Name: Nörobilimsel Araştırma ve Gerçek-zamanlı Fonksiyonel Kortikal Haritalama İnsan elektrokortikografik (ECoG) Sinyaller Kayıt (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-06-26T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 32 s
Description: Öğrenin, epilepsi hastalarından ECoG sinyalleri kaydederek BCI2000 ile gerçek zamanlı fonksiyonel kortikal haritalama yapmayı. Yüksek gama aktivitesi analizi ve SIGFRIED aracı kullanılarak bilişsel görevler sırasında kortikal aktivasyon alanları belirlenir.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma Amerikan Ordusu Araştırma Bürosu (W911NF-07-1-0415 (GS), W911NF-08-1-0216 (GS)) ve NIH / NIBIB (EB006356 (GS) ve EB00856 (tarafından desteklenen hibe ile mümkün olmuştur JRW ve GS)). Yazarlar SigfriedSigProcLAVA modülü için Sean Austin teşekkür ederim, ve ilgili teknik yardım için Griffin Milsap.

1. Elektrot Yerelleştirme <ol><li> Dilim başına 256 x 256 piksel, görüş tam saha, hiçbir interpolasyon, 1 mm kesit genişliği, tercihen sagital kesitlerde: Hastanın başı bir ameliyat öncesi T1 ağırlıklı yapısal MRG (1.5T veya 3T) toplayın. </li><li> Izgaraları ve şeritler implantasyonu gözlemleyin. Implante ızgaraları ve şeritler yerle ilgili dijital yerinde elektrotların fotoğrafları ve beyin cerrahı notlarını toplayın. </li><li> Yüksek çözünürlükte post-operatif kafatası X-ray görüntüleri ve beyin tomografi (1 mm kesit genişliği, ten tene, hiçbir açı) toplayın. </li><li> Post-grid implantasyon BT görüntüleri ile ameliyat öncesi MRG ve co-kayıt kullanmadan Hastanın beyninin üç boyutlu bir kortikal modeli oluşturun. Biz bu amaçla CURRY yazılım paketi kullanmak ve 3D kortikal yapıya ihracat ve elektrot MATLAB biçimde koordine eder. MATLAB, biz beyin eşleştirilmektedir elektrotlar gösteren bir film ihracat. Ayrıca map elektrot otomatik bir Talairach atlas kullanarak standart Brodmann alanlara koordine eder. </li><li> 3D modeli, X-ray görüntüler, fotoğraflar ve notlar gelen bilgileri gözden geçirin. Elektrotlar ve hastane teknisyenleri ile çalışan elektrotlar bu tam numaralandırma takip dağıtım kutuları içine yamalı emin olmak için bir numaralandırma düzeni Finalize. Ayrıca tüm pozisyonları elektrot açık üst üste binen olmadan ayırt edilebilen bu tür iki boyutlu, in elektrotlar çizilmesi için bir şematik düzeni oluşturmak. Çalıştırmak (Bölüm 4) Sigfried yapacaksanız, ElectrodeLocations parametre gerektirdiği biçimde, bir BCI2000 parametre parçası olarak bu iki boyutlu koordinatları kaydedin. Son olarak, electrocorticographically olması muhtemel iki elektrot konumları seçmek &quot;sessiz&quot;, yani onlar (yama mavi soketlerine referans g.USBamps hazırlamak, ilk zemin ve referans olarak kullanmak için, varsayılan kortekse yakın değildir ve zeminHer ünite aşırı sağ sarı soketler) için. </li></ol> 2. Donanım ve Yazılım Kurulumu <ol><li> Bilgisayar özellikleri deney işlem ihtiyaçlarını karşılamak için yeterli olduğundan emin olun. Çok-çekirdekli işlemci olasılıkla gerçek zamanlı veri toplama ve işleme, video kayıt ve diğer gerekli görevlerin taleplerini karşılamak için gerekli olacaktır. 1200 Hz az 128 kanal kayıt ve gerçek zamanlı analiz için, 4 GB RAM ile 3 GHz dört çekirdekli makinesi kullanın. Amplifikatörler gibi harici sürücüler ve kameralar (bu sistemin Aygıt Yöneticisi aracılığıyla kontrol edilebilir) gibi diğer bant genişliği gerektiren çevre birimleri tarafından kullanılan denetleyici (ler) ayrı özel bir USB denetleyicisi, bağlı olmalıdır. Son olarak, yeterli disk deneysel verilerin saniyede 5 MB&#39;a kadar depolamak için alan ve arşivleme ve yedekleme için bir sistem olmalıdır. </li><li> Araştırma ekipmanları (amplifikatörler, bilgisayar, deneyci ekranında, keybo kurunhızla duvara takmak için sadece tek bir güç kablosu, hastanın odasında ve dışarı rulo olabilir tek bir arabası, üzerinde ard, hoparlör, mikrofon ve kamera). Odadan odaya bilgisayar taşımak için, Fişi prizden çekmeden önce hazırda işlevini kullanın. Hastanın video ekranı ayrı bir tepsi masa veya monitör kolu olmalıdır. Hastanın nöbet eğilimli olduğu göz önüne alındığında, tıbbi personel, hasta için acil erişim ihtiyacı durumda tüm ekipmanları hızlı bir şekilde dışarı atılmasını edilebilir olduğundan emin olun. Ekipman da hastanın oda kullanımdan önce ve sonra antiseptik sıvı dezenfekte edilmelidir. </li><li> Hasta ile zamanla sınırlı olduğunu ve tüm prosedürleri sağlam ve o zamanın en iyi şekilde optimize edilmiş olması gerekir. Bu bağlamda, BCI2000 esneklik ve sağlamlık değerli özellikleridir. Deneyler bir düğmeye dokunarak başlatılabilir emin olun. BCI2000 söz konusu olduğunda, doğru bileşimi başlatmak için bir toplu dosyasını kullanmakGerekli komut satırı seçenekleri ile otomatik BCI2000 modülleri. Operatör ve gUSBampSource modülleri belirli bir deney için uygun SignalProcessing ve Uygulama modülleri ile birlikte, gereklidir. Gerekli tüm parametre dosyaları gibi elektrotlar ve isimlerini pozisyon sayısı olarak bu hastaya özgü herhangi bir otomatik olarak dahil yüklü olduğundan emin olmak için BCI2000 Operatörü script özelliğini kullanın. Bu otomasyon amacı deneyi tarafından elle adım sayısını ve böylece hata için olanaklar en aza indirmektir. Yazılım ve parametrelerini en az bir veya iki hafta implantasyon öncesi (belki de bir EEG konu ile) tamamlanmış ve test edilmiş gerekir. Aynı zamanda, bir &quot;kuru&quot; bütün yeni hasta özgü parametreleri de dahil olmak üzere, ilk önce, bir deneysel oturumda gün çalıştırmak gerçekleştirmek için son derece tavsiye edilir. </li></ol> 3. Deneysel Oturum Set-up <ol><li> Için anı seçin, hastaya deney kayıtları düşündüren bunları günün erken fark vererek ve başlattığınızda tekrar 15 dakika önce. Etrafında ziyaretçiler, yemek, şekerlemeler, tıbbi prosedürler ve hastanın fiziksel, duygusal ve bilişsel durum çalışın. Bu kayıtların zamanlaması ve süresi optimize yardımcı olmak için, yerde sağlık personeli ile bir ilişki kurmak önemlidir. </li><li> Yerine Tekerlek ekipmanları, elektrik prizine bağlayın, öznenin video ekranı açın ve bilgisayara bağlayın ve bilgisayar un-kış uykusuna yatarlar. </li><li> BCI2000 başlatın. VisualizeSource parametre etkinleştirildiğinde, Config Set tuşuna basın. Sinyal görüntüleyicisi ECoG sinyal kalitesini değerlendirmek icar açılır. Izleyici üzerinde sağ tıklayın ve 5 Hz kesim için yüksek geçişli filtre ayarlayın. (Bu filtre ayarı yalnızca görsel etkiler ve veri değil toplama olacaktır.) </li><li> Güç hattı gürültüsünden etkilenmeden kontrol edin: (50 Hz veya 60 Hz, izleyiciye bir çentik filtre aktive musen hangi ülkeye bağlı olarak) sinyaline büyük bir fark yaratabilir? Eğer öyleyse, kullanılmayan çapraz konuşuyor kabloları çıkarmadan, ya da güç girişim diğer kaynaklar belirleme ve kaldırarak bu azaltmaya çalışın. Referans ve öğütülmüş gerekirse için kullanılan elektrotlar değiştirebilir. </li><li> Bir göz tracker kullanıyorsanız, üretici tarafından sağlanan kalibrasyon yazılımı kullanarak kalibre. BCI2000 kaynağı modülü dahil EyetrackerLogger uzantısı ile derlenmiş olmalıdır ve ile başlatılması gerektiğini - LogEyetracker = 1 bayrak eye-tracking verileri ECOG sinyalleri ile eşzamanlı olarak elde edilebilir, böylece etkin. </li><li> Dikkat dağıtıcı ve kesintileri önlemek için ve olası sinyal girişimi en aza indirmek için, TV, radyo ve cep telefonları kapalı olduğundan emin olun. </li><li> Çalıştırmak üzeresiniz deney için hastaya kesin talimatlar verin. Görev göstereceğim Powerpoint slaytlar hazırlanmış, konu görevi bağlı olarak, önerilen duruş, vs, yararlı olabilir. </li&gt; <li> Denemeyi başlatmak için Operatör üzerinde Başlat düğmesine basın. Eğer her bastığınızda başlatın veya Devam, yeni bir dosya önceki verileri üzerine yazılmasını önlemek için oluşturulacak ve dosya tüm parametre değerleri bir kopyası ile başlatılır. Eğer Askıya Alma veya deneysel çalışma bittikten basana kadar ham veri, daha sonra olay işaretleri ile birlikte, dosya otomatik olarak akışı. </li><li> Oturum sırasında, hastanın davranış ve şüpheli nöbetler için ECOG sinyalleri izlemek ve tıbbi personelin talimatlarına yanıt vermeye hazır olun. </li></ol> 4. Örnek Deneysel Oturum: BCI2000 ile Sigfried Klinik Haritalama <ol><li> Hazırlanışı: oturumu başlar önce, Sigfried bir model oluşturmak için kullanacağı sinyal işleme ayarlarını içeren bir model.ini dosya hazırladık gerekir ve bir prm dosyasını (veya ayrı prm parçaları.) Bu BCI2000 parametreleri içeren. SigfriedSigProc modülügerçek zamanlı görüntüleme için kullanacağız. İki anahtar parametreleri farklı görevler hangi koşullarda eşlenecek belirtir, bu hastanın özel elektrotlar ve ElectrodeCondition için seçtik 2-B düzeni belirterek, ElectrodeLocations vardır. Bu örnekte, hasta için talimatları iletişim kurmak için basit StimulusPresentation modülü kullanılarak, bu nedenle Uyaranlar parametre de biz çalıştırmak niyetinde görevlere adapte edilmesi gerekmektedir. </li><li> Temel Adım: 1200Hz tüm ızgaraları ve şeritler numune ECOG aktivite için yapılandırılmış gUSBampSource, DummySignalProcessing ve StimulusPresentationTask modülleri, Başlat, 0.1 Hz yüksek geçiren filtreden. Rahatla ve açık gözlerle hareketsiz kalmasını konu söyleyin. Sessiz bir ortamda rahat bir aydınlatma altında bazal aktivite Kayıt 6 dakika. </li><li> Modelleme Adım: data2model_gui aracını başlatın ve 5 Hz bidonları fr özellikleri ayıklamakveri her 500 ms için maksimum entropi yöntemi kullanılarak om 70-110 Hz. Gauss karışımları kullanarak seçilen spektral özellikleri bir olasılık modeli oluşturmak için Model Oluşturma basın. </li><li> Haritalama Adım: gUSBampSource, SigfriedSigProcLAVA ve StimulusPresentationTask modülleri başlatın ve olasılık modeli yükleme Operatör, kortikal modeli ve 2 yapılandırmak - ve 3-boyutlu elektrot koordinatları. Konusu talimat sonra, haritalama işlemini başlatmak. Bu süreçte, bir konu 5 tekrarlar her biri, bir seferde 10 saniye süreyle her görevi yerine getirecektir. Ve kortekse 3 boyutlu haritalar - her görev sırasında, Sigfried görevle ilgili ECoG sürekli güncellenen 2&#39;de sunulmuştur etkinliği algılar. 2-boyutlu haritalarına olarak, her bir dairenin boyutu ve kırmızılık bu özel bir görev önemini temsil eder. Spesifik olarak, her bir dairenin boyutu gamma Ba toplam sinyal varyans fraksiyonu ile orantılıdırgörev tarafından muhasebeleştirilir nd. Bu istatistik belirlenmesi katsayısı, veya R 2 olarak bilinir. Bu aralık (0,1) içinde ve geçerli kurulum 0.1 arasında bir değere, genel olarak anlamlı olarak kabul edilebilir. Maksimum r 2 değerleri çevrelerin ölçekleme sürgüleri (Şekil 1C bakınız) kullanılarak kontrol edilebilir. 3 boyutlu haritalar, r 2 değerleri yerine daire büyüklükleri farklı renkler eşleştirilir. </li></ol> 5.. Temsilcisi Sonuçlar Şekil 1, bir hastada bir eşleme Sigfried oturumdan, temsili sonuçlarını göstermektedir. Hasta sekonder jeneralize sol-temporal başlangıçlı dirençli lokalizasyonu ile ilgili epilepsi olan bir 28 yaşındaki sağ elini kullanan kadın oldu. 120 elektrokortikografik elektrotlar sol frontal, parietal ve temporal korteks üzerinde subdurally implante edildi. A yanal x-ışını (panel A) ve intra-operatif bir fotoğraf (panel B) tasvir40 elektrotlar, 68 elektrot ile bir yüksek yoğunluklu zamansal ızgara ve üç şeritler 4 elektrot her ile bir ön ızgara konfigürasyonu. Kaydedilen nöbet itibaren, bir nörolog epileptik odak lokalize ve beliğ dil korteksi tutumlu ise sol temporal lobun cerrahi gerçekleştirmek için gerekli olduğunu belirledi. Bu başarılı bir şekilde gerçekleştirildi: 8 ay sonrası rezeksiyon sırasında hastanın nöbet ücretsiz olarak ve nörolojik olmadan değerlendirilmiştir. Pasif haritalama yöntemi dinleme görevleri sırasında görevle ilgili değişiklikler sûretiyle, dil işlevini yer tespit korteks Sigfried. Elektrotların düzeni açıkça bir 2 boyutlu arayüzü (panel C), ve 3 boyutlu anatomik doğru arabirimi (panel D): Sonuçlar iki arayüz sunulmuştur. Soldan sesleri vs başlangıca (TON) dinleyerek, konuşulan dil vs başlangıca (SES) dinleme ve konuşma dilini vs lis dinleme hakkını panelleri kontrastsesleri (DİL) işlem yapmadığı takdirde. Bunların sonuncusu alıcı dil özgü işitsel işlev kaba bir resim olarak yer almaktadır. SES durumun sonuçları (panel A sarı daireler olarak işaretlenmiş) bu hastada alıcı dil fonksiyonu bozulur ECS hangi yerleri ile iyi bir uyum göstermiştir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/3993/3993fig1.jpg" /> Şekil 1. Hastadan hastaya Örnek sonuçlanır. Panel bir lateral bir x-ışını gösterir. Sarı daireler olarak sonradan electrocortical stimülasyon haritalama tarafından belirlenen alıcı dil karıştığı elektrotlar, işaretleyin. Panel B implantasyon sırasında çekilmiş bir fotoğraftır. Panel C şematik bir iki boyutlu düzeni Sigfried eşleme sonuçlarını göstermektedir: her bir diskin boyutu ve kırmızılık başlangıca göre görevi her bir elektrotun, katılımı önemini temsil eder. Panel D, aynı istatistik üç boyutlu bir beyin modeli rende renk eşleştirilirHastanın MR kırmızı.

<ol><li>Miller, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+Changes+in+Cortical+Surface+Potentials+during+Motor+Movement%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Spectral Changes in Cortical Surface Potentials during Motor Movement.</a> Journal of Neuroscience. 27, 2424-2424 (2007).</li>
<li>Chang, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Categorical+speech+representation+in+human+superior+temporal+gyrus%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Categorical speech representation in human superior temporal gyrus.</a> Nature Neuroscience. 13, 1428-1428 (2010).</li>
<li>Gunduz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+correlates+of+visual-spatial+attention+in+electrocorticographic+signals+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural correlates of visual-spatial attention in electrocorticographic signals in humans.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 5, (2011).</li>
<li>Pei, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+dynamics+of+electrocorticographic+high+gamma+activity+during+overt+and+covert+word+repetition%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal dynamics of electrocorticographic high gamma activity during overt and covert word repetition.</a> NeuroImage. 54, 2960(2010).</li>
<li>Crone, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-frequency+gamma+oscillations+and+human+brain+mapping+with+electrocorticography%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">High-frequency gamma oscillations and human brain mapping with electrocorticography.</a> Progress in Brain Research. 159, 275(2006).</li>
<li>Brunner, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+communication+with+a+%22P300%22+matrix+speller+using+electrocorticographic+signals+%28ECoG%29%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroprosthetics%22%5BJournal%5D)">Rapid communication with a "P300" matrix speller using electrocorticographic signals (ECoG).</a> Frontiers in Neuroprosthetics. 5, (2010).</li>
<li>Leuthardt, E. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+brain-computer+interface+using+electrocorticographic+signals+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Engineering%22%5BJournal%5D)">A brain-computer interface using electrocorticographic signals in humans.</a> Journal of Neural Engineering. 1, (2004).</li>
<li>Schalk, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BCI2000%3A+A+General-Purpose+Brain-Computer+Interface+%28BCI%29+System%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+in+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">BCI2000: A General-Purpose Brain-Computer Interface (BCI) System.</a> IEEE Transactions in Biomedical Engineering. 51, 1034(2004).</li>
<li>Schalk, G., Mellinger, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchalk%2C+G+%22A+Practical+Guide+to+Brain-Computer+Interfacing+with+BCI2000%22">A Practical Guide to Brain-Computer Interfacing with BCI2000</a>. , Springer. London. (2010).</li>
<li>Brunner, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+practical+procedure+for+real-time+functional+mapping+of+eloquent+cortex+using+electrocorticographic+signals+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Epilepsy+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">A practical procedure for real-time functional mapping of eloquent cortex using electrocorticographic signals in humans.</a> Epilepsy and Behavior. 15, 278(2009).</li>
</ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Araştırma için ECoG veri toplama çok multi-disipliner ekibi klinik nöroloji, beyin cerrahisi, temel sinirbilim, bilgisayar bilimi ve elektrik mühendisliği sorunları çözme, klinisyenler ve araştırmacılar arasında yakın işbirliğini gerektirmektedir. Ödül ECOG sinyalleri ve yüksek gama frekans aralığı (70-110Hz) özellikle genliklerde, çok değerli olmasıdır. Onlar duyusal, bilişsel sinirsel ilgisi içine bilimsel bilgi sağlar ve motor yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe hem de 1-4 işler, ama ECoG beyin-bilgisay...

<ol><li> 8 x 16-kanal g.USBamp amplifikatörler ( <a href="http://gtec.at" target="_blank">http://gtec.at</a> ) </li><li> 2 x 64-kanal break-out box (splitter baş-kutusu) </li><li> Ayırıcı klinik sistemi 2 x Bağlantı kablosu </li><li> Splitter dört g.USBamps 2 x Bağlantı kablosu </li><li> Dört g.USBamps için 2 x Dört yönlü güç adaptörü </li><li> Dört g.USBamps eşitlemek için 2 x Dört yönlü senkronizasyon adaptörü </li><li> 1 x Sync kablosu dört g.USBamps iki takım senkronize etmek </li><li> 1 x Potansiyel-denkleştirme kelepçe + kablo g.USBamp için </li><li> 18 x Touchproof kablon </li><li> 2 x Dört yönlü USB 2.0 hub </li><li> Güç şerit </li><li> Dizüstü ya da masaüstü bilgisayar (bakınız bölüm 2.1) </li><li> Yukarıdakilerin tümü için Güvenli, hareketli sepeti </li><li> Hasta için Eyetracker (ya da sıradan bir LCD monitör) </li><li> Hasta monitör için Hareketli tablası </li><li> Hasta davranışsal tepkiler için diğer çevre birimleri (joystick vb) </li><li> BCI2000 yazılım </li><li> CUrry yazılım </li><li> MATLAB </li></ol>

nörobilimsel araştırma ve gerçek-zamanlı fonksiyonel kortikal haritalama İnsan elektrokortikografik (ecog) sinyaller kayıt

Recording Human Electrocorticographic (ECoG) Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

İnsan bilişsel, duyusal ve motor süreçlerine yönelik nörogörüntüleme çalışmaları genellikle elektroensefalografi (EEG), manyetoensefalografi veya fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme gibi noninvaziv tekniklere dayanmaktadır. Bu teknikler ya doğası gereği düşük temporal ya da düşük spatial çözünürlüğe sahiptir ve düşük sinyal-gürültü oranından ve/veya zayıf yüksek frekans hassasiyetinden etkilenirler. Bu nedenle, temel birçok beyin sürecinin kısa süreli spatio-temporal dinamiklerini keşfetmek için suboptimaldırlar. Buna karşılık, invaziv bir teknik olan elektrokortikografi (ECoG), olağanüstü yüksek bir sinyal-gürültü oranına sahip, EEG'ye göre artefaktlara karşı daha az duyarlı ve yüksek spatial ve temporal çözünürlüğe (sırasıyla &lt;1 cm/&lt;1 milisaniye) beyin sinyalleri sağlar. ECoG, beynin yüzeyine subdural olarak implante edilen elektrotlar kullanılarak elektriksel beyin sinyallerinin ölçümünü içerir. Güncel çalışmalar, belirli frekans bantlarındaki ECoG amplitüdlerinin; motor yürütme ve planlama1, işitsel işleme2 ve görsel-spatial dikkat3 gibi görevle ilişkili aktiviteler hakkında önemli bilgiler taşıdığını göstermiştir. Bu bilgilerin çoğu yüksek gama aralığında (yaklaşık 70-110 Hz) yakalanır. Bu nedenle gama aktivitesi, lokal kortikal fonksiyonun güçlü ve genel bir göstergesi olarak önerilmiştir1-5. ECoG ayrıca fonksiyonel bağlantısallığı ortaya çıkarabilir ve görevle ilişkili daha ince spatial-temporal dinamikleri çözümlerebilir, böylece geniş ölçekli kortikal süreçlere dair anlayışımızı geliştirebilir. Özellikle, iletişimi geliştirmek veya iyileştirmek6 ve kontrolü sağlamak7 amacıyla kullanıcının niyetlerini çözmek için beyin-bilgisayar arayüzü (BCI) teknolojisini ilerletmede yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Buna rağmen, invaziv prosedürlerin beraberinde getirdiği riskler ve sınırlamalar ile klinik ortamların kısıtlamaları dahilinde kayıt yapma gerekliliği nedeniyle, insan ECoG verilerini elde etmek genellikle zordur. Yine de, epileptik odakları lokalize etmek için yapılan klinik izleme, insan ECoG verileri toplamak için benzersiz ve değerli bir fırsat sunar. ECoG kayıtları toplama yöntemlerimizi açıklıyor ve bu sinyallerin klinik haritalama ve beyin-bilgisayar arayüzü gibi önemli gerçek zamanlı uygulamalar için nasıl kullanılacağını gösteriyoruz. Örneğimiz, BCI2000 yazılım platformunu8,9 ve beyin fonksiyonlarının gerçek zamanlı haritalanması için bir uygulama olan SIGFRIED10 yöntemini kullanmaktadır. Bu prosedür, klinisyenlerin daha sonra elektriksel stimülasyonla yapılan fonksiyonel haritalamanın karmaşık ve zahmetli sürecine rehberlik etmek için kullanabilecekleri bilgiler sağlar.
Önkoşullar ve Planlama:
İlaca dirençli parsiyel epilepsisi olan hastalar, nöbet sıklığını en aza indirmek için epileptik odağın rezektif cerrahisi için aday olabilirler. Rezeksiyon öncesinde hastalar iki amaçla subdural elektrotlar kullanılarak izlemeye alınır: birincisi, epileptik odağı lokalize etmek ve ikincisi, rezeksiyonun uzun süreli fonksiyonel kayıplara yol açabileceği yakınlardaki kritik beyin bölgelerini (yani elokan korteksi) belirlemek. Elektrotları implante etmek için kafatasını açmak amacıyla bir kraniyotomi gerçekleştirilir. Ardından, elektrot gridleri ve/veya şeritleri, genellikle dura altına, korteks üzerine yerleştirilir. Tipik bir grid, silikon içine gömülmüş, 1cm elektrotlar arası mesafeye sahip, 4 mm çapında (2,3 mm açık yüzeyli) 8 x 8'lik bir platin-iridyum elektrot setine sahiptir. Bir şerit genellikle tek bir hat üzerinde bu tür 4 veya 6 elektrot içerir. Bu gridlerin/şeritlerin yerleri bir nörolog ve beyin cerrahı ekibi tarafından planlanır ve önceki EEG izlemelerine, hastanın beyninin yapısal MRI görüntülerine ve hastanın öyküsündeki ilgili faktörlere dayanır. 5-12 günlük bir süre boyunca yapılan sürekli kayıt, epileptik odakların lokalize edilmesine hizmet eder ve implante edilen elektrotlar aracılığıyla yapılan elektriksel stimülasyon, klinisyenlerin elokan korteksi haritalandırmasına olanak tanır. İzleme süresinin sonunda, elektrotların eksplantasyonu ve terapötik rezeksiyon tek bir prosedürde birlikte gerçekleştirilir.
İnvaziv izleme, temel klinik amacının yanı sıra, nörobilimsel araştırmalar için insan ECoG verileri elde etmek adına benzersiz bir fırsat sunar. Prospektif bir hastanın araştırmaya dahil edilmesi kararı; elektrotların planlanan konumuna, hastanın nöropsikolojik değerlendirmelerdeki performans puanlarına ve araştırmaya katılımın isteğe bağlı olduğu ve tedavisiyle ilişkili olmadığı anlayışına dayanan bilgilendirilmiş onamına göre verilir. İnsan deneklerin yer aldığı tüm araştırmalarda olduğu gibi, araştırma protokolünün hastanenin kurumsal inceleme kurulu tarafından onaylanması gerekir. Bireysel deneysel görevlerin gerçekleştirilme kararı günlük olarak verilir ve hastanın dayanıklılığına ve katılım isteğine bağlıdır. Bazı veya tüm deneyler; ameliyat sonrası yüz şişliği, geçici afazi, sık nöbetler, post-iktal yorgunluk ve konfüzyon ile daha genel ağrı veya rahatsızlık gibi hastanın klinik durumuyla ilgili sorunlar nedeniyle engellenebilir.
Albany, New York'taki Albany Medical Center'ın Epilepsi İzleme Ünitesi'nde, klinik izleme 192 kanallı bir Nihon-Kohden Neurofax izleme sistemi kullanılarak günün her saati uygulanmaktadır. Araştırma kayıtları, Albany'deki New York Eyaleti Sağlık Bakanlığı'na bağlı Wadsworth Center ile iş birliği içinde yapılmaktadır. ECoG elektrotlarından gelen sinyaller, ayırıcı konnektörler aracılığıyla eş zamanlı olarak araştırma ve klinik sistemlere aktarılmaktadır. Klinik ve araştırma sistemlerinin birbirini etkilememesini sağlamak için iki sistem genellikle ayrı topraklamalar kullanır. Hatta, klinik sisteme toprak sağlama amacıyla bazen bir epidural elektrot şeridi implante edilir. İster araştırma ister klinik kayıt sistemi olsun, toprakleme elektrodu, öngörülen epileptik odaktan ve araştırma için ilgi duyulan kortikal alanlardan uzak seçilir. Araştırma sistemimiz, sekiz adet senkronize 16 kanallı g.USBamp amplifikatör/digitizer ünitesinden (g.tec, Graz, Avusturya) oluşmaktadır. Bu ünitelerin seçilme nedenleri; invaziv kayıtlar için güvenlik derecelendirmesine sahip ve FDA onaylı olmaları, ilgi duyulan sinyallerin bulunduğu yüksek frekans aralığında çok düşük bir gürültü tabanına sahip olmaları ve özel yazılmış araştırma yazılımlarıyla entegrasyonu sağlayan bir SDK ile birlikte gelmeleridir. Yüksek-gamma sinyalini doğru şekilde yakalamak için, tipik bir EEG deneyinden veya birçok klinik izleme sisteminden önemli ölçüde daha yüksek olan 1200Hz örnekleme hızında sinyal alıyoruz. Yerleşik bir düşük geçiren filtre, digitizer'ın yakalayabileceğinden daha yüksek olan sinyallerin örtüşmesini (aliasing) otomatik olarak önler. Hastanın göz bakışı, yerleşik bir Tobii T-60 göz izleme sistemine (Tobii Tech., Stockholm, İsveç) sahip bir monitör kullanılarak takip edilir. Belirli deneyin gereksinimlerine bağlı olarak joystick, bluetooth Wiimote (Nintendo Co.), veri eldiveni (5th Dimension Technologies), klavye, mikrofon, kulaklık veya video kamera gibi ek aksesuarlar bağlanır.
Veri toplama, uyaran sunumu, farklı giriş/çıkış aksesuarlarıyla senkronizasyon ile gerçek zamanlı analiz ve görselleştirme, BCI2000 yazılımımız kullanılarak gerçekleştirilir8,9. BCI2000, gerçek zamanlı biyosinyal veri edinimi, işleme ve geri bildirim için ücretsiz olarak sunulan genel amaçlı bir yazılım sistemidir. Birçok farklı amaç için esnek bir şekilde yapılandırılabilen ve araştırmacıların kendi C++, MATLAB veya Python kodlarıyla genişletilebilen bir dizi önceden oluşturulmuş modül içerir. BCI2000, ağ destekli bir protokol aracılığıyla birbirleriyle iletişim kuran dört modülden oluşur: farklı üreticilere ait 19 farklı donanım sisteminden birinden beyin sinyallerinin alınmasını yöneten bir Kaynak modülü; ilgili ECoG özelliklerini çıkaran ve bunları çıkış sinyallerine dönüştüren bir Sinyal İşleme modülü; denekle uyaran ve geri bildirimi ileten bir Uygulama modülü ve araştırmacıya grafiksel bir arayüz sağlayan Operatör modülü.
Herhangi bir hasta ile bir dizi farklı deney yürütülebilir. Deneylerin öncelik sırası, ilgili hastanın elektrotlarının konumuna göre belirlenir. Bununla birlikte, deneylerimize genellikle görevle ilgili anlamlı aktiviteleri gerçek zamanlı olarak tespit eden ve görüntüleyen SIGFRIED (SIGnal modeling For Realtime Identification and Event Detection) haritalama yöntemini kullanarak başlarız. Elde edilen fonksiyonel harita, sonraki deneysel protokolleri daha fazla özelleştirmemize olanak tanır ve elektrokortikal stimülasyon (ECS) ile yapılan geleneksel haritalama için de yararlı bir başlangıç noktası olabilir.
ECS haritalaması, rezeksiyonun klinik sonucunu öngörmek için altın standart olmaya devam etse de, ECS haritalaması süreci zaman alıcıdır ve ayrıca nöbetler veya işlem sonrası boşalmalar gibi diğer sorunlara yol açabilir. Bu nedenle, pasif bir fonksiyonel haritalama tekniği, daha sonra ECS ile doğrulanabilecek ve detaylandırılabilecek olan elokan korteks lokusuna dair bir ön tahmin sağlamada değerli olabilir. Pasif SIGFRIED haritalama tekniğimizden elde edilen sonuçların, ECS haritalaması kullanılarak elde edilen sonuçlarla önemli ölçüde uyum gösterdiği kanıtlanmıştır10.
Bu makalede açıklanan protokol, insan ECoG verilerinin toplanması için genel bir metodoloji oluşturmakta ve ardından BCI2000 yazılım platformu kullanılarak deneylerin nasıl başlatılabileceğini göstermektedir. Son olarak, spesifik bir örnek olarak, BCI2000 tabanlı SIGFRIED sistemi kullanılarak pasif fonksiyonel haritalamanın nasıl gerçekleştirileceğini açıklıyoruz.

Biz invaziv epilepsi izleme gören insanlardan araştırma amaçlı elektrokortikografik sinyalleri toplamak için bir yöntem sunuyoruz. Biz veri toplama, sinyal işleme ve uyaran sunum için BCI2000 yazılım platformu nasıl kullanılacağını göstermektedir. Özellikle, Sigfried, gerçek zamanlı fonksiyonel beyin haritalama için BCI2000 tabanlı bir araç göstermektedir.

Nörobilimsel Araştırma ve Gerçek-zamanlı Fonksiyonel Kortikal Haritalama İnsan elektrokortikografik (ECoG) Sinyaller Kayıt

İnsan bilişsel, duyusal ve motor süreçlerine yönelik nörogörüntüleme çalışmaları genellikle elektroensefalografi (EEG) gibi noninvaziv tekniklere dayanmaktadır, ...

Bu prosedürün amacı, klinik epilepsi izlemi altındaki hastalardan araştırma kalitesinde elektrokortikografik veriler elde etmek ve bu verileri gerçek zamanlı fonksiyonel haritalama yapmak için kullanmaktır. Bu işlem, öncelikle klinik izlemi tehlikeye atmadan veya kesintiye uğratmadan klinik epilepsi izleme sistemine bağlanabilen, araştırma kalitesinde bir sinyal toplama sisteminin kurulmasıyla gerçekleştirilir. Fonksiyonel haritalamanın ikinci adımı, hasta uyanıkken ancak sessizce dinlenirken bazal sinyallerin kaydedilmesidir.Ardından, yüksek gama frekans aralığındaki beyin aktivitesini temsil eden özellikleri çıkarmak için sinyaller işlenir ve bunlar hastanın bazal beyin durumuna dair bir model oluşturmak için kullanılır. Son adımda, Siegfried sisteminin yenilik tespit algoritmaları korteksin yüksek gama aktivitesinin bazal durumdan önemli ölçüde farklı olduğu bölgelerini vurgularken, hastanın basit bilişsel veya motor görevler gerçekleştirmesi sağlanır. Nihayetinde, her bir elektrot konumundaki belirleme katsayısı, görevin gerçekleştirilmesi sırasında hangi kortikal alanların anlamlı aktivasyon gösterdiğini ortaya koyar.Ardından, katılımları kortikal elektriksel stimülasyon harit

recording-human-electrocorticographic-ecog-signals-for

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Sinirbilim

Kaynak: Fehér, K. D. ve diğerleri, Transkraniyal Alternatif Akım Stimülasyonu Sırasında Eşzamanlı Elektroensefalografi Kaydı (tACS). J. Vis. Uzm. (2016)Bu video, beyin aktivitesini kaydederken beyne ritmik elektrik sinyalleri iletmek için eşzamanlı transkraniyal alternatif akım stimülasyonu (tACS) ve elektroensefalografi (EEG) deneylerinin kurulumunu göstermektedir. Prosedür, elektrot izolasyonunu sağlar ve doğru stimülasyon ve temiz EEG sinyalleri için jel köprülemesini önler.

İnsan Beyin Aktivitesini Kaydetmek için Eşzamanlı Transkraniyal Alternatif Akım Stimülasyonu ve Elektroensefalografinin Kurulması

Bu video, dikkat tabanlı bir görsel stimülasyon testi sırasında elektroensefalografi (EEG) ve derin beyin stimülasyonu (DBS) elektrotları kullanılarak kortikal ve subkortikal nöronal aktivitenin kaydedilmesi sürecini göstermektedir.

Elektrot Sistemleri Kullanılarak Kortikal ve Subkortikal Nöronal Aktivitenin Kaydedilmesi

Biz burada insan epileptik kortikal doku çoklu elektrot dizisi kayıtları nasıl gerçekleştirileceğini açıklar. Interiktal ve iktal olayların epileptik doku rezeksiyonu, dilim hazırlık ve multi-elektrot dizisi kayıtları ayrıntılı olarak gösterilmiştir.

İnsan Epileptik Ameliyat sonrası Kortikal Doku Çok elektrot Dizi Kayıtlar

Mevcut protokol, lokal alan potansiyellerinin ve non-invaziv beyin kortikal aktivitesinin (EEG) eş zamanlı nörofizyolojik kaydı ile bazal gangliyonlardaki bilişsel-duygusal fonksiyonları değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Prosedür, duygusal çağrışımlı konuşma uyaranlarını içeren paradigmaların veya bilişsel kontrolü içeren Flanker görevinin kullanılmasıyla örneklendirilmiştir.

İnsanlarda Kombine İnvaziv subkortikal ve Bilişsel Değerlendirme Non-invaziv Yüzey Nörofizyolojik Kayıtlar ve Duygusal Fonksiyonlar

Görüntüleme yöntemi, Imaging kronolojik zamanmekansal fMRI kýsýtlanmýþ EEG kaynağı olarak bilinen yöntemi bir EEG-fMRI multimodal burada açıklanmıştır. Koşullu olarak aktif fMRI alt haritalar veya sabıkası EEG kaynak yerelleştirme kayma özgüllük geliştirir ve hatalı sonuçlar sınırlar bir şekilde gösterecek, sunulan yöntemi kullanır.

Eşzamanlı EEG ve fonksiyonel MRI kayıt ve entegrasyon analiz dinamik Kortikal faaliyet görüntüleme için

Biz bir bütün-kortikal electrocorticographic dizi sürekli korteks, şakak oksipital kutup ve frontal direkleri neredeyse tüm yan yüzeyine kapsayan ortak marmoset için geliştirdik. Bu iletişim kuralı dizinin marmoset beyin epidural uzayda bir kronik implantasyon yordam açıklanır.

Kronik yaygın Marmoset bütün kortikal Electrocorticographic dizide implantasyonu

Burada Ti3C2 MXene mikroelektrot dizileri imal etmek ve in vivo nöral kayıt için bunları kullanmak için bir yöntem açıklar.

In Vivo Nöral Kayıt için Ti3C2 MXen Mikroelektrot Dizilerinin İmalatı

Burada, bir minipig modelinde yumuşak subdural elektrot dizilerinin uzun süreli performans ve güvenlik değerlendirmesi için cerrahi yöntem ve araçları, postoperatif manyetik rezonans görüntülemeyi, işitsel korteksin elektrofizyolojisini, implantın elektrokimyasal özelliklerini ve postmortem immünokimyayı açıklayan bir yöntem sunuyoruz.

Minipiglerde Subdural Yumuşak Elektrokortikografi (ECoG) Dizisi İmplantasyonu ve Uzun Süreli Kortikal Kayıt

Çoklu manyetik rezonans görüntüleme (MRG) veri modaliteleri ile bilgilendirilen, kortikal ağların elektroensefalografi (TMS-EEG) haritalaması ile birlikte kişiselleştirilmiş transkraniyal manyetik stimülasyon için yeni bir protokol.

Gerçek Zamanlı Kortikal Ağ Haritalaması için Nörogörüntüleme Kılavuzluğunda TMS-EEG

Burada, sıçanlarda ve farelerde yüksek yoğunluklu mikro-elektrokortikografi (μEcoG) kaydı için cerrahi, implantasyon ve kayıt yöntemleri dahil olmak üzere iki protokol sunuyoruz. μECoG kayıtları, sıçan işitsel korteksinde laminer politrod kaydı veya fare somatosensoriyel korteksindeki nöral aktivitenin optogenetik manipülasyonu ile kombinasyon halinde gerçekleştirilir.

Kemirgenlerde Laminer Politrodlar ve Optogenetiğin Mikro Elektrokortikografi ile Entegre Edilmesi ile Kortikal İşlemenin Çok Ölçekli Araştırılması

Öğrenin, epilepsi hastalarından ECoG sinyalleri kaydederek BCI2000 ile gerçek zamanlı fonksiyonel kortikal haritalama yapmayı. Yüksek gama aktivitesi analizi ve SIGFRIED aracı kullanılarak bilişsel görevler sırasında kortikal aktivasyon alanları belirlenir.

Nörobilimsel Araştırma ve Gerçek-zamanlı Fonksiyonel Kortikal Haritalama İnsan elektrokortikografik (ECoG) Sinyaller Kayıt

Daha fazla video keşfet