרגום רפואי המחייב ניתוח של פעילות המוח ברמת multiscale יצטרך להיות כהשלמת מחקרים בבעלי חיים המעורבים הקלטות ברמת התא היחידה. באשר-למשל במקרה DBS-DOC (דוגמא 2), מגבלה מתייחסת גם אל ההכללה של התוצאות שהושגו תוך שהיא מתמודדת עם מחקר יחיד לגופו.

שינויים אפשריים ופתרון בעיות של המשימה Flanker (דוגמה 1) כוללים הגדלה של מרווח גירוי לתגובה (> 2,000 msec) בדבר חוסר היכולת של חולים להגיב בתוך פרק זמן מוגדר. הדבר חשוב במיוחד במקרה של חולי הנטינגטון, אשר מאופיינים תנועות לא רצוניות קופצניות יחד עם ירידה קוגניטיבית ורגשית. כמו כן, את המשימה (שבמקורו כלל ארבעה בלוקים של 120 גירויים each) עשויים להתקצר בשל חוסר יכולת של מטופל להמשיך בגלל העייפות. מבחינה זו, התנאי והגיל הפיזי יהיו גורמים הקובעים לבחירה של המטופל.

הוא הגיע למסקנה כי הגישה הקלטה המוח פולשנית / לא פולשנית המוצעת אינה רק מייצגת כלי רב עוצמה לחילוץ דפוסים תנודתית המוח ברמה קורטיקליים-cortico ביחס פרדיגמות קוגניטיביות ורגש, אלא גם מדגיש את החשיבות של זמן-תדר פאזיים מנתח לחילוץ דפוסי סנכרון מוח ברזולוציות במרחב ובזמן שונה. יישום עתידי של טכניקה זו כולל את הלימוד וקושר עצביים קורטיקליים-cortico של עיבוד קוגניטיבי וחושי ידי מיקוד לא רק לחולים הסובלים מהפרעות מוטוריות אלא גם הפרעות פסיכיאטריות כמו DOC, OCD, דיכאון ודמנציה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי NEURON NET-ERA / BMBF גרמניה (טימון). עמלות פרסום מכוסות על ידי מענק מטעם דיסלדורף החולים האוניברסיטאי. משימת Flanker משמשת כאן שונה מהגרסה המתוכנת בתחילה על ידי פרופ 'ג Beste וקבוצתו 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

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

התנהגות גיליון 111 הקלטה קורטיקליים פולשנית לא פולשנית הקלטה הנוירופיזיולוגיים תפקוד קוגניטיבי תפקוד רגשי גירוי מוחי עמוק electroencephalography Neuropsychiatry הפרעות במוח מדעי המוח קליני פעילות תנודתית עצביים פוטנציאל השדה המקומי אלקטרואנצפלוגרם
פולשנית קורטיקליים ולא פולשנית משולבת Surface הנוירופיזיולוגיים הקלטות עבור הערכת קוגניטיבי ותפקידים רגשיים בבני אדם
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