Derin beyin stimülasyonu Cerrahi Uygulanan Uyanık İnsanlar İntraoperatif Davranış Görevler

Derin beyin stimülasyonu cerrahisi, davranışsal görevler gerçekleştiren bir insan denekten mikro elektrot kayıtları alınarak uyanık insan beynindeki bilgi ve kodlamayı inceleme fırsatı sunar. Bu örnekte, denekler önce risk ve ödül içeren basit bir bilgisayar kart oyunu oynamak üzere eğitilir. Ardından denek derin beyin stimülasyonu cerrahisine hazırlanır ve mikro elektrotlar beynin hedef bölgesine yerleştirilir.

Bu vakada, denek kart oyununu tekrarlarken STN nöronal sinyalleri kaydedilir. Toplanan veriler, STN'deki nöronal kodlama üzerinde risk ve ödülün rolünü göstermektedir.

Deneyin amaçları, cerrahi müdahale için hedeflenen çekirdeğe bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Başlangıçta DVS, esas olarak esansiyel tremor, Parkinson ve distoni gibi motor bozukluklar için kullanılıyordu. Daha yakın zamanda ise depresyon ve obsesif kompulsif bozukluk tedavilerinin araştırılması için kullanılmaktadır.

Bu görev, hem motor hem de ödüle bağlı bir bileşene sahiptir; biz bu kayıtları, beynin motor ve limbik sistemlerinin ara yüzünde yer alan subtalamik çekirdekte gerçekleştirdik. Bu hasta 62 yaşında bir hanımefendidir. Kendisi çok naziktir.

Yaklaşık 10 yıldır Parkinson hastalığı var. Parkinson'un klasik özelliklerine sahip; yani tremor, sertlik ve hareketlerde yavaşlama mevcut. Başlangıçta ilaçlara iyi yanıt verdi, bu da hastalığın gerçek bir Parkinson hastalığı olduğunu bize gösterdiği için iyi bir işaret.

Ancak pek çok vakada olduğu gibi, zamanla ilaçlar daha az etkili hale gelir. Temelde hastalar hassaslaşır; öyle ki ilaçlarını almadığında, Parkinson hastalığının gerçekten şiddetli semptomlarını gösterir. Titremeleri olur, rijidite yaşar ve hareketleri yavaşlar.

Ardından, ilaçlarını aldığında, aşırı hareket ettiği ve artık mutlu bir orta yolun kalmadığı diskinezi adı verilen farklı bir hareket bozukluğu geliştiriyor. Cerrahi müdahalenin faydalı olduğu an budur, çünkü bu işlem söz konusu derin "açık-kapalı" dalgalanmaları gerçekten ortadan kaldırır ve kişileri dengeli bir duruma getirir. Temel olarak, ilaç tedavisiyle ulaşabilecekleri en iyi durumda olurlar.

Cerrahi müdahalenin amacı budur. Cerrahinin kendisinde ise beyinde potansiyel olarak uygun olan iki bölgeyi hedefliyoruz. Bunlardan birine subtalamik nukleus denir.

Bugün yaptığımız işlem buydu. Bunlardan birine globus palus internist denir. Ve her ikisi de kabaca eşit derecede etkilidir.

Onları hedefleme yöntemimiz ise çeşitli unsurların kombinasyonunu kullanmaktır. Bunu, CT ve MRI kullanarak stereotaktik olarak gerçekleştiriyoruz. Mikro elektrot kayıtları yaparak, fizyoloji aracılığıyla hedefleme yapıyoruz.

Bunlar oldukça önemlidir çünkü bize, biliyorsunuz, çok yüksek bir uzamsal çözünürlükte çekirdeğin sınırlarını, üst ve alt sınırlarını bildirirler; ayrıca sadece bununla kalmayıp, çekirdeğin motor kısmında olduğumuzdan da emin olmamızı sağlarlar. Son olarak, kalıcı elektrodu yerleştirdiğimizde, doğru yerde olduğumuzu teyit etmek için onun üzerinden tekrar stimülasyon uygularız. Dolayısıyla, hastayı tedavi etmek için zaten tüm bu işlemleri gerçekleştiriyoruz.

Zaten mikro elektrot kayıtları yapıyoruz, bu nedenle mikro elektrotlar yerindeyken bize bir pencere açılmış oluyor. Bu, aksi takdirde asla yapamayacağınız, insan beynindeki nöronal aktiviteyi incelemek için nadir bir fırsattır. Ancak bunu zaten yapıyor olduğumuz ve elektrotlar zaten orada olduğu için, ilgilendiğimiz deneyleri gerçekleştirmek adına fazladan 20 ila 30 dakika ayırıyoruz.

Bunlar genellikle motor kontrol, karar verme, öğrenme veya motivasyon gibi konularla ilgili deneylerdir. Ve neredeyse tamamı, bir video ekranı ve denek tarafından gerçekleştirilen, joystick hareket ettirme veya bir düğmeye basma gibi basit bir görevi içerir. DBS cerrahisi sırasında rutin olarak gerçekleştirilen mikro elektrot kayıtları, araştırmacılara, denek bir davranışsal görevi yerine getirirken bireysel nöronların ateşleme paternlerini kaydetmek için benzersiz bir fırsat sunar.

Parkinson hastalığı için DBS cerrahisinin bir parçası olarak, hastalar ameliyattan bir gün önce hastaneye yatırılır. Bu, operasyon öncesinde hastanın davranışsal görev konusunda eğitilmesi için bir fırsat sağlar. Bu fırsat, davranışsal görev bilişsel olarak zorlayıcı olduğunda son derece yararlı olmaktadır.

Cerrahi işlem günü, denek ameliyattan önceki gece eğitildiği takdirde, denek için taşınabilir bir davranış düzeneği kurulur; düzenek, deneğin ameliyat sırasında gerçekleştirmesinin istendiği davranışsal görevle birebir aynı şekilde donatılmıştır. Bu örnekte deneğin, "savaş" (war) oyununa benzer bir kart oyunu oynaması istenir. Oyunda denek, kendi kartının bilgisayarın kartından daha yüksek olup olmadığına dair ya 20 ya da 5 birim bahis yapar.

Bu görevin amacı, potansiyel kombinasyonları ve buna bağlı karışık değişkenleri azaltmak amacıyla, oftalmik bir çekirdekteki nöronal kodlama üzerinde ödül ve riskin rolünü incelemektir. Her denemede yalnızca tek bir seriye ait çift numaralı kartlar kullanılır. Denek önce, rastgele dağıtılan kendi kartını ve bilgisayarın bilinmeyen kartının arkasını gösteren bir ekran görür.

Ardından ekranda, kişinin kartının göreceli gücüne dayalı olarak 5 ve 20 şeklinde iki bahis seçeneği belirir. Denek, bir düğmeye basarak bahsini belirtir; bunun ardından ekran, deneğin kartını ve açılan bilgisayar kartını gösterir. Son ekran, kazanılan veya kaybedilen miktarı açıkça betimler.

Denek, oyunun kurallarını tam olarak anlayana ve rahat bir seviyede performans gösterene kadar oyunu oynamaya devam eder. Şimdi, eğitimden bir gün sonraki intraoperatif deneysel düzeneği görelim. Denek cerrahi masaya yerleştirildikten sonra, davranışsal veri toplama ve sinyal işleme ekipmanlarını içeren düzeneği ameliyathaneye getirin.

Düzenek konumlandırması, normal iş akışını ve ameliyathane ortamıyla ilgili sterilite sorunlarını göz önünde bulundurmalıdır. Bu düzeneklerin bileşenleri her kayıt oturumu için sökülüp takıldığından, tüm ekipman bağlantılarını kontrol etmek hayati önem taşır. Bu nedenle, her bileşen veri toplama sistemine bağlandıkça, önce veri başlangıcının, toplama ve sinyal işleme ekipmanlarının bütünlüğünü kontrol edin.

Sinyal işleme düzeneğinin çıkışlarını, veri toplama düzeneğinin girişlerine bağlayın. Bu çalışmada, cerrahi sırasında denek beynine ilerletilen para sagittal yönelimli üç elektroda karşılık gelen üç hücre dışı aksiyon potansiyeli kanalı kaydedilmektedir. Veri toplama sisteminin sinyalleri aldığından emin olmak için amplifikatörleri tek tek açın.

Uygun bir adaptör kullanarak monitörü, rahat bir izleme pozisyonunda olacak şekilde ameliyat masasına sabitleyin. Deneğin elinin, görev sırasında kullanılan giriş cihazını çalıştırabilecek şekilde rahatça konumlandığından emin olun. Şimdi davranışsal sistemi başlatın ve davranışsal olay işaretleyicilerinin kayıt düzeneği tarafından yakalandığından emin olun.

Davranışsal görevi başlatın ve bu süre zarfında deneğin görevle ilgili birkaç deneme yapmasına izin verin. Deney kurulumu tamamlanmış ve hazır durumdayken, veri toplama sisteminin buton kutusu girişlerini ve davranışsal düzenek tarafından oluşturulan davranışsal işaretleyicileri kaydettiğinden emin olun. Şimdi STN nöronlarının cerrahi olarak nasıl izole edildiğini görelim.

Cerrahinin amaçları, kronik DBS lead'lerini STN'nin motor bölgesine yerleştirmektir. Konumlandırma, Mass General Hospital'da stereotaktik görüntüleme ve nörofizyolojik kayıtların kombinasyonu ile gerçekleştirilir. Bir Cosman Roberts Wells stereotaktik çerçeve ve fidusyal kafes uygulanır ve baş BT taraması alınır.

Fidüsiyel içeren BT, bir nöronavigasyon sistemi üzerinde daha önceden elde edilmiş volumetrik beyin MRG ile birleştirilir. Ameliyathanede hasta, yarı yatar pozisyonda rahat bir şekilde konumlandırılır ve standart cerrahi teknik kullanılarak hazırlanıp örtülür. Sol STN'nin koordinatları, hasta üzerine yerleştirilen stereotaktik çerçeveye programlanır.

Cerrah cildi kestikten sonra geri çeker. Bur delikleri açılır ve küçük bir dura açıklığı oluşturulur. Bir mikro sürücüye bağlı olan kanül uygun konuma getirilir ve kanül ucu hedefin 25 milimetre üzerine gelene kadar ilerletilir.

Kanüller beyne yerleştirildikten sonra, iç stiller çıkarılır ve yerlerine yüksek empedanslı mikro elektrotlar takılır. Sinyal işleme düzenekleri ve ön yükselteçler her bir elektroda bağlanır; diferansiyel referans kanalı ise dış kanüle bağlanır. Sinyal işleme düzeneğinde yükselteçleri açın ve hücre dışı sinyali değerlendirin.

Ek olarak, her bir elektrodu beyne daha fazla ilerletmeden önce empedansı kontrol edin. Her şey kontrol edildikten sonra cerrah, elektrodu beyne doğru 0,05 ile 0,4 milimetrelik adımlarla yavaşça ilerletir. Elektrotlar, hesaplanan hedeften 25 milimetre uzaklıktan başlayarak S St N yönünde ilerletilir. Bu güzergah, elektrodun CAU sekiz çekirdeği, talamus, zona Serta ve son olarak SDN içinden geçmesini sağlar.

Elektrotlar SDN'ye girdikten sonra fizyolog, nöronal sinyalin motor yanıt verip vermediğini belirlemek amacıyla hastanın kontralateral ekstremitelerini manipüle eder. Cerrah ve deneyci elektrotların konumundan memnun kaldığında, davranışsal görev başlatılabilir. Davranışsal göreve başlamadan önce, mikro elektrotların derinliğinin ve izole edilen nöronun motor yanıt verme durumunun belgelenmesi önemlidir.

Ardından, denekle görevin başlayacağı bilgisini paylaşın. Buton kutusunun hâlâ rahat bir konumda olduğundan ve monitörün tamamen görünür olduğundan emin olun. Veri toplama işlemini başlatın ve davranışsal göreve başlamadan önce en az bir dakika boyunca bazal aktiviteyi kaydedin.

Denek görevi gerçekleştirirken, kaydedilen verilerin izlenmesi önemlidir. Veri toplama işleminde herhangi bir aksama olması durumunda görev durdurulmalı ve sorun giderilmelidir. Görevler, her derinlik için birden fazla kez gerçekleştirilebilir.

Buna karşın STN'de, hastanın rahatsızlığını önlemek ve cerrahi işlemin gereksiz yere uzamasını engellemek için deneysel kayıt 30 dakika ile sınırlandırılmıştır. Hadi başlayalım. Bir ampul tutarken elinizi benim için açıp kapatabilir misiniz?

Güzel. Sağ ayağınızı etrafında döndüreceğiz. Benden sonra tekrar edin. Tapiyoka pudingini seviyorum.

Topeka Kansas'a trenle gittim. Burada, savaş oyunu sırasında kaydedilen tek bir STN nöronundan elde edilen temsili sonuçlar gösterilmektedir. RA'lar, görevdeki davranışsal açıdan ilgili dört döneme odaklanarak tasvir edilmiştir: denek kartının her deneme sunumu öncesindeki fiksasyon dönemi, deneğin bahsini belirten düğmeye basma işlemi ve burada uyaran zamanı histogramları olarak gösterilen bilgisayar kartının sunumu.

Bu nöron, denek kartının sunulduğunda güçlü bir yanıt vermemektedir, ancak düğmeye basma anı civarında ateşlemesi önemli ölçüde artmaktadır. Bu aktivite, bilgisayar kartı açılana kadar devam eder ve bu noktada ateşleme bazal seviyelere geri döner. Bu teknik, beyindeki bireysel nöronlardan gelen yanıtları ölçer.

Bu yöntem, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme veya magnetoensefalografi gibi popülasyon yanıtlarını ölçen diğer nöral aktivite ölçümleriyle de birleştirilebilir. Uzmanlaşıldığında, bu teknik ameliyathanede 25 dakika içinde kurulup uygulanabilir. Ameliyathanede insanlarla çalışmak, sterilite süresi ve en önemlisi hasta refahı dahil olmak üzere bir dizi sınırlama beraberinde getirir.

Bu nedenle, çalışmanın tüm aşamalarında bu noktaları göz önünde bulundurun.