De aktiviteter som visas i videon och beskrivs häri faller inom en större än minimal risk IRB vid University of Rochester Medical Center. 1. rekrytering Etablera en hög genom-put program för preoperativ kognitiv och MRI-baserad bedömning att fånga patienter från alla remitterande leverantörer i tid och effektivt sätt. Involvera den administrativa och kliniska Personalen i den bredare insatsen.Anmärkning: ett konkret steg som har visat sig vara effektiva var inrättandet av en grupp e-postlista som automatiskt skickas av den behandlande kirurgen (eller någon på deras stödpersonal) när en ny patient presenterar för kliniken som kan vara en kandidat för rekrytering till hjärnan Kartläggnings program. 2. preoperativ MRT-mappning Förvärva MRI-data på en 3T MRI-skanner med en 64-kanals Head Coil i centrum för avancerad hjärnavbildning och neurofysiologi (formellt kallat Rochester Center for Brain Imaging) vid University of Rochester Medical School. Använd standardsekvenser för fet MRI och DTI möjliggör full hjärnavbildning, som beskrivs i tidigare publikationer7,8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25. Övervaka fixering och registrera andning och hjärtfrekvens som samlats in under alla fMRI för regression av buller blandar ihop26,27.Obs: under de senaste 10 åren har vi utvecklat ett bibliotek av funktionella MRI experiment för att kartlägga språk (talat, auditiv, enstaka ord, hela meningar), motorisk funktion (från intransitiva finger, tunga och fotrörelser till hög nivå transitiva åtgärder), musik förmåga, matematik och tal kunskap samt grundläggande sensorisk funktion (t. ex. retinotopisk mappning till karta över visuell bearbetning på låg nivå11,14,24). Alla experiment, material och analys skript finns på www.openbrainproject.org. 3. neuropsykologiska tester Var försiktig under alla kognitiva tester för att säkerställa att patienterna är bekväma, säkerställas med hjälp av en ergonomiskt optimerad inställning (figur 1) och genom att bygga frekventa raster (var 8 min) i strukturen av alla tester. Har alla låggradig tumör patienter slutföra följande tester 1 månad före operationen, 1 månad efter operationen, och 6 månader efter operationen (tester 12 och 13 är klar endast på pre-operativ och 6 månader postoperativa tidpunkter)28,29 ,30,31,32. Spontan tal (cookie stöld bild33, Cinderella Story34,35,36). Kategori flyt (åtgärder, semantiska kategorier, ord som börjar på F, A, S). Ord läsning och repetition (substantiv, verb, adjektiv, icke-ord, matchade på längd och frekvens). Namngivning av Snodgrass-objekt (n = 26037). Auditiv namngivning (n = 6038). Hög-cloze meningen avslutad (30 min). Birmingham Object erkännande batteri (BORB, inklusive längd | Storlek | Orientering | Gap matchning | Överlappande siffror | Förförkortade visningar | Objekt Reality beslut39). Auditiv minimal par diskriminering (t. ex . pa vs. da, ga vs. ta31,40). Meningen bild matchning (inklusive reversibla passiv40). Färg namngivning och Farnsworth Munsell Hue sortering41. Cambridge Face test30,42. California verbal inlärning test (43) Weshler IQ (44,45,46). De viktigaste åtgärderna för att utvärdera språk resultat är tester 4-6; karakterisera bredare förmågor säkerställer försämringar på namngivning tester beror inte på allmän prestandanedgång47.Obs: förr i tiden har vi använt en kombination av programvara presentationsplattformar för att styra stimulans presentation och svar inspelning under pre-och postoperativ testning. Vi designar för närvarande en enda plug-and-Play-plattform för att stödja alla kognitiva tester (pre, intra-och postoperativ testning) samt stimulans presentation och respons inspelning under funktionell MRI (se nedan för beskrivning av StrongViewTM ). StrongView, tillsammans med inbyggda neuropsykologiska tester, kommer att finnas tillgänglig för nedladdning (Open License) på www.openbrainproject.org. 4. neuroanestesi och ergonomi för intraoperativ språk mappning Använda bedövningsmedel tekniker för vaken kraniotomier48,49,50; vid University of Rochester, är vaken kraniotomier typiskt utförs med hjälp av en sovande-vaken-sovande förhållningssätt. Undvik premedicinering såsom antiepileptika och ångestdämpande eftersom de kan försämra kognitiv funktion och bidra till uppkomsten delirium. Applicera standard monitorer (EKG, NIBP, pulsoximetri) och inducera generell anestesi med intravenös fentanyl (0,5 mg/kg), lidokain (1-1,5 mg/kg) och propofol (1-2 mg/kg). Använd en supraglottisk luftvägarna för mekanisk ventilation. Placera patienten i sidled eller semi-lateralt med huvudet säkrade i en fäst ram; som beskrivs i videon, patientens positionering beror på placeringen av lesionen och den planerade kraniotomi fönstret, samtidigt också med hänsyn till att typer av kognitiva tester patienten kommer att bli ombedd att utföra en gång vaken under operationen. Applicera analgesi på stiftet och snittstället (30 mL 0,5% lidokain, 30 mL 0,5% Sensorcaine Plain, 6 mL natriumbikarbonat). Under denna period, placera testutrustning (liten bildskärm, videokameror, riktnings mikrofoner). Bestäm storleken på kraniotomi fönster av flera faktorer, som varierar i deras viktning enligt resultaten av preoperativ klinisk kartläggning av patientens hjärna, funktionella hjärnan kartläggning studier, och planen för Intra-operativ kartläggning. I det fall som beskrivs i videon, den behandlande kirurgen (Dr Pilcher) valde en stor kraniotomi för att få full tillgång till karta positiva språk och motor platser i den dominerande halvklotet. I början av vaken-fas, avbryta sedering (lokala analgetika appliceras före snitt). Ta bort supraglottisk luftvägarna när patienten återfår medvetandet. Det finns ingen eller minimal sedering under den vakna fasen. Använd elektrokortikografi (ECoG) för att övervaka efter utsläpp (subkliniska epileptiforma utsläpp induceras av kortikal stimulering) för att säkerställa att DES-nivåerna är inställda på strax under tröskelvärdet för efter utsläpp. Processen för DES-mappning initieras genom att hitta tröskeln för efter urladdning och justera stimulationsamplitud (i steg om. 5 milliamp). Justera stimulering amplitud under hela kartsessionen (2 till 15 mA) efter bedömning av den behandlande kirurgen. Patienter se stimuli på en bildskärm och kan tala och flytta sina underarmar och händer. 5. förfaranden för att förvärva forsknings-grade data under intraoperativ direkt elektrisk stimulering kartläggning Kör alla Intraoperativa kognitiva tester på en specialbyggd hårdvara/mjukvara system som kallas “StrongView”, finns på www.openbrainproject.org. Hårdvaran fotavtryck är fristående på en liten vagn, och är utrustad med en oberoende backup batteriström källa, högtalare, tangentbord och pekskärm. Den person som debiteras med att köra kognitiv testning kan starta, stoppa och pausa stimulus presentation, medan kontinuerligt inspelning (ljud och video) under målet. Använd ett ljudsystem på vagnen så att en riktad mikrofon som är utbildad på patientens mun, som matar genom en splitter. En kanal som kommer ut från splitter går igenom en förstärkare och direkt till en högtalare. Detta gör det möjligt för kirurger och forskare att enkelt höra patientens svar mot bakgrundsljudet i operationssalen med nollmärkbar fördröjning (dvs. eliminera “echo”-effekter). Den andra kanalen från splitter går till datorn på den mobila vagnen, där det är tidsstämplat, registreras och lagras (dessa filer används för offline-analys). StrongView har också en separat (fristående) ljudsystem som består av en andra riktad mikrofon också utbildad på patienten, en riktad mikrofon utbildad på kirurgerna, och en “brus” mikrofon i ett hörn av operationssalen för att prova rummet tonen för subtraktion från de viktigaste ljudfilerna. Dessa tre ljudkanaler matas till en MIDI, och till en andra dator som registrerar varje kanal separat. Detta andra ljudsystem ger redundans om det primära systemet misslyckas, alla muntliga svar av patienten kommer att vara tillgängliga för offline-analys. Anslut ett kommersiellt tillgängligt eterskärm L-fäste till operationsrummet (eller) tabellen med hjälp av en eller tabell klämma. Fäst artikulära armar (t. ex. Manfrotto 244 variabel friktion magiska armar) till etern skärmen L-fäste, och de artikulera armarna stödja patient Monitor, riktade mikrofoner, videokamera utbildad på patientens ansikte, och en extra Monitor för att Låt en forskargrupp medlem eller operationssalen sjuksköterska att enkelt se vad patienten ser när de interagerar med patienten. Kör alla nödvändiga kablar för skärmar, mikrofoner och kamera längs armen och skydda genom plastslangar säkrade med kardborreband.Anmärkning: ingen av denna utrustning behöver steriliseras som den är (endast någonsin) på den icke-sterila sidan av fältet (figur 1). Detta sätt att stödja stimulans presentation och svar inspelningsutrustning ger maximal flexibilitet att ta hänsyn till den olika ergonomin i kognitiva tester enligt patientens positionering som varierar från fall till fall, men ger en tillförlitlig och en stabil plattform för att fästa utrustning. Också, och viktigare, eftersom alla bildskärmar, mikrofoner och kameror är knutna till eller bord via en enhet (eter skärm L-fäste), om placeringen av tabellen justeras under det fall detta inte påverkar test setup. (Observera att installationen som visas i figur 1 är från en tidigare generations installation där ett golvmonterat stativ har stöd för patientens skärm, mikrofon och videokamera; det golvmonterade stativet har ersatts sedan 2018 med Eterskärmen L-fäste). Också, och viktigt för patientsäkerhet, hela installationen för kognitiva tester kan brytas ned på mindre än 20 sekunder under målet bör en framväxande situation presentera sig som mandat full och obehindrad tillgång till patienten (t. ex. till patientens luftvägarna). Hjärtat i StrongView är ett flexibelt mjukvarusystem för i) presentera stimuli (visuell, auditiv) till patienter och registrera patientens svar (verbal, knapp svar, video), II) temporally registrera alla experimentellt relevanta händelser och åtgärder (stimulans på, ECoG, kontakt med hjärnan av direkt elektrisk stimulator sond, patientens svar); III) och kommunikation med kraniala navigationssystem för att få 3 dimensionell koordinat för varje tillämpning av direkt elektrisk stimulering. StrongView möjliggör on-line omkalibrering av experimentella variabler såsom stimulus duration, Inter-stimulus-intervaller, randomisering, antal repetitioner eller block av stimuli, och kontroll av patientens video-och ljudkanaler. StrongView strömmar patientens videokamera, online ECoG data, och den stimulans som patienten för närvarande ser/höra till en stationär display, som också speglas på en stor bildskärm som är i siktlinjen av kirurgen. Anslut en fotodiod till patient monitorn och mata in i en öppen kanal på ECoG-förstärkaren. Detta ger en tidsmässig synkronisering mellan presentationen av varje stimulus och ECoG för offlineanalys. Använd kraniala Navigation hårdvara och mjukvara (vid University of Rochester, Brainlab Inc., München, Tyskland) i samtliga fall av det kirurgiska teamet för intra-operativa kraniell navigering baserad på preoperativ MRT. Detta är ett optiskt system som består av en uppsättning kameror som visar användningsområdet och registrerar patientens huvud via en fast registrerings stjärna som fästs på operationsbordet (se figur 1). Specifikt, efter att patienten är inställd i huvud hållaren, men innan draperier, använda ansiktet fysionomi av patienten att registrera patientens huvud till preoperativ MRT. Detta gör att preoperativ MRT (funktionell och strukturell) kan bringas i direkt linje med patientens hjärna på operationsbordet. Bifoga en andra (mycket mindre) registrering stjärna till bipolär stimulator (se figur 1) och använda för att registrera stimulator längd och position i fältet. Detta gör det möjligt för forskargruppen att förvärva den exakta placeringen av varje punkt av stimulering samt marginalerna i resektion, i förhållande till preoperativ MRT. Som nämnts ovan, strongview är ansluten med kraniala navigationssystem (vid University of Rochester, Brainlab, anslutning via IGT länk) för att möjliggöra realtid streaming (och tid stämpling) av koordinaterna för direkt elektrisk stimulering kartläggning. StrongView håller för närvarande på att utvecklas för att samverka med andra kraniala navigationssystem (t. ex. stryker).Obs: aspekter av StrongView som stöder administration och datainsamling under kognitiva och fMRI experiment, tillsammans med ett bibliotek av tester, kommer att finnas tillgänglig (Open Access) på OpenBrainProject.org. Beta versioner är tillgängliga före den fullständiga utgåvan genom att kontakta motsvarande författare. Hela StrongView sviten, som omfattar hårdvara system för att integrera med Elektrokortikography och kranial navigationsprogramvara, är tillgänglig för kliniker och vetenskapsmän genom att kontakta motsvarande författare. Dessa datainsamlingsverktyg kommer att konfluenta med en efter bearbetning pipeline och Open data Consortium, som skall lanseras i 2020 på OpenBrainProject.org.