Login processing...

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

Behavior

Funciones combinadas invasiva subcorticales y no invasiva de la superficie neurofisiológica grabaciones para la Evaluación de cognitivo y emocional en seres humanos

doi: 10.3791/53466 Published: May 19, 2016

Abstract

A pesar del éxito en la aplicación de la electroencefalografía no invasiva (EEG), magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética funcional (fMRI) para extraer información crucial sobre el mecanismo del cerebro humano, tales métodos siguen siendo insuficientes para proporcionar información sobre fisiológica procesos que reflejan las funciones cognitivas y emocionales a nivel subcortical. En este sentido, los enfoques clínicos invasivos modernos en los seres humanos, como la estimulación cerebral profunda (DBS), ofrecen una enorme posibilidad de registrar la actividad cerebral subcortical, los potenciales de campo a saber locales (LFPS) que representan la actividad coherente de los conjuntos neuronales de los ganglios basales localizada o regiones del tálamo . A pesar de que los enfoques invasivos en seres humanos sólo se aplican después de la indicación médica y datos así registrados corresponden a los circuitos cerebrales alteradas, información valiosa puede ser adquirida en cuanto a la presencia de las funciones cerebrales intactas en relación con oscilatoria del cerebroactividad y la fisiopatología de los trastornos en respuesta a paradigmas cognitivos experimentales. En este sentido, un número creciente de estudios de DBS en pacientes con enfermedad de Parkinson (EP) Objetivo no sólo las funciones motoras, sino también a los procesos de alto nivel como las emociones, la toma de decisiones, la atención, la memoria y la percepción sensorial. Los ensayos clínicos recientes también hacen hincapié en el papel de DBS como un tratamiento alternativo en los trastornos neuropsiquiátricos que van desde el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) para los trastornos crónicos de la conciencia (DOC). En consecuencia, nos centramos en el uso de (EEG) combinados invasivos (LFP) y no invasivos humanos cerebrales para evaluar el papel de las estructuras corticales-subcorticales en el procesamiento de cilindro-paradigmas experimentales cognitivas y emocionales (por ejemplo. Estímulos del habla con connotación emocional o paradigmas de control cognitivo como la tarea de flancos), en pacientes sometidos a tratamiento DBS.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Grabaciones neurofisiológicos invasivos en seres humanos se remontan a los estudios seminales de orientación grabaciones electrocorticográfica de áreas corticales y del cerebelo durante la cirugía de la epilepsia y la investigación del tumor 1. Un hito fundamental en el desarrollo ulterior de este procedimiento de grabación ha sido la introducción de la técnica estereotáctica que proporciona acceso seguro y eficiente de las estructuras profundas del cerebro humano 2. Aparte del tratamiento clínico, métodos invasivos del cerebro en los seres humanos proporcionan una oportunidad única y singular para estudiar la función cerebral en relación con los patrones de actividad registrados moduladas por estímulos externos, concretamente el caso de grabaciones invasoras intra y postoperatorias en pacientes sometidos a estimulación cerebral profunda (DBS procedimientos). La aplicabilidad y utilidad de DBS se ha abordado en diversas enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas de la enfermedad de Parkinson (EP) para el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) o condiciones como chrotrastornos de la conciencia del NIC (DOC).

En particular, DBS se ha aplicado en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson 3,4,5, temblor esencial 6, / generalizada distonía segmentaria primaria 7,8,9, la enfermedad de Huntington 10,11, resistente al tratamiento depresión 12,13, nicotina y la adicción al alcohol 14, enfermedad de Alzheimer 15,16, el síndrome de Tourette 17 y trastorno crónico de la conciencia (DOC) 18,19,20.

Dentro del ámbito de la neuropsiquiatría, DBS es un tratamiento aprobado / marca CE para el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) centradas en la extremidad anterior de la cápsula interna (ALIC) y está en uso la orientación de la cápsula / estriado / caudado ventral ventral ventral (VC / VS), núcleo accumbens (NAC) y el núcleo subtalámico (STN) 21. En cuanto a DBS en el TOC 22, estudios recientes enfatizan el papel de la STN en el mecanismo de verificación compulsivoing mediante la utilización de memoria basada en paradigmas 23,24,25.

Digno de mención, la modulación de la actividad del cerebro bajo la influencia de paradigmas con connotación cognitivo y emocional se ha hecho hincapié en DOC 26,27,28,29. Por lo tanto, DBS se pone de relieve no sólo como un tratamiento prospectivo para DOC crónica, sino también como un procedimiento clínico que se abre la posibilidad de estudiar la modulación de la actividad subcortical mediante el registro de los potenciales de campo locales (LFP) de las regiones intra y post-talámicas centrales operativamente.

En DBS, la implantación de neurocirugía de electrodos se basa en la técnica estereotáctica que tiene en cuenta de forma segura por las limitaciones anatómicas del cerebro, mientras que la estimulación del paciente se adapta a través de pruebas de estimulación de impulso intraoperatorias. LFP grabación de post-operatorio es posible después de la implantación inicial de electrodos de DBS y antes de la internalización del generador de impulsos. En particular, la presente protocolo es centered en grabaciones post-operatorias.

En combinación con LFPs, la grabación simultánea de la actividad cerebral cortical puede lograrse por ejemplo mediante electroencefalografía no invasiva (EEG) o magnetoencefalografía (MEG) 30,31. Estos dos métodos no invasivos son compatibles debido a su excelente resolución temporal. Si bien MEG es menos afectado que EEG por los efectos del cráneo 32, EEG parece ventajosa debido a que es menos afectado por los artefactos causados ​​por los implantes metálicos y movimientos de la cabeza y que puede ser utilizado en el lado de la cama del paciente 33. Por el registro simultáneo de la actividad cerebral cortical-subcortical (LFP y EEG / MEG) en respuesta a los paradigmas emocionales-cognitivas aplicadas, diferentes relaciones entre las oscilaciones cerebrales y el comportamiento podrían establecerse sobre la base de acoplamiento análisis tiempo-frecuencia 34. A su vez, dichos patrones podrían dar lugar a posibles biomarcadores de cognitiva individualizada del paciente y los estados emocionales y Optimization de parámetros de tratamiento teniendo en cuenta los ajustes individualizados.

Los siguientes objetivos del Protocolo invasivos y registro neurofisiológico no invasivo en el ser humano para la evaluación de la función cognitiva y emocional, especialmente a nivel cortical y subcortical (EEG y LFPS).

En primer lugar, los pasos de grabación neurofisiológicos ilustrados en el vídeo, que acompaña a la presente protocolo, corresponden a una grabación con un ejemplo paciente con trastorno del movimiento que realiza la llamada tarea de flancos (Ejemplo 1).

En segundo lugar, los pasos en el protocolo se discuten, centrándose en la metodología de análisis y resultados de las muestras tomadas de un ejemplo DBS crónica publicada en DOC 26 (Ejemplo 2).

Estos dos ejemplos ilustran la aplicabilidad del protocolo propuesto a los pacientes tratados con DBS con diferentes trastornos y varios paradigmas experimentales.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

El procedimiento DBS y grabaciones invasivos fueron aprobados por la Comisión de Ética de la Clínica Universitaria de Düsseldorf, Alemania.

1. Experimental paradigma de diseño y consentimiento del paciente

NOTA: Diseñar un paradigma experimental o seleccionar un paradigma experimental existente para llegar a un aspecto cognitivo / emocional de interés.

  1. Seleccionar a los pacientes que serán sometidos a DBS-tratamiento. Preguntar si el DBS-El paciente cumple los criterios de inclusión del estudio. Si es así, obtener el consentimiento informado firmado por el paciente y / o la comisión ética (si procede) para llevar a cabo una grabación post-operatorio y la aplicación de la respectiva paradigma cognitivo.
    Nota: La grabación post-operatorio tiene lugar al día siguiente después de una cirugía inicial DBS se lleva a cabo para la implantación de electrodos de DBS (junto con su correspondiente externalización de la cabeza por medio de cables especiales) y antes de una segunda cirugía se lleva a cabo rn el la implantación permanente de electrodos de DBS y estimulador.
    1. En la tarea de flancos (Ejemplo 1), obtener el consentimiento informado por escrito de un paciente con trastorno del movimiento (por ejemplo. De la enfermedad de Parkinson o Huntington) con el fin de llevar a cabo una grabación post-operatorio. El objetivo del experimento Flanker es poner a prueba la capacidad del paciente para la adaptación al error comportamiento y para determinar la forma en que dicha adaptación se refleja en la actividad oscilatoria cerebro a nivel cortical y subcortical.
      NOTA: La elección de un paciente es dictado por el mecanismo cognitivo ser abordado y el trastorno del paciente. En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), se seleccionó un paciente DOC mujer que sufría de una lesión en la cabeza a la edad de 38. Debido a la condición del paciente limitando el consentimiento informado, el tratamiento DBS y la participación experimental fue aprobado únicamente por el comité de ética local. El objetivo principal de la grabación DOC postoperatoria fue determinar sila función del cerebro en relación con el procesamiento cognitivo-emocional seguía intacto en un paciente con dicho trastorno grave de la conciencia.
  2. Elegir entre el tipo de estímulo que se presentará (auditiva, visual). Identificar el orden de la presentación del estímulo (bloque o diseño mixto). Seleccione la duración de los estímulos, intervalo entre estímulos (ISI) y el número de ensayos.
    1. Como un ejemplo práctico realizar la tarea de flancos (Ejemplo 1, Figura 1 A), para examinar la capacidad de adaptar el comportamiento en respuesta al compromiso de los errores de respuesta. Esta tarea consiste en estímulos visuales (puntas de flecha flanqueadas dispuestos verticalmente).
    2. Flanquear el estímulo objetivo (punta de flecha en el centro) con dos flechas adyacentes (por encima y por debajo del objetivo) ya sea apuntando en la dirección misma (compatible) o contrario (incompatibles), además, considerar dejar de ensayos (círculo en el centro).
    3. Presentar el objetivo hacia la izquierda o hacia la derecha, y pedir al participante para presionar a resPonse botón con su pulgar izquierdo o derecho. En los ensayos de parada, instruir a los participantes a no responder. flancos presentes 200 ms antes de meta. Visualización del objetivo de 300 mseg y establecer el intervalo de estímulo-respuesta a 2.000 ms (tiempo transcurrido se indica mediante un tono de señal). Presentar un total de cuatro bloques de 120 estímulos cada uno en esta tarea. compatibles presente (60%), incompatibles (20%) y los estímulos para dejar de ensayo (20%) al azar.
      NOTA: Este valor para el estímulo-intervalo se eligió para evitar un gran número de ensayos perdidas cuando se consideran los pacientes con discapacidad motoras. Flancos y de destino se desconectan de forma simultánea. Los pacientes fueron instruidos para responder lo más rápidamente posible.
      NOTA: En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2, Figura 1B), el paradigma experimental consistió en neutro voz de tipo no-direccionamiento y hacer frente a los estímulos familiarizado 26 en un diseño de bloques. La duración del estímulo fue puesta en marcha a 4 seg (con un 4 de 5 segundos entre estímulos intervalo aleatorio). A totAl de 80 ensayos por condición se considera en este paradigma (Figura 1B).
  3. Prever limitaciones y las necesidades físicas del paciente en un entorno de grabación de post-operatorio. Específicamente, determinar si el paciente es capaz de hacer uso de el teclado del ordenador teniendo en cuenta la presencia de movimientos excesivos corea (enfermedad de Huntington) o temblor (enfermedad de Parkinson).
    1. Asegúrese de que el paciente es capaz de ver el monitor (como el anestésico local o el marco de la cabeza durante la cirugía estereotáctica aplicada DBS puede haber causado hinchazón en la cara y alrededor de los ojos) y sentarse cómodamente durante la duración de todo el experimento. No lleve a cabo el experimento, si el paciente no cumple con estas condiciones.

2. Puesta en marcha de postoperatorio subcortical (LFPs) y los registros de superficie (EEG)

  1. Configurar el equipo de EEG (ver Materiales en los archivos complementarios) en la sala de waquí se llevará a cabo el experimento. Conectar el equipo de grabación para el sistema EEG. Iniciar el software de grabación de EEG (véase "Materiales" en los archivos complementarios).
  2. Haga clic en "Archivo" y luego "Nuevo espacio de trabajo" para definir el espacio de trabajo en el software de grabación de EEG especificando: una frecuencia de muestreo de 5 kHz, la mínima de corte (DC) y alta frecuencia de corte (1.000 Hz), canales de EEG de acuerdo con el sistema internacional 10/20 (al menos: fronto-central (Fz), centro-centro (CZ), fronto-polar de referencia (Fpz) y tierra (mastoides) y en función del paradigma además parieto-central (Pz) , occipito-central (Oz), temporal (T3 / T4), fronto-medial (F3 / F4) (/ F8 F7)) (Figura 2D) y la LFP canales, fronto-lateral (mediatecas 0, LFPL1, LFPL2, LFPL3 ( hemisferio izquierdo, la figura 2C); LFPR0, LFPR1, LFPR2 y LFPR3 (hemisferio derecho)). Haga clic en "Monitor" para verificar que los canales especificados se establecen ahora para su grabación.
    NOTA: El preparation de antemano del espacio de trabajo se recomienda con el fin de minimizar el tiempo de experimentación y para supervisar los cambios inesperados en la configuración de la grabación. Se recomienda para asegurar la más alta resolución temporal, configuración de filtros correctos, frecuencia de muestreo adecuada y correcta selección de los canales de interés.
  3. Configurar el equipo de estímulo mediante la conexión del puerto paralelo al sistema EEG. Ejecutar el software de estímulo. Haga clic en "Ejecutar" para comprobar la funcionalidad del paradigma en el monitor de la computadora (estímulos visuales) y / o altavoces (estímulos auditivos, las marcas de sonido). Make seguro marcadores (indicadores) de la computadora de estímulo se leen en el sistema de grabación durante la presentación de los estímulos y la respuesta del sujeto, al comprobar su aparición en el software de grabación de EEG.
    NOTA: Los disparadores de los dispositivos de estímulo deben tener una duración de al menos 200 microsegundos para ser detectado por el sistema de EEG (con la frecuencia de muestreo de 5 kHz). Dado que los factores desencadenantes son marcadores de eventos relaTed-eventos o actividad relacionada evocado que se producen en un período de tiempo especificado su función es crucial para el análisis de datos posteriores. En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), el paradigma experimental (Figura 1B) constaba de estímulos auditivos (familiares una voces desconocidas) por lo que los disparadores se establecieron al principio y al final de cada uno de los estímulos presentados. En el caso de la tarea de flancos (Figura 1A) disparadores se establecieron en el instante en que 1) los flancos y los estímulos diana aparecieron, 2) el paciente respondieron y 3) se escuchó un tono de señal para informar al paciente de que el tiempo de respuesta había transcurrido.
  4. Marcar el vértice de la cabeza del paciente como el punto medio entre el Nasion y inion mediante el uso de un rotulador piel y siguiendo el consejo de un especialista neurólogo experimentado o EEG. Además, marca elegida posiciones de los electrodos EEG utilizando el sistema de 10-20. Coloque los electrodos de superficie EEG en el cuero cabelludo por la limpieza de cada primera ubicación seleccionada con un isopropil gasa con alcohol y después del uso de pasta abrasiva.
    NOTA: Este tipo de acciones se ven limitados por la colocación de vendajes en la cabeza del paciente DBS. Sin embargo, un neurólogo experimentado debe ser capaz de definir un (aproximado) ubicación apropiada para cada electrodo / canal. Para asegurar el correcto contacto mover el pelo fuera del camino (si es aplicable). El uso de electrodos autoadhesivos garantizados con cinta quirúrgica podría ser utilizado debido a la facilidad de colocación.
  5. Conectar los electrodos de DBS externalizados a una extensión percutánea. Conectar la extensión percutánea al conector del cable externo. Conecte cada electrodo proporcionada por el conector del cable externo a la caja de control EEG de acuerdo con el registro del EEG puesta a punto. Conectar los electrodos en el cuero cabelludo EEG a la caja de control EEG enchufando primer motivo y referencia.
  6. Adjuntar EMG electrodos (electrodos de referencia y activos) en los músculos especificados por primera limpieza de la zona con una gasa con alcohol isopropílico. Conectar los electrodos EMG a la caja de control EEG.
    NOTA: Este paso es opcional y lleva a cabo principalmente cuando las tareas motoras se consideran en el paradigma o cuando se requiere para controlar la actividad de los músculos como en el caso de los pacientes con trastorno motor.
  7. Haga clic en "Monitor" para visualizar los datos. Asegúrese de que las señales de EEG y EMG aparecen en el monitor son y libre de impurezas mediante la detección de la presencia de temblores y los componentes de alta frecuencia superpuestas. Compruebe directrices sobre tipos de artefactos y otros factores relacionados con la grabación de señales electroencefalográficas 35 y / o solicitar la asesoría técnica de un neurólogo o un neurólogo experimentado hasta que se familiarice con el tipo de perturbaciones presentes en tales grabaciones fisiológicas.
    NOTA: Este paso es importante para asegurar que las señales de alta calidad para el análisis de datos fuera de línea.

3. La grabación de post-operatorio subcortical (LFPs) y la superficie (EEG) la actividad cerebral

  1. Proporcionar instrucciones para el paciente. Asegúrese de que el papa- es cómodo e instruir a él / ella para detener el experimento en cualquier momento de incomodidad.
  2. Haga clic en "Ejecutar" en el software de estímulo para que el paciente es capaz de ver el paradigma en el monitor y / o escuchar los tonos de referencia y sonidos. Realizar una sesión de entrenamiento con el paciente hasta que él / ella se siente cómoda con la tarea. Iniciar la grabación simultánea de subcortical (LFP) y la actividad cerebral cortical (EEG) mientras el paciente realiza la tarea experimental.
    NOTA: En el caso del ejemplo de caso DBS-DOC (Ejemplo 2) el paradigma consistía en estímulos auditivos en un diseño de bloques como se describe en (Figura 1B). En el caso de la tarea de flancos (Figura 1A), los estímulos visuales que corresponden a tres condiciones (compatible (60%), incompatibles (20%) y dejar al juicio (20%)) se presentaron al azar dentro de cada bloque (diseño mixto), cada bloque se compone de 120 estímulos y el paradigma consistió en un total de cuatro bloques. Después de que la tarea ha sido finalizado,los datos se almacenan en el disco duro del ordenador de grabación para el cribado más tarde fuera de línea y el análisis cuantitativo.

Análisis 4. Datos

NOTA: Los pasos mediante el uso de software de análisis de EEG:

  1. Abra el software de análisis del EEG (véase "Materiales" en los archivos complementarios) y haga clic en "Nuevo" para visualizar los datos registrados mediante la especificación de las rutas de carpetas (en bruto, de historia y de exportación) y el nombre de los datos. Haga clic en "Editar canales" para seleccionar los canales de interés. Cambiar el nombre de los canales si es necesario.
  2. Haga clic en "Canal Preprocesamiento" y luego "Nuevo Referencia" para volver a los contactos de referencia adyacentes DBS y así crear contactos bipolares virtuales para los hemisferios izquierdo y derecho. Repita este proceso para crear un montaje virtual para canales de EEG.
    NOTA: Un montaje de re-referencia bipolar es importante para minimizar los efectos de la conducción de volumen y para mejorar la fiabilidad espacial de las señales registradas. En el caso de la DBS-DOC case ejemplo (Ejemplo 2), se establecieron en marcha los siguientes canales bipolares DBS: LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, LFPR23 y EEG: CZ / Fz, Pz / CZ, Oz / Pz, T3 / CZ y T4 / CZ . Es digno de destacar que, si bien MEG registró señales son libres de referencia, las señales de EEG deben ser referenciados a establecer verdaderas señales de valor no cero arbitrario en un marco común. sistemas de referencia EEG existentes incluyen: CZ o referencia FPZ, promedio entre electrodos en los dos oídos, promedio de referencia (teniendo en cuenta todos los canales), de dos o de referencia de un solo mastoidea y el ruido de referencia. A efectos de análisis de datos, diferentes disposiciones de re-de referencia pueden utilizarse, por ejemplo contactos bipolares son adecuados cuando la orientación de análisis de acoplamiento de tiempo y frecuencia entre las señales de EEG y DBS.
  3. Haga clic en "inspección de los datos en bruto" a los datos de la pantalla en busca de artefactos fisiológicos y equipos relacionados con énfasis en las alteraciones trepidación de motor y equipo. Marcar los segmentos en los que los artefactos están presentes.
    norteNOTA: Cuando el registro de actividad del cuero cabelludo y la actividad subcortical de forma simultánea a través de cables de DBS externalizados, EEG aparece más robusto a los artefactos de ruido que técnicas como el MEG para el que los esfuerzos actuales están siendo dirigidas hacia la mejora de la relación señal-ruido. Debido que los pacientes con trastornos motores sufren de movimientos involuntarios como corea y el temblor de la aparición de artefactos jittering motor en las señales registradas tiene que tenerse en cuenta. Otras alteraciones se deben a ojo parpadea y artefactos relacionados con el equipo. Centrándose en el ejemplo de caso DBS-DOC (Ejemplo 2), la inspección artefacto se realizó mediante examen visual y artefactos fueron marcados manualmente. La única aplicación de un modo de inspección automática de artefactos no se recomienda ya que algunos artefactos pueden no ser reconocidos por un criterio especificado.
  4. Haga clic en "Filtrado de datos" y luego "Filtros IIR" para especificar un filtro de ranura: 50Hz (que trata de artefactos de línea eléctrica) y Butterworth fase cero Filtros por específying baja y los parámetros de corte alta. Haga clic en "Cambiar la frecuencia de muestreo" para reducir la resolución de las señales registradas con una frecuencia especificada y también especificar el tipo de interpolación.
    1. En el ejemplo DBS-DOC; establecido de corte baja: 1,0000 Hz, Constante de tiempo: 0.1592s, la pendiente: 48 dB / octava; Corte alto: 80.0000 Hz, Constante de tiempo: 0.1592 seg y 48 dB / octava y la disminución de la resolución de frecuencia de 512 Hz mediante el uso de la interpolación spline.
      NOTA: De forma opcional, realiza el filtrado por los scripts personalizados basados ​​en conocidas suites de código abierto: Fieltrip (http://www.fieldtriptoolbox.org/), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab/) y SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). En el caso de la primera, scripts de ejemplo se proporcionan en (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). Otras suites también proporcionan documentación detallada para llevar a cabo este paso.
      NOTA: reducción de muestreo en cualquier punto limitará el espacio de la frecuencia que está disponible para el análisis adicional de acuerdo con el teorema de Nyquist. Considerando el caso-ejemplo DBS-DOC, la frecuencia de muestreo seleccionada de 512 Hz es apropiada cuando se considera una banda de frecuencia de hasta 80 Hz.
      NOTA: Como alternativa, realice muestreo descendente por los scripts personalizados basados ​​en conocidas suites de código abierto: Salida de Campo (http://www.fieldtripbox.org), EEGLab (http://sccn.ucsd.edu/eeglab) y SPM8 ( http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/). En el caso de la primera, ejemplos de secuencias de comandos se proporcionan (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/preprocessing). Otras suites también proporcionan la documentación para llevar a cabo este paso.
  5. Exportación de canales bipolares de interés haciendo clic en "Exportar" y luego "datos genéricos". marcadores de datos de exportación (disparadores) haciendo clic en "Exportar" y luego "marcadores". Nombre de los archivos para ser exportados, seleccione un formato "txt".
    NOTA: Para utilizar la caja de herramientas Visita de campo en los próximos pasos que se sugiere para exportar canales de (.txt) Formato de multiplexado y también recomendared para incluir un archivo "vmrk" que incluye información sobre los canales exportados. También se sugiere utilizar un formato (.txt) para los marcadores exportados, mientras que la opción de omitir los marcadores correspondientes a las malas intervalos seleccionados en el paso 4) se ofrece.

NOTA: Los pasos mediante el uso de Salida de Campo:

  1. La puesta en marcha de MATLAB y hacer clic en "camino trazado" para añadir la ruta de la carpeta Salida de Campo en caso de que no se realiza de forma predeterminada.
  2. Poner los datos previamente pre-procesados ​​y los marcadores en una matriz de estructura celular que es compatible con las funciones dentro de Salida de Campo mediante la ejecución ( archivo de guión 1-complementario ) sin perder de especificar: El directorio que contiene los archivos de EEG y la LFP de la etapa 7 , nombres de los canales, frecuencia de muestreo, tiempo de la muestra, ensayos. (Opcional) Realizar rechazo de artefactos del código indicado "descomentar". Este script guarda los datos en un archivo especificado que se usarán en el next pasos.
  3. Calcular la potencia espectral de la LFP para los canales de interés mediante la ejecución ( archivo de guión 2-complementario ) sin perder de especificar: el directorio que contiene el archivo generado por (Guión 1), el método (wavelet o mtmconvol), el ancho de la ventana, el frecuencia de interés (FOI), período de interés (toi) de tiempo, y la corrección de línea de base de frecuencia (opcional). Definir el tipo de análisis estadístico y p-valor deseado.
    Nota: En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), análisis de poder se realizó considerando un tiempo de análisis de frecuencia de ondas de estímulo-bloqueado (wavelet Morlet (ancho = 5)) con forma cónica Hanning, un rango de frecuencia de 4-80 Hz y un período de tiempo comprendido entre -1 4 seg. Debido ondas que tienen una resolución variable en el tiempo y la frecuencia. Al seleccionar una onda, decidimos un compromiso entre la resolución temporal y espectral. En particular, ondas Morlet poseen un peso forma sinusoidalcado por un núcleo de Gauss que permite la captura de componentes oscilatorias locales en una serie de tiempo. Hacer que el parámetro de anchura más pequeña aumenta la resolución temporal a expensas de la resolución de frecuencia y viceversa. El ancho de banda espectral a una frecuencia F determinada es igual a F / anchura x 2 (para F = 40 Hz y anchura = 5, el ancho de banda espectral es 16 Hz), mientras que la duración wavelet es igual a la anchura / F / pi (para F = 40 Hz y anchura = 5 la duración wavelet es 39,8 ms). Se utilizó un clúster basado en (las variables de tiempo y frecuencia) enfoque de la asignación al azar para el análisis estadístico entre las condiciones (p-nivel de 0,05 en una prueba de dos caras) 39. Como un ejemplo de la salida obtenida mediante la realización de este paso por favor, observe la figura 4A y la Figura 4D. Análisis de la respuesta de tiempo-frecuencia se realizó mediante scripts personalizados en base a la Salida de Campo software de código abierto (http://www.fieldtriptoolbox.org/). Los detalles específicos sobre cómo personalizar una secuencia de comandos para llevar a cabo este paso puedese encuentran en http://www.fieldtriptoolbox.org/reference/ft_freqanalysis.
  4. Calcular la coherencia entre subcorticales y corticales mediante la ejecución de señales ( archivo de guión 3-Complementario ), sin olvidar especificar: longitud de los segmentos, porcentaje de superposición, frecuencia de interés. En cuanto al análisis estadístico especificar el tipo de análisis y p-valor deseado.
    Nota: análisis de coherencia mide la relación lineal entre dos series de tiempo con una relación constante de amplitudes 40. En el caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), se utilizaron segmentos de 1 s con 50% de superposición para el cálculo de la coherencia, centrándose en el intervalo de frecuencia entre 1 y 25 Hz. Un enfoque de la asignación al azar basado en grupos (las variables de tiempo y frecuencia) se utilizó para el análisis dentro de la materia de coherencia (p-nivel de 0,05 en una prueba de dos caras) 41. Además, la parte imaginaria de la coherencia se calculó 42.
    los Basic pasos para personalizar una secuencia de comandos para el análisis de la coherencia se describen en (http://www.fieldtriptoolbox.org/tutorial/coherence). Como un ejemplo de la salida obtenida mediante la realización de este paso por favor, observe la figura 4B.
  5. Calcular cruz de acoplamiento amplitud de fase de frecuencia (PAC) mediante la ejecución de la aplicación de software disponible como archivo complementario en referencia 43.
    Nota: En el caso de ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), el análisis transversal de frecuencia PAC se calculó mediante el uso de la totalidad de la grabación para diferentes combinaciones de canales bipolares libre de artefactos. En particular, normalizado directa PAC (ndPAC) 43 se prefiere porque permitió la determinación de acoplamiento significativa en los diferentes niveles estadísticos, mientras que la primera instalación a cero los acoplamientos no significativas (p-nivel: 0,1). Como resultado, los rangos de frecuencia para la fase y amplitud de acoplamiento podrían ser seleccionados sobre la base de su importancia. En el caso de ejemplo DBS-DOC, el rango de frecuencia de fase considerada was 3-22 Hz, mientras que el rango de frecuencia de amplitud se creó a 35-80 Hz. Los canales LFP-EEG seleccionadas para el análisis fueron PAC LFPR23 y EEGFzPz sobre la base del análisis de coherencia se realiza en el paso 5.5. Como un ejemplo de la salida obtenida mediante la realización de este paso por favor, observe la figura 4C.

Figura 1
Figura 1: Ejemplo de paradigmas experimentales (A) (Ejemplo 1) tarea de flancos:. Estímulo objetivo (punta de flecha en el centro) está flanqueada por dos flechas adyacentes (por encima y por debajo del objetivo) ya sea apuntando en la misma (compatible) o contrario (incompatibles) dirección, también se consideraron los ensayos de parada (círculo en el centro). Cuando objetivo es apuntado hacia la izquierda o hacia la derecha, un participante tiene que pulsar un botón de respuesta con su pulgar izquierdo o derecho, respectivamente, en los ensayos de parada participantes reciben instrucciones de no responder. la Floridatarea nker utilizado aquí se modificó a partir de la versión inicialmente programado por el Prof. C. Beste y su grupo (por favor ver agradecimientos). (B) (Ejemplo 2) paradigma cognitivo-emotivo discurso utilizado en el caso-ejemplo DBS-DOC. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Para el caso del DBS-DOC (Ejemplo 2), que ahora proporcionan datos sobre la localización de destino para la implantación de DBS, diagramas esquemáticos de electrodos EEG LFP y establecieron, grabaciones de ejemplo de la actividad del EEG y la LFP (datos en bruto) y los resultados del análisis representativos:

La figura 2A muestra la trayectoria planeada (línea de color negro) proyectada sobre un atlas anatómicos 36, sección 30, coronaria, 10,7 mm detrás de la comisura anterior (CA) (línea roja: avión AC-PC). (: 10 mm tamaño de la cuadrícula Atlas) con IML = interna tálamos lámina medular y Rt = núcleo talámico reticular círculos rojos marcan las áreas de la más inferior de 15 mm dirigidos. VA = ventroanterior núcleo talámico, AV = núcleo talámico anteroventral, AM = núcleo talámico anteromedial, Fa = núcleo fasciculosus, Itha = adherencia intertalámica.

La Figura 2B muestra la final electrode en el tálamo centro visualizado en un atlas 3D 37. Dos planos ortogonales de la sección a lo largo del eje del electrodo en el hemisferio derecho tras el registro de los atlas 3D con la tomografía computarizada por medio del atlas 38. Los cuatro contactos de los electrodos (círculos azules) se localizaron en el tálamo derecho (R-Thal). GPI = globo pálido interno, STN = núcleo subtalámico, ZI = zona incerta, RPT = núcleo reticular perithalamic, RN = núcleo rojo.

La figura 2C muestra un dibujo esquemático del electrodo DBS. contactos de los electrodos fueron re-referenciados fuera de línea, lo que resulta en tres canales LFP bipolares para cada hemisferio (LFPL01, LFPL12, LFPL23, LFPR01, LFPR12, y LFPR23). EEG montaje de electrodos (10-20 sistema) con electrodos utilizados durante la grabación en el caso-ejemplo DOC (Fz, Cz, Pz, Oz, T4, T3 y Fpz) (Figura 2D)

Figura 2: Localización de destino, LFP de electrodos EEG y Set-up (del Ejemplo 2) (A) trayectoria prevista (línea de color negro) proyectada sobre un atlas anatómicos 36, sección 30, coronaria, 10,7 mm por detrás de CA (línea roja:. AC- avión PC). (: 10 mm tamaño de la cuadrícula Atlas) con IML = interna tálamos lámina medular y Rt = núcleo talámico reticular círculos rojos marcan las áreas de la más inferior de 15 mm dirigidos. VA = ventroanterior núcleo talámico, AV = núcleo talámico anteroventral, AM = núcleo talámico anteromedial, Fa = núcleo fasciculosus, Itha = adherencia intertalámica. (B) del electrodo final en el tálamo visualizado en el centro de un atlas 3D 37. Dos planos ortogonales de la sección a lo largo del eje del electrodo en el hemisferio derecho tras el registro de los atlas 3D con la tomografía computarizada por medio de un atlas 38. Los cuatro contactos de electrodo (círculos azules) fueron located en el tálamo derecho (R-Thal). GPI = globo pálido interno, STN = núcleo subtalámico, ZI = zona incerta, RPT = núcleo reticular perithalamic, RN = núcleo rojo. (C) Esquema de dibujo del electrodo DBS. contactos de los electrodos fueron re-referenciados fuera de línea, lo que resulta en tres canales LFP bipolares para cada hemisferio. montaje (D) de electrodos EEG (10 - 20 Sistema) con electrodos utilizados en el caso-ejemplo DOC resaltada en gris. (Figuras A y B se modificaron con el permiso de 26, Figura C se modificó con el permiso de Medtronic). Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

La Figura 3A muestra los registros de EEG a modo de ejemplo correspondientes a los canales bipolares: T4Cz, T3Cz, PzCz, OzPz y FzPz en el caso de la condición de no abordar neutral (izquierda) y la conditi abordar familiarizadoa la derecha).

La Figura 3B muestra grabaciones LFP ejemplares correspondientes a los canales bipolares: LFPL23 y LFPR23 en el caso de la condición de no tratar (izquierda) y la condición de abordar familiarizado (derecha).

figura 3
Figura 3:. Grabaciones ejemplares (del Ejemplo 2) (a) La figura muestra EEG recordings.The figura ilustra EEG rastros correspondientes a los canales bipolares (véase 4.2 para más detalles sobre el canal cambio de la referencia). (B) La figura muestra LFP recordings.The figura ilustra LFP traza correspondiente a los canales bipolares en el caso de los hemisferios izquierdo y derecho (véase 4.2 para más detalles sobre el canal cambio de la referencia). Haga clic aquí para ver una versión más grande deesta figura.

Análisis de la modulación de estímulo-bloqueada de la actividad oscilatoria en el centro de tálamo reveló un aumento del lado derecho significativa (p = 0,044) de potencia beta (12-25 Hz) dentro de la primera segundo (0,45 a 0,55 seg) al contrastar abordar neutral vs. familiarizado condiciones -addressing (Figura 4A).

análisis de coherencia entre canales PzCz (EEG) y LFPR23 (hemisferio derecho) reveló una diferencia significativa entre las condiciones en la banda theta. Además, la parte imaginaria de la coherencia mostró desviación de cero que indica un retardo de fase entre LFP y EEG (Figura 4B). El análisis reveló local significativa (p = 0,01) theta gamma-PAC (máx. 5 en Hz a 75) por el derecho canal local LFP (LFPR23-LFPR23) en la condición de direccionamiento familiarizado (Figura 4C).

(Figura 4D, arriba). También es notable que Gamma alrededor de 40 Hz (verde círculo / elipse) es seguida por una gamma más amplia y más alto hasta 80 Hz (Figura 4D, arriba). Un aumento significativo theta en la condición de direccionamiento familiar en 4-6,5 Hz y período de tiempo 2,6-2,8 seg (círculo rojo), (p = 0,048) en LFPL23, así como una mayor tendencia en LFPR23 fueron revelados (Figura 4D, Inferior) .

Figura 4 A y B
Figura 4: Análisis de potencia en tiempo-frecuencia y EEG-LFP Coherencia (del Ejemplo 2) (A) de energía oscilatoria local contraste neutro frente a condición de direccionamiento familiar para el primer segundo;. código de color representa t-valores. Arriba: l LFPL23 canal de EFT; Conclusión: el canal LFPR23 derecha. Aumento significativo de la beta (p = 0,044) a 12-25 Hz, 0,45-0,55 seg (círculo rojo). (Modificado con permiso de 26). (B) la condición de direccionamiento Familiar (línea roja) y la condición de no hacer frente a neutral (línea azul). La coherencia se calculó en segmentos independientes 1 seg desde épocas con una duración de 0-4 segundos y un promedio en todos los segmentos. Superior (izquierda): Coherencia con hemisferio canal LFPL23 izquierda, arriba (a la derecha): Coherencia con el canal LFPR23 hemisferio derecho. diferencias significativas entre las condiciones (p = 0,044) se indica por el círculo / estrellas rojas de la coherencia con el canal PzCz, 5-6 Hz. Abajo: Parte imaginaria de coherencia entre LFPR23 hemisferio derecho y el canal de CZ (círculo verde) muestra la desviación de cero significa un retraso de fase entre la LFP y EEG (por lo tanto no afecta debido a la conducción volumen). (Modificado con permiso de 26)"_blank"> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4C
Figura 4C: Fase de amplitud de acoplamiento (PAC) (del Ejemplo 2) PAC para frecuencias de fase 3-22 Hz y amplitud de frecuencias 35 a 80 Hz.. Colors codifican-amplitud de fase directa de acoplamiento transversal frecuencia normalizada (ndPAC). espuria acoplamiento se establece en 0 (p = 0,01). Condiciones: Izquierda: neutra, a la derecha: familiarizados-direccionamiento. Arriba: PAC de la derecha canal local LFP LFPR23-LFPR23 mostrando PAC en buenas condiciones de hacer frente a familiarizarse con máx. en 5-75 Hz (círculo rojo). En pocas palabras: el PAC de la derecha combinación LFP-EEG con LFPR23-EEGPzCz. (Modificado con permiso de 26) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4D
Figura 4D:. LFP tiempo-frecuencia de análisis (del Ejemplo 2) Tiempo de parcelas frecuencia de los cambios de poder local en LFP23. TOP: diferencia de potencia desde la línea base en la condición de direccionamiento familiarizado durante el período del ensayo (0-4 seg). Izquierda: banda ancha de frecuencias 5-80 Hz, a la derecha: la banda gamma; la fila superior: el hemisferio izquierdo (LFPL23), la fila inferior: hemisferio derecho (LFPR23). INFERIOR: contraste estadístico entre las condiciones que ilustran aumento theta significativo en la condición de direccionamiento familiar en 4-6,5 Hz y período de tiempo 2,6-2,8 seg (círculo rojo), p = 0,048 en LFPL23 y aumento (tendencia) en LFPR23. mapa de color codifica t-valores; arriba: hemisferio izquierdo (LFPL23), abajo: hemisferio derecho (LFPR23). (Modificado con permiso de 26) Por favor, haga clic hERE para ver una versión más grande de esta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

En contraste con las técnicas de grabación cerebral no invasivas como el cuero cabelludo-EEG y MEG, el marco propuesto grabación combinada invasiva y no invasiva neurofisiológica proporciona una excelente oportunidad para extraer información de las áreas corticales y subcorticales en relación con tareas cognitivas-emocional. Dicha información se refleja en la actividad oscilatoria en el cerebro y múltiples bandas de frecuencia diferentes niveles de organización en relación con el funcionamiento del cerebro 44. patrones oscilatorios del cerebro que son relevantes en nuestro marco de grabación incluyen: la actividad oscilatoria subcortical (LFPs), los cambios en la coherencia córtico-subcortical que indican cambios en la correlación lineal entre las actividades en cortical y regiones subcorticales en las bandas de frecuencias específicas, de acoplamiento de fase de amplitud subcortical (PAC) y el acoplamiento de fase a fase (PPC). En particular, la relevancia de PAC y PPC se enfatiza como la relación y la interacción entre las oscilaciones en diferentes bandas de frecuenciase ha demostrado ser útil en la comprensión de la función cerebral. En el caso de PAC, la fase de una oscilación de baja frecuencia está relacionada con la potencia de una oscilación de alta frecuencia que resulta en la sincronización de la envolvente de amplitud de los ritmos más rápidos con la fase de los ritmos más lentos. PPC representa una fase independiente de la amplitud de bloqueo entre n ciclos de oscilación de alta frecuencia y m ciclos de una frecuencia baja de un 45. Centrándose en el ejemplo de caso DBS-DOC (Ejemplo 2), el análisis de cortical / subcortical registran los datos para la condición del habla y el direccionamiento familiarizado revelado modulación de la actividad oscilatoria en la banda beta y theta en el tálamo centro junto con una mayor coherencia talamocortical en el theta banda. Además, una fase theta - acoplamiento amplitud gamma era evidente en el tálamo localmente. Estos hallazgos no sólo apoyan la participación del tálamo en el procesamiento emocional y cognitivo, pero también hacen hincapié en las funciones del that son intacta en pacientes crónicos DOC y que podría ser útil en la evaluación de los estados de conciencia en estos pacientes 26.

Metodológicamente, como se ejemplifica en nuestros dos ejemplos, las medidas más pertinentes para el registro y análisis de la actividad cerebral cortical-subcortical en relación con el procesamiento emocional-cognitiva incluyen:

1) Diseño de un paradigma experimental, tomando en consideración las necesidades y limitaciones de los pacientes en un entorno post-operatorio, asegurando que él / ella será capaz de llevar a cabo la tarea especificada en el estudio sin comprometer su / su integridad al tiempo que maximiza la posibilidad de éxito en la realización del experimento.

2) La obtención del consentimiento informado firmado por el paciente, los familiares del paciente o de la comisión ética para llevar a cabo la grabación de post-operatorio. En el caso de ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2) se aprobó únicamente obtiene a partir de la comisión ética debido a la pacientes estado de inconsciencia (coma). En el caso de los pacientes con trastornos motores consentimiento se obtuvo directamente de la paciente.

3) Definición de un adecuado montaje experimental para el registro simultáneo de los LPF subcorticales y la actividad cortical M (EEG). En el caso de EEG, destacamos: la elección adecuada y la puesta en marcha de un montaje de canal de EEG y la colocación de electrodos en el cuero cabelludo del paciente. En particular, la colocación de electrodos podría ser un reto debido a la presencia de vendajes en la cabeza del paciente después de la cirugía de DBS, por lo que el asesoramiento de un profesional o un neurólogo EEG es muy recomendable para la colocación apropiada; Se recomienda no llevar a cabo ninguna verificación de control de la impedancia con el fin de evitar que cualquier corriente que ser enviado directamente en el cerebro del paciente (uso "off-label" de EEG-amplificador). Tenga en cuenta que el modo de la comprobación de la impedancia en muchos sistemas de EEG utiliza una pequeña corriente que pasa a través de todos los electrodos conectados por lo que la tensión y la resultante impedances se estiman por la ley de Ohm; La selección de una frecuencia de muestreo de grabación adecuado y la banda de frecuencia está determinada principalmente por factores tales como las capacidades de los equipos de EEG, la pregunta de investigación en estudio y la regla de muestreo de Nyquist, que establece que la frecuencia de muestreo necesario para eliminar las frecuencias de alias en una señal de ancho de banda limitado ( a un valor igual a la mitad la tasa de Nyquist) es dos veces la frecuencia más alta componente presente en la señal.

4) Selección de las herramientas de software adecuadas: Todos los cálculos en el análisis cuantitativo de los datos DBS-DOC (Ejemplo 2) se realizó mediante el software de análisis comercial, suites de código abierto 46 y las secuencias de comandos independientes personalizado (ver archivos suplementarios). Una ventaja de las herramientas de software de código abierto es la posibilidad de personalizar las propias tuberías de análisis mediante la modificación y la combinación de secuencias de comandos existentes (bajo la licencia de reconocimiento común). Sin embargo, con el fin de hacer comprender de manera más profunda de la maSe requiere base temática de procesamiento de señales y de programación. Además, los datos procesados ​​por dicha tubería personalizado necesitan cumplir con el formato requerido por la suite específica. En el caso de herramientas de software comerciales, procesamiento de datos se facilita por las interfaces gráficas que hacen que cada paso de procesamiento lo más intuitivo posible, sin embargo los usuarios están limitados en su capacidad de modificar los algoritmos incluidos en el software. Como se ejemplifica en el presente Protocolo, una combinación de herramientas de software de código abierto y comerciales es fructífera, siempre y cuando los datos se pueden exportar (importado) de manera compatible de un sistema a otro.

5) Las limitaciones y modificaciones: El marco propuesto invasiva / no invasiva de grabación tiene limitaciones tanto en su uso y las grabaciones previstas. Como técnica clínica, sólo se refiere a los pacientes que se someten a tratamiento DBS para una condición médica específica y objetivo cerebro, en consecuencia, las áreas cerebrales consideradas para pernoY se verá limitado por el plan operativo. La resolución espacial de las grabaciones proporcionadas por esta técnica está al nivel de los potenciales LFP, estudios de traducción por lo tanto médicas que requieren el análisis de la actividad cerebral a nivel de escala múltiple tendrán que ser complementados por estudios con animales que implican grabaciones a nivel de células individuales. Con respecto al caso-ejemplo DBS-DOC (Ejemplo 2), una limitación se refiere también a la generalización de los resultados obtenidos, ya que se ocupa de un estudio de caso único.

Las posibles modificaciones y solución de problemas de la tarea de flancos (Ejemplo 1) se cuenta la ampliación de la respuesta de estímulo-intervalo (> 2.000 ms) en relación con la incapacidad de los pacientes para reaccionar dentro de un intervalo de tiempo especificado. Esto es particularmente importante en el caso de pacientes con enfermedad de Huntington, que se caracterizan por movimientos involuntarios espasmódicos junto con el deterioro cognitivo y emocional. Además, la tarea (originalmente formado por cuatro bloques de 120 estímulos each) puede acortarse debido a la incapacidad de un paciente para continuar debido a la fatiga. A este respecto, el estado físico y la edad serían factores determinantes para la selección de paciente.

Se concluye que el registro de las aproximaciones propuesta invasiva / no invasiva del cerebro no sólo representa una poderosa herramienta para la extracción de patrones oscilatorios cerebro a nivel córtico-subcortical en relación con los paradigmas cognitivos y emocionales, sino que también hace hincapié en la importancia de la fase de tiempo y frecuencia análisis para la extracción de patrones de sincronización del cerebro en diferentes resoluciones espaciales y temporales. futura aplicación de esta técnica incluye el estudio de los correlatos neurales corticosubcorticales de procesamiento cognitivo y sensorial por dirigidas no sólo a los pacientes que sufren de trastornos motores, sino también trastornos psiquiátricos tales como DOC, TOC, depresión y demencia.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado por NEURON ERA-NET / BMBF Alemania (Tymon). las tasas de publicación están cubiertos por una subvención del Hospital Universitario de Düsseldorf. La tarea de flancos utilizado aquí se modificó a partir de la versión inicialmente programado por el Prof. C. Beste y su grupo 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).
Funciones combinadas invasiva subcorticales y no invasiva de la superficie neurofisiológica grabaciones para la Evaluación de cognitivo y emocional en seres humanos
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).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