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Behavior

인간의 결합 침략 피질과인지의 평가를위한 비 침습적 표면 신경 생리학 녹음과 정서적 기능

Published: May 19, 2016
doi:
10.3791/53466
, , , , , , ,
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

Summary

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.

Abstract

인간의 뇌의 메커니즘에 대해 중요한 정보를 추출하는 비 침습적 뇌파 (EEG), 자기 뇌파 (MEG), 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)인가의 성공에도 불구하고, 이러한 방법은 생리 정보를 제공하기에 불충분 남아 피질 수준의인지 적, 정서적 기능을 반영하는 프로세스. 이러한 관점에서, 이러한 깊은 뇌 자극 (DBS)와 같은 인체에 현대 침습 임상 적 접근은, 피질 하 뇌 활동 국소 기저핵 또는 시상 영역에서 신경 어셈블리의 간섭 활성을 나타내는, 즉 로컬 필드 전위 (LFPs)를 기록하는 데 엄청난 가능성을 제공 . 인간 침습적 방법은 의사 표시 이후에만 적용되므로, 기록 된 데이터를 변경 뇌 회로에 대응한다는 사실에도 불구하고, 유용한 통찰 뇌 진동 관련 손상 뇌 기능의 존재에 대하여 얻을 수있다활동과 실험인지 패러다임의 질문에 답변 질환의 병태 생리. 이 방향에서, 파킨슨 병 (PD) 환자에서 DBS 연구의 증가는 모터의 기능뿐만 아니라, 감정, 의사 결정,주의, 메모리 및 감각적 지각과 같은 상위 레벨 프로세스뿐만 아니라 타겟팅. 최근 임상 시험은 의식 (DOC)의 만성 질환에 대한 강박 장애 (OCD)에 이르기까지 신경 정신 장애에 대한 대안 치료로 DBS의 역할을 강조한다. 따라서, 우리는 (인지 적, 정서적 처리 통 실험 패러다임에 피질 – 피질 하 구조의 역할을 평가하는 결합 침략 (LFP) 및 비 침습적 (EEG) 인간의 두뇌 녹음의 사용에 초점을 예. 정신적 내포 또는 패러다임과 음성 자극 DBS 치료를 받고 환자에 대한 측면 보루 작업 등인지 제어),의.

Introduction

인간의 침략 신경 생리 학적 기록은 간질 수술과 종양 연구 1시 electrocorticographic 대뇌 피질의 영역에서 레코딩과 소뇌을 대상으로 독창적 인 연구로 거슬러 올라간다. 이러한 기록 절차의 발전에 중요한 이정표가 인간의 뇌 (2)의 깊은 구조 안전하고 효율적인 액세스를 제공하는 정위 기법을 도입하고있다. 이 외에 임상 치료에서, 인간의 뇌 침습적 방법은 (외부 자극, 뇌 심부 자극술을받은 환자에서 인트라 및 수술 침습 녹음 특히 경우에 의해 변조 기록 활동 패턴과 관련하여 DBS를 뇌 기능을 연구하는 다소 독특한 기회를 제공 ) 절차. DBS의 적용과 유용성은 강박 장애 (OCD) 또는 CHRO 등의 조건을 강박하는 파킨슨 병 (PD)에서 다양한 신경 및 신경 정신 질환에 해결 된의식 (DOC)의 NIC 장애.

특히, DBS는 파킨슨 병 3,4,5, 본 태성 진전 6 주 / 일반화 분절 근긴장 7,8,9, 헌팅턴병 10,11 치료 저항성 우울증 12,13 니코틴의 치료에 적용되어왔다 알코올 중독 (14), 알츠하이머 병 15, 16, 투렛 증후군 (17)과 의식 (DOC)의 만성 질환 18,19,20.

신경 정신과의 범위 내에서, DBS는 강박 장애 (OCD) 내부 캡슐 (ALIC)의 전방 사지를 대상으로하는 승인 / CE 마크 치료 및 (복부 캡슐 / 복부 선조체 / 복부 미상을 대상으로 사용 VC / 인 VS), 핵 중격 의지 (NAC)과 시상 핵 (STN) 21. OCD 22 DBS에 대해서는, 최근 연구 강박의 검사기구에 STN의 역할을 강조메모리 기반-패러다임 23,24,25를 이용하여 보내고.

인지 적, 정서적 내포와 패러다임의 영향으로 뇌 활동의 주목할만한, 변조 DOC 26,27,28,29 강조하고있다. 따라서, DBS는 만성 DOC에 대한 전향 적 치료로서뿐만 아니라, 중앙 시상 영역 인트라 및 포스트에서 로컬 필드 전위 (LFP)를 기록하여 피질 활동의 변조를 공부의 가능성을 열어 임상 절차로뿐만 아니라 강조 작동 가능.

환자의 자극 수술 중 임펄스 자극 시험을 정의하면서 DBS에서 전극 신경 외과 주입 안전하게 뇌의 해부학 적 제약 차지하는 정위 기술에 기초한다. 수술 후 LFP 녹음 DBS 전극의 초기 주입 후 임펄스 발생기의 내재화하기 전에 가능합니다. 특히, 본 프로토콜은 centere입니다수술 후 녹음에 라.

LFPs와 조합 피질 뇌 활동의 동시 기록이 비 침습적 뇌파 (EEG) 또는 인 자기 (MEG) (30, 31)에 의해 달성 될 수있다. 이 두 비 침습적 방법은 우수한 시간 해상도로 인해 지원됩니다. MEG는 두개골 효과 (32)에 의해 EEG에 비해 영향을 적게받습니다하지만이 작은 금속 임플란트와 머리의 움직임에 의한 유물에 의해 영향을받는과가 환자의 침대 옆 33에서 사용할 수 있기 때문에, EEG는 유리 나타납니다. 적용 정서적인지 적 패러다임의 질문에 답변 피질 – 피질 뇌의 활동 (LFP 및 EEG / MEG)의 동시 녹음으로 뇌 진동과 행동 사이의 다양한 관계를 시간 – 주파수 결합에 기초하여 설정 될 수있다 (34)를 분석한다. 차례로, 이러한 패턴은 환자의 개별적인인지의 미래의 바이오 마커 및 감정 상태 및 O로 이어질 수개인화 설정을 고려하여 처리 파라미터 ptimization.

특히 대뇌 피질 및 피질 수준의인지 적, 정서적 기능의 평가를위한 인간의 침습적 및 비 침습적 신경 생리 학적 기록 다음 프로토콜 대상 (EEG 및 LFPs).

먼저, 본 프로토콜을 수반하는 동영상에 도시 된 신경 생리 학적 기록 단계는, 소위 우 측면에 작업을 수행하는 운동 장애 (예 1)과 예를 들어 환자와 기록에 대응한다.

둘째, 프로토콜의 단계는 만성 DOC (26)에 게시 된 DBS의 예에서 가져온 분석 및 시료 결과 (예 2)의 방법론에 초점을 맞춤으로써 설명합니다.

이 두 가지 예는 다른 질환과 다양한 실험 패러다임와 DBS 치료 환자에 제안 된 프로토콜의 적용을 강조 표시합니다.

Protocol

DBS 절차 및 침입 기록은 대학 병원 뒤셀도르프, 독일의 윤리위원회에 의해 승인되었다. 1. 실험 패러다임 설계 및 환자의 동의 참고 : 실험 패러다임을 디자인 또는 관심의인지 적 / 감정적 인 측면을 대상으로 기존의 실험 패러다임을 선택합니다. DBS 치료를 받아야 할 환자를 선택합니다. DBS-환자가 연구의 포함 기준을 충족하는지 물어보십시오….

Representative Results

DBS-DOC의 경우 (예 2)의 경우, 우리가 지금 DBS 주입 대상 현지화에 데이터를 제공, LFP 전극과 EEG의 개략도는 설정, EEG 및 LFP 활동 (원시 데이터) 대표 분석 결과의 예시 녹음 : 도 2a는 해부학 아틀라스 (36)에 투사 계획 궤적 (검은 선), 부 (30), 관상 동맥을 보여줍니다, 전방 접합면 (AC) (레드 라인 : AC-PC면) 뒤에 …

Discussion

두피 EEG와 MEG 같은 비 침습적 뇌 기록 기술과 대조적으로, 제안 된 조합 침습 및 비 침습적 신경 생리 학적 기록 워크인지 감정적 태스크 관련 피질 및 피질 영역에서 정보를 추출하기 위해 새로운 기회를 제공한다. 그러한 정보 (44)를 작동하는 다중 주파수 대역 및 뇌와 관련 조직의 상이한 차원에서 뇌 활동 진동에 의해 반사된다. 우리의 기록 프레임 워크에 관련된 포함 두뇌 진동 패턴 ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품은 ERA-NET 신경 세포 / BMBF 독일 (TYMON)에 의해 지원되었다. 출판 비용은 대학 병원 뒤셀도르프에서 보조금이 적용됩니다. 여기에 사용되는 측면 보루 작업은 처음 프로그램 교수 C. Beste에 의해 버전과 그의 그룹 47에서 수정되었습니다.

Materials

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
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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).
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