Insan Epilepsi hastalarında eşzamanlı göz Izleme ve tek nöron kayıtları
17 Haziran 2019
Biz insanlarda eşzamanlı göz izleme ile tek nöron kayıtları yürütmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Biz bu yöntemin yardımcı programı göstermek ve görsel bir arama hedefleri kodlamak insan medial temporal lob nöronlar elde etmek için bu yaklaşımı nasıl kullanıldığını göstermek.
Tekniğimizin temel avantajı, başucunda derinlik elektrotları bulunan hastalarda vaka pozisyonunun, gözbebeğinin büyüklüğünün ve tek nöronların eşzamanlı olarak kaydedilmesine olanak sağlamasıdır. Bu bize aktivitesi göz hareketlerine duyarlı ve şu anda sabitlenmiş uyarıcı kimliğine insan beyninde nöronlar olup olmadığını belirlemek için izin verir. Bu teknik belirli bir hastalığı incelemek için tasarlanmasa da, anormal göz hareketleri veya diğer oküler motor anormallikleri ile sonuçlanan nörolojik hastalıkları incelemek için uygundur.
Prosedürü gösteren nand Chandravadia ve James Lee, benim laboratuvar araştırma ortakları olacaktır. Ve Erika Quan, Cedars-Sinai'de nörodiagnostik teknisyeni. Başlamak için elektrotları kayıt sistemine bağlayın ve hastayı dik oturarak konumlandırın.
Daha sonra uyarıcı bilgisayarı elektrofizyoloji sistemine ve göz izleyicisine bağlayın. Uzaktan non-invaziv kızılötesi göz izleme sistemini sağlam bir mobil sepete yerleştirin. Ardından, sepete LCD ekran tutan esnek bir kol takın.
Göz izleme sepetine tam şarjlı kesintisiz güç kaynağı yerleştirin ve harici bir güç kaynağı yerine göz izlemeyle ilgili tüm cihazları güç kaynağına bağlayın. Hastaya bağlı IV aygıtın pille çalışan ve duvara takılı olmadığından emin olun. Göz izleme yazılımını başlatın.
Hasta ile LCD ekran arasındaki mesafeyi 60 ile 70 santimetre arasında ayarlayın. Ayrıca LCD ekranın açısını ekranın yüzeyinin hastanın yüzüne yaklaşık olarak paralel olacak şekilde ayarlayın. Göz izleyicisinin baş hareketlerine uyum sağlayabilmeleri için hastanın alnına bir etiket yerleştirin.
Şimdi, ekranın yüksekliğini hastanın kafasına göre ayarlayın, göz izleyicisinin kamerası yaklaşık olarak hastanın burnunun yüksekliğindedir. Hastaya bir düğme kutusu veya klavye sağlayın. Denemeyi başlatmadan önce tetikleyicilerin ve düğmeye basmanın düzgün kaydedildiğini doğrulayın.
Satın alma yazılımını başlatın. İlk olarak geniş bant yerel alan potansiyellerini görsel olarak inceleyin ve hat gürültüsüyle kirlenmediğinden emin olun. Aksi takdirde gürültüyü gidermek için standart yordamları uygulayın.
Tek nöronları tanımlamak için bant geçişi sinyali 300 hertz'den sekiz kilohertz'e kadar filtreleyin. Her microwire paketi için bir referans olarak sekiz microwires birini seçin. Kayıt yapmadan önce verileri nrd dosyası olarak kaydetmeyi etkinleştirin.
Hedef işaretleyici, baş mesafesi, göz bebeği ve kornea yansıması hazır olarak işaretlenir, böylece göz izleyicisi ve hasta arasındaki mesafeyi ve açıyı ayarlayın. Bu göz izleme yazılımı yeşil gösterilir. Kaydedilecek göz tıklayın ve 500 hertz için örnekleme oranı ayarlayın.
Göz bebeğinin otomatik ayarını ve kornea yansıma eşiğini kullanın. Her bloğun başında yerleşik ızgara yöntemi ile göz izci kalibre. Göz konumlarını doğrulayın bir ızgara olarak güzel kayıt.
Aksi takdirde, kalibrasyonu yeniden yapın. Kalibrasyonu kabul edin ve doğrulamayı yapın. Maksimum doğrulama hatası iki dereceden azsa ve ortalama doğrulama hatası bir dereceden azsa doğrulamayı kabul edin.
Aksi takdirde, doğrulamayı yeniden yapın. Daha sonra, sürüklenme düzeltme gerçekleştirmek ve gerçek deneme devam edin. Bu görsel arama görevinde, bu grup tarafından gerçekleştirilen önceki bir çalışmadaki uyaranları kullanın ve daha önce açıklandığı gibi görev yordamını izleyin.
Katılımcılara görev yönergeleri sağlayın. Katılımcılara arama dizisinde bir hedef öğe bulmalarını ve mümkün olan en kısa sürede yanıt vermelerini öğretin. Katılımcılara, hedefi bulurlarsa yanıt kutusunun sol düğmesine basmalarını ve hedefin olmadığını düşünüyorlarsa sağ düğmeye basmalarını emredin.
Katılımcılara, hedef-mevcut ve hedef-yok denemeleri olacağını açıkça belirtin. Uyarıcı sunum yazılımı başlatın ve görevi çalıştırın. Bir saniyeiçin bir hedef ipucu sunun ve uyarıcı sunum yazılımını kullanarak arama dizisini sunun.
Düğmeye basarak kaydedin ve katılımcılara deneme geri bildirimi ile deneme geri bildirimi sağlayın. Bu yöntemin kullanımını göstermek için, 228 tek nöronlar insan medial temporal lob kaydedildi hastalar burada gösterildiği gibi görsel bir arama görevi yaparken. Bu görev sırasında, nöronların aktivitesi nin hedeflerdeki fiksasyonlar ile dikkat dağıtıcılar arasında ayrım yapıp olmadığı araştırıldı.
Düğme tuşuna basıldığında, hedef-mevcut çalışmalar ile hedef-eksik denemeler arasında farklı aktivite gösteren nöronlar bulundu. Siyah çizgiler, arama sırasının başlangıcını ve mahsupunu temsil eder. Bu nöron hedef-mevcut çalışmalar için ateşleme oranını artırdı ama hedef-yok denemeler için değil.
Tersine, bu nöron hedef-mevcut çalışmalar için ateşleme oranını azalttı ama hedef-yok denemeler için değil. Medial temporal lob nöronların bir alt kümesi dikkat dağıtıcılar karşı hedeflere fiksasyonlar arasında önemli ölçüde farklı aktiviteler gösterdi. Ayrıca, bu tür hedef nöronun bir türü dikkat dağıtıcılara göre hedeflere daha büyük bir tepki vererken, diğeri de hedeflere göre dikkat dağıtıcılara daha büyük bir tepki verebsahipti.
Birlikte, bu sonuç medial temporal lob nöronlar bir alt kümesi mevcut fiksasyon bir hedef indi olup olmadığını kodlamak gösterir. Göz izleyicisinin kayda gürültü sokmadığından emin olmak çok önemlidir. Denemeler gerçekleştirilmeden önce herhangi bir gürültü kaldırılmalıdır.
Gürültü devam ederse, uyarıcıyı nesnenin görüntülemek için kullandığı ekranın harici bir güç kaynağına sahip olduğundan emin olun. Genellikle üst düzey ses uygulamaları için kullanılan daha yüksek kaliteli güç kaynakları için güç kaynakları değişimi. Bu prosedürütaki analizler, araştırmacının göz hareketlerine verilen nöronal tepkileri araştırmasını sağlayacak verilerden bilgi elde etmek için ani artışlar ve göz hareketlerinin analizi yapılır.
Bu yöntem, nöronların bir sahnedeki ilginç nesnelere fiksasyonları nasıl topluca yönlendirtikleri gibi fiksasyonların analizini gerektiren birçok yanıtlanmamış soruyu keşfetmenin yolunu açarak ortaya çıkar.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, insanlarda göz hareketlerini eşzamanlı olarak takip ederken tek nöron kayıtlarının gerçekleştirilmesi için bir yöntemi açıklar. Teknik, araştırmacıların insan medial temporal lobundaki görsel arama hedefleriyle ilgili nöronal aktiviteyi araştırmalarına olanak tanır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Sinirbilim
- Elektrofizyoloji
- Görsel Biliş
Arka Plan
- Tek nöron kayıtları beyin fonksiyonu hakkında bilgiler sağlar.
- Göz izleme, görsel dikkatin nasıl dağaldığını ortaya çıkarabilir.
- Görsel uyaranlara nöronal tepkileri anlamak sinirbilim için çok önemlidir.
- Bu yöntem, genellikle derinlik elektrotları olan hastalarda klinik ortamlarda uygulanabilir.
Çalışmanın Amacı
- Eşzamanlı göz izleme ve tek nöron kayıtları için bir teknik göstermek.
- Göz hareketlerine ve görsel uyaranlara duyarlı nöronları tanımlamak.
- Göz hareketlerini etkileyen nörolojik hastalıklar üzerinde araştırma yapmayı kolaylaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Elektrodları bir kayıt sistemine bağlayın.
- Optimal kayıt için hastayı dik pozisyona getirin.
- Göz hareketlerini takip ederken nöronal aktiviteyi kaydedin.
- Nöronal ateşlenme ile görsel hedefler arasındaki ilişkiyi analiz edin.
Ana Sonuçlar
- Klinik ortamda yöntemin uygulanabilirliğini gösterdi.
- Görsel aramaya duyarlı medial temporal lobun nöronlarını tanımladı.
- Göz hareketlerinin nöronal aktiviteyi nasıl etkilediğini gösterdi.
- Oküler motor anormallikleri incelemek için bir temel sağladı.
Sonuçlar
- Teknik, insanlarda görsel işlemeyi incelemek için etkilidir.
- Nörolojik durumlar üzerinde araştırma için yeni yollar açar.
- Gelecek çalışmalar beyin fonksiyonu hakkında daha derin bilgiler için bu yöntemi kullanabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
This method bridges animal neurophysiology and human cognitive neuroscience by enabling simultaneous single-neuron recordings and eye tracking in behaving humans. It provides a direct readout of neuronal correlates of visual attention and target selection, supporting mechanistic de-risking in target validation for neuropsychiatric and neurodegenerative disorders. The approach enhances predictive confidence in preclinical models by validating human-relevant neural mechanisms underlying sensory processing and decision-making.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by linking single-neuron activity to visual target identification in human medial temporal lobe.
- Operational Value: Supports biological de-risking through direct observation of neuronal responses to task-relevant stimuli in a clinically relevant system.
- Predictive Value: Identifies target neurons whose firing reflects top-down attention, offering a biomarker for attentional network function in disease models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated neuronal-eye movement readouts for downstream compound screening in visual processing assays.
- Operational Value: Ensures assay standardization via synchronized electrophysiology and eye tracking outputs, reducing variability in neuronal response measurements.
- Scalability: Enables platform reuse across cognitive tasks by maintaining stable signal acquisition from depth electrodes and eye tracking systems.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase neuronal targeting mechanisms to preclinical validation through conserved attentional pathways.
- Disease-Relevant System: Applicable to modeling neurological conditions with ocular motor abnormalities, such as Parkinson’s or schizophrenia, where attentional deficits are prevalent.
- Mechanistic De-risking: Clarifies whether candidate compounds modulate specific neuronal populations involved in target vs. distractor discrimination.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from hypothesis testing in early discovery to lead identification via functional validation of neuronal targets involved in visual attention and decision-making.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by isolating neuronal populations that differentially encode target vs. distractor fixations during visual search.
- Screening: Delivers quantitative, spike-sorted neuronal data time-locked to eye movement events, enabling reliable compound effect assessment.
- Analytics: Provides single-unit firing rates and eye movement metrics (position, pupil size) as co-registered readouts for correlational and causal analysis.
- Translational Research: Aligns with biomarker development by identifying neuronal signatures of attentional load and target engagement.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable neurophysiological platform for studying visual cognition across therapeutic areas.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by validating human neuronal mechanisms of attention, reducing reliance on inferential models.
- Operational Value: Standardizes multi-modal data acquisition (electrophysiology + eye tracking) for reproducible cross-laboratory use.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing early evidence of target engagement in human-relevant neural circuits.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds based on effects on attentional processing networks.
Implementation Considerations
- Requires expertise in intracranial electrophysiology, eye tracking systems, and behavioral task design.
- Depends on synchronized recording hardware, stimulus presentation software, and noise-minimizing power infrastructure (e.g., UPS, isolated supplies).
- Necessitates cross-team standardization between neurology, neurophysiology, and vision science teams for consistent electrode placement and calibration.
- Involves adaptation considerations for varying electrode locations beyond medial temporal lobe to assess regional specificity of attentional encoding.
- Limited by patient availability and invasiveness; best suited for hypothesis-driven studies rather than high-throughput screening.
