Intracranial इलेक्ट्रोड के साथ विषयों में व्यवहार कार्यों का प्रदर्शन

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Behavior

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Summary

Intracranial इलेक्ट्रोड के साथ प्रत्यारोपित मरीजों रोगी व्यवहार कार्य करता है, जबकि मस्तिष्क के कई क्षेत्रों से स्नायविक डेटा रिकॉर्ड करने के लिए एक अनूठा अवसर प्रदान करते हैं. यहाँ, हम इस रोगी जनसंख्या के उपयोग के साथ अन्य संस्थानों में प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य हो सकता है कि प्रत्यारोपित मरीजों से रिकॉर्डिंग की एक विधि प्रस्तुत करते हैं.

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Johnson, M. A., Thompson, S., Gonzalez-Martinez, J., Park, H. J., Bulacio, J., Najm, I., Kahn, K., Kerr, M., Sarma, S. V., Gale, J. T. Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes. J. Vis. Exp. (92), e51947, doi:10.3791/51947 (2014).

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Abstract

स्टीरियो Electroencephalography (Seeg) इलेक्ट्रोड, अवदृढ़तानिकी ग्रिड या गहराई इलेक्ट्रोड प्रत्यारोपण होने के मरीजों उनके जब्ती फोकस और वाक्पटु क्षेत्रों के स्थानीयकरण के लिए उनके मस्तिष्क के विभिन्न क्षेत्रों में प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड की एक भीड़ है. मस्तिष्क के रोग क्षेत्र में पाया गया है और संभवतः resected है जब तक आरोपण के बाद, रोगी अस्पताल में ही रहना चाहिए. व्यवहार मानदंड के किसी भी संख्या तंत्रिका को उजागर करने के लिए किया है कि गाइड व्यवहार संबद्ध किया जा सकता है, क्योंकि इस समय के दौरान, इन रोगियों अनुसंधान समुदाय के लिए एक अनूठा अवसर प्रदान करते हैं. विषयों निर्णय लेने और इनाम एन्कोडिंग का आकलन करने के लिए बनाया गया एक व्यवहार कार्य प्रदर्शन के रूप में यहाँ हम intracranial प्रत्यारोपण से मस्तिष्क गतिविधि की रिकॉर्डिंग के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं. Intracranial इलेक्ट्रोड से सभी electrophysiological डेटा समय में एक ही समारोह में शामिल कई मस्तिष्क क्षेत्रों की परीक्षा के लिए अनुमति देता है, व्यवहार कार्य के दौरान व्यवहार के लिए प्रासंगिक तराजू दर्ज हैं.इसके अलावा, और जानवरों के अध्ययन के विपरीत, मानव रोगियों में एक ही विषय में या प्रदर्शन के नियंत्रण के लिए एक से अधिक कार्य प्रदर्शन करने की क्षमता के लिए अनुमति देता है, जल्दी से व्यवहार कार्यों की एक विस्तृत विविधता सीख सकते हैं. मानव मस्तिष्क समारोह को समझने के लिए इस तकनीक के कई फायदे के बावजूद, रोगग्रस्त ऊतकों से पर्यावरणीय कारकों, एनाल्जेसिक प्रभाव, समय की कमी और रिकॉर्डिंग सहित हम चर्चा है कि methodological सीमाओं, वहाँ भी कर रहे हैं. इस विधि को आसानी से intracranial आकलन करता है कि किसी भी संस्था द्वारा कार्यान्वित किया जा सकता है; सीधे व्यवहार के दौरान मानव मस्तिष्क समारोह की जांच करने का अवसर प्रदान करते हैं.

Introduction

मिरगी न्यूरॉन्स के समूहों से अत्यधिक बिजली के निर्वहन से उत्पन्न चिरकाल आवर्तक बरामदगी की विशेषता है, सबसे आम मस्तिष्क विकारों में से एक है. मिरगी दुनिया भर में लगभग 50 लाख लोगों को और मिर्गी के साथ सभी व्यक्तियों के लगभग 40% पूरी तरह से चिकित्सा उपचार 1 से नियंत्रित नहीं किया जा सकता है कि असभ्य बरामदगी है को प्रभावित करता है. स्थानीयकृत और शल्य चिकित्सा द्वारा हटा या काट रहे हैं - बरामदगी की पीढ़ी (ईज़ी मिगी उत्पन्न करने वाला क्षेत्र) के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क क्षेत्रों अगर सर्जरी जब्ती मुक्त स्थिति में हो सकता है. संरचनात्मक ईज़ी के स्थान और संभव cortical और subcortical वाक्पटु क्षेत्रों के साथ अपनी निकटता को परिभाषित करने के लिए, गैर इनवेसिव उपकरणों की एक सरणी उपलब्ध हैं: जब्ती लाक्षणिकता, वीडियो खोपड़ी electroencephalographic रिकॉर्डिंग (ictal और interictal रिकॉर्डिंग), neuropsychological परीक्षण का विश्लेषण , magnetoencephalography (एमईजी) और एमआरआई 2. Noninvasive डेटा precisel करने के लिए अपर्याप्त है जबवाक्पटु cortical और subcortical क्षेत्रों या बहु फोकल बरामदगी के लिए संभावना है, जब पुरानी इनवेसिव निगरानी 3,4 आवश्यक हो सकता है की जल्दी शामिल होने के संदेह नहीं है जब वाई, काल्पनिक ईज़ी के स्थान को परिभाषित.

कई गहराई इलेक्ट्रोड एक तीन में मस्तिष्क में रखा जाता है जब अवदृढ़तानिकी ग्रिड और स्ट्रिप्स, मस्तिष्क की सतह पर रखा इलेक्ट्रोड के साथ, और स्टीरियो Electroencephalography (Seeg), शामिल हो सकते हैं एक ईज़ी के स्थान और सीमाओं को परिभाषित करने के लिए पुरानी इनवेसिव निगरानी के तरीके आयामी फैशन. Penfield और सहयोगियों जिसका pneumoencephalography फैलाना मस्तिष्क शोष 5 खुलासा एक पुराने बाईं कनपटी-पार्श्विका फ्रैक्चर के साथ एक रोगी में एपीड्यूरल एकल संपर्क इलेक्ट्रोड का इस्तेमाल किया और जब अवदृढ़तानिकी intracranial रिकॉर्डिंग शुरू में 1939 में सूचित किया गया है. 1980 के प्रदर्शन के दौरान बाद में, अवदृढ़तानिकी ग्रिड सरणियों का उपयोग कई प्रकाशनों के बाद और अधिक लोकप्रिय बन गया है उनकेसुरक्षा और प्रभावकारिता 6. Seeg विधि विकसित की है और जीन Tailarach और जीन Bancaud द्वारा फ्रांस में लोकप्रिय 50 के दौरान और ज्यादातर आग रोक फोकल मिर्गी 7-9 में आक्रामक मानचित्रण के लिए पसंद की विधि के रूप में फ्रांस और इटली में इस्तेमाल किया गया था.

Seeg के सिद्धांत जब्ती लाक्षणिकता के साथ संबंध में मस्तिष्क के भीतर इसकी मुख्य सिद्धांत के रूप में मिरगी मुक्ति के 3 आयामी स्थानिक लौकिक संगठन लेता है जो anatomo विद्युत नैदानिक ​​सहसंबंध पर आधारित है. आरोपण रणनीति को ध्यान में epileptiform गतिविधि के प्राथमिक संगठन और बरामदगी के प्रचार में शामिल काल्पनिक मिरगी नेटवर्क लेता है कि एक Preimplantation परिकल्पना पर आधारित इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट के साथ, व्यक्तिगत है. कई यूरोपीय और हाल ही में उत्तर अमेरिकी रिपोर्टों के अनुसार, Seeg कार्यप्रणाली गहरी cortical और subcortical संरचनाओं, कई noncontiguous लो से सटीक रिकॉर्डिंग में सक्षम बनाता हैbes, और द्विपक्षीय अन्वेषणों बड़े craniotomies 10-15 के लिए जरूरत से परहेज. बाद में, पश्चात की छवियों प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड का सही शारीरिक स्थिति प्राप्त करने के लिए लिया जाता है. इसके बाद, एक निगरानी अवधि शुरू होता है, जिसमें रोगियों प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड से interictal और ictal गतिविधियों को रिकॉर्ड करने के क्रम में 1 से 4 सप्ताह की अवधि के लिए अस्पताल में ही रहेंगे. वहाँ नहीं जोड़ा जोखिम है और रोगी को आम तौर पर सांसारिक निगरानी अवधि से एक स्वागत योग्य राहत के रूप में शोध अध्ययन विचारों के रूप में यह निगरानी अवधि, घटना से संबंधित Seeg विश्लेषण का उपयोग मस्तिष्क समारोह के अध्ययन के लिए एक उपयुक्त समय है. रिकॉर्डिंग intracranial इलेक्ट्रोड सुधार मूल्यांकन और मिर्गी रोगियों की देखभाल के लिए ही महत्वपूर्ण नहीं हैं से हुई हैं, लेकिन साथ ही व्यवहार मानदंड के दौरान मानव मस्तिष्क की गतिविधियों का अध्ययन करने के लिए असाधारण अवसर प्रदान करते हैं.

कई शोधकर्ताओं ने पहले ही से आक्रामक रिकॉर्डिंग के अध्ययन का अवसर एहसास हो गया हैमिर्गी रोगियों. हिल एट अल. कार्यात्मक cortical मानचित्रण 16 के लिए मरीजों से electrocorticographic (ECoG) संकेतों की रिकॉर्डिंग के लिए कार्यप्रणाली को सूचना दी. ECoG रिकॉर्डिंग भी मोटर भाषा युग्मन 17 अंतर्दृष्टि प्रदान की है. प्रत्यारोपित गहराई इलेक्ट्रोड के साथ मरीजों को 18 और आंदोलन 19 सीखने, याददाश्त में मस्तिष्क दोलनों अध्ययन करने के लिए नौवहन कार्यों प्रदर्शन किया है. गहराई इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग भी ऐसे हिप्पोकैम्पस पैदा की गतिविधि 20, डिफ़ॉल्ट मोड नेटवर्क 21 में तंत्रिका गतिविधि, और भावनात्मक प्रसंस्करण 22 के अस्थायी पाठ्यक्रम के रूप में अन्यथा अप्राप्य अस्थायी समाधान के साथ मानदंड अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया. HUDRY एट अल 23 मिलान अल्पकालिक घ्राण उत्तेजनाओं के लिए उनके प्रमस्तिष्कखंड में प्रत्यारोपित Seeg इलेक्ट्रोड था जो टेम्पोरल लोब मिर्गी के साथ रोगियों का अध्ययन किया. एक अन्य समूह इस तरह स्वस्थ बीआरएआई में हाथ मोड़ या हाथ की एकतरफा आंदोलन या पैर के रूप में सरल अंग आंदोलनों का अध्ययन किया गया हैप्रत्यारोपित Seeg 24,25 के साथ मिरगी रोगियों से n साइटों.

ऊपर वर्णित पढ़ाई प्रासंगिक साहित्य का एक बहुत ही विविध संग्रह का एक छोटा सा नमूना है. जानने के लिए और मानव मस्तिष्क व्यवहार कार्यों और intracranial रिकॉर्डिंग के संयोजन का उपयोग कैसे काम करता है समझने के लिए एक दुर्गम क्षमता मौजूद है. इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए अन्य तरीके हैं, वहीं intracranial रिकॉर्डिंग उच्च अस्थायी और स्थानिक संकल्प के साथ ही गहरे ढांचे के लिए उपयोग सहित कई लाभ के पास है. लेखकों व्यवहार कार्यों के दौरान intracranial इलेक्ट्रोड के साथ रोगियों से रिकॉर्डिंग के लिए सामान्य पद्धति का वर्णन करना है. हालांकि, सफलतापूर्वक देखभाल प्राप्त रोगियों में नैदानिक ​​अनुसंधान को पूरा करने के लिए कई बाधा और बाधाओं को कर रहे हैं. सीमाओं, confounding प्रभाव, और इस शोध के महत्व को भी पहचान और पता लगाया जाएगा.

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Protocol

सभी कार्यों क्लीवलैंड क्लिनिक फाउंडेशन के संस्थागत समीक्षा बोर्ड (आईआरबी) के लिए प्रस्तुत एक अनुमोदित प्रोटोकॉल के अनुसार प्रदर्शन किया गया. एक सूचित सहमति प्रक्रिया सभी अनुसंधान गतिविधियों के लिए पहले प्रत्येक रोगी के साथ आयोजित किया गया. इस उदाहरण में, स्टीरियो Electroencephalography पड़ा है कि अध्ययन कसौटी मिलता है कि एक विषय जब्ती के लिए प्रत्यारोपित (Seeg) इलेक्ट्रोड चुना है. परियोजना विषय के साथ चर्चा की गई और वे भाग लेने के लिए सहमति दे दी है.

1 रोगी नामांकन

  1. Intracranial इलेक्ट्रोड आरोपण के लिए ध्यान में आग रोक मिर्गी के साथ रोगियों का मूल्यांकन. रोगी इनवेसिव सर्जरी के लिए एक अच्छे उम्मीदवार हैं, तो इलेक्ट्रोड की नियुक्ति का अनुकूलन करने के क्रम में मरीज की एमआरआई, पीईटी और एमईजी जब्ती विकृति के साथ विश्लेषण. एक चिकित्सीय टीम के सभी मूल्यांकन बाहर किया जाता है और कोई निर्णय शोध उद्देश्यों के लिए किया जाता है. .
  2. अध्ययन के लिए पात्र रोगियों की पहचान subsequeNT आरोपण के लिए मूल्यांकन करने के लिए और शामिल किए जाने के / अपवर्जन मानदंडों के आधार पर अनुमोदित आईआरबी प्रोटोकॉल के अनुसार रोगियों को सत्यापित.
    नोट: यह शामिल किए जाने के मापदंड में एक चमक के साथ विषयों को शामिल करने के रोगी के सर्वोत्तम हित में है. औरस के साथ मरीजों को वे एक जब्ती है के बारे में हैं कि शोधकर्ताओं को सूचित करने में सक्षम हैं; आवश्यक सावधानी बरतने के लिए शोधकर्ताओं और रोगी समय दे रही है (चिकित्सीय स्टाफ को सूचित करने के लिए जब्ती अलार्म दबाने और रास्ते से बाहर सभी उपकरण खींच). विषयों, एक चमक है रोगी इनपुट डिवाइस आसानी से रोगी क्षेत्र से और है कि हटाया जा सकता है कि यह सुनिश्चित नहीं है कि भर्ती कर रहे हैं हालांकि, अगर स्टाफ अनुसंधान उपकरण और प्रोटोकॉल के बारे में पता है.
  3. आईआरबी के अनुसार किसी भी अनुसंधान गतिविधियों के लिए पूर्व सूचित सहमति प्राप्त करते हैं. सूचित सहमति के दौरान, कि भागीदारी पर बल सख्ती से स्वैच्छिक है और कोई रास्ता नहीं में रोगियों चिकित्सीय देखभाल प्रभाव होगा, अनुसंधान समझा. सबसे वहाँ मामलों मैं मेंकोई प्रत्यक्ष रोगी को लाभ और भाग लेने के लिए अपनी इच्छा परोपकारी है.
  4. हर समय रोगी के अधिकार के लिए सम्मान और गोपनीयता बनाए रखें. उनकी जानकारी के गुमनाम और गोपनीय रहेगा कि रोगियों को याद दिलाते हैं और वे कोई परिणाम के तहत किसी भी समय इस अध्ययन में भागीदारी समाप्त हो सकता है.
  5. रोगी साइन किया है और वह या वह समझता है और अध्ययन में भाग लेने के लिए सहमत अगर सूचित सहमति तारीख. छोड़ दो एक प्रतिलिपि की समीक्षा करने के लिए रोगी के साथ छोड़ दिया जाता है; वे किसी भी प्रश्न या चिंताओं गड़बड़ी संपर्क करने के लिए रोगियों को प्रोत्साहित करना चाहिए.

2 व्यवहार सिस्टम सेट अप

  1. कमरे में उपकरण लाने से पहले, आवश्यक दुकानों (2) करने के लिए पर्याप्त रोगी के कमरे में अंतरिक्ष, साथ ही उपयोग सुनिश्चित करते हैं कि.
  2. सभी उपकरण और तार सेट अप में तेजी लाने के लिए तैयार हैं कि जाँच करें. व्यवहार प्रणाली एक एफडीए ऑन करने के लिए विषय की अनुमति देता है जो रोबोट भुजा (अनुमोदित शामिलrol कार्य के दौरान एक कर्सर), एक लैपटॉप कंप्यूटर व्यवहार कार्यक्रम, कार्य उत्तेजनाओं पेश करने के लिए एक निगरानी, ​​और electrophysiological और व्यवहार डेटा स्टोर करने के लिए एक डाटा अधिग्रहण प्रणाली को नियंत्रित करने के लिए.
    ध्यान दें: एक शोध के विशिष्ट जरूरतों को पूरा करने के लिए आवश्यक संशोधन करें. उदाहरण के लिए, रोगी इंटरफेस के बजाय रोबोट भुजा के लिए एक बटन बॉक्स का उपयोग करें.
  3. रोगी वर्तमान में कार्य को पूरा हथियारों के साथ एक reclining कुर्सी (या बिस्तर) के लिए रोगी की सहायता के लिए एक उपयुक्त तरीके से तैनात नहीं है, तो वे एक जब्ती होनी चाहिए.
    कि हो सकता है यह समूह रोगियों के साथ बातचीत की जाएगी कैसे, क्या हो रहा है के बारे में सूचित करने के लिए निगरानी इकाई के सभी सदस्यों के साथ आदि अध्ययन डिजाइन, उपकरण, चर्चा करने के लिए एक अच्छा विचार है, और किसी भी संभावित मुद्दों: नोट उत्पन्न होती हैं.
  4. रोगी के लिए तैयार है, कमरे में व्यवहार प्रणाली लाने और व्यवहार प्रणाली और रोबोटिक बांह को बूट शुरू करते हैं.
  5. डिजिटल घटना marke कनेक्टसमय के क्रम में electrophysiological अधिग्रहण प्रणाली के डीसी चैनलों के लिए व्यवहार कंप्यूटर से आर उत्पादन व्यवहार घटना मार्कर के साथ दर्ज Seeg संकेतों ताला.
    नोट: इस केंद्र में नैदानिक ​​अधिग्रहण प्रणाली के साथ हस्तक्षेप नहीं करता है जो अनुसंधान प्रयोजनों के लिए नामित एक अलग electrophysiological अधिग्रहण प्रणाली है. हालांकि, यह उचित कर्मियों के साथ काम करके नैदानिक ​​अधिग्रहण प्रणाली का उपयोग संभव है. सभी प्रयासों नैदानिक ​​अधिग्रहण को बाधित करने के लिए नहीं किया जाना चाहिए.
  6. रोबोट भुजा जांचना और यह ऐसी गति की सीमा रोगी के लिए सुविधाजनक है कि स्थिति. एक और इंटरफेस डिवाइस का उपयोग करते हैं, तो उपकरण सही ढंग से काम कर रहा है और इस विषय का उपयोग करने के लिए आराम से तैनात है कि यह सुनिश्चित करें.
  7. रोबोट भुजा का उपयोग करते समय, आपातकालीन बंद बटन व्यवहार कार्य के दौरान शोधकर्ताओं द्वारा आसानी से सुलभ हैं कि सुनिश्चित करते हैं. एक जब्ती की स्थिति में आपातकालीन बटन बंद हैदबाया और वे खुद को नुकसान नहीं है कि इतनी उपकरण दूर रोगी से खींच लिया है. इसके अलावा, हम एक जब्ती होती है मामले में रोगी से हटाने की सुविधा के लिए रोबोट प्रणाली के साथ आते हैं कि वेल्क्रो पट्टियों का उपयोग नहीं करते.
    नोट: इस उदाहरण में, व्यवहार रिग के समानांतर बंदरगाह एक समानांतर बंदरगाह केबल का उपयोग अधिग्रहण प्रणाली के डिजिटल इनपुट बंदरगाह से जुड़ा है. इस तरह के रोबोट भुजा के एक्स और वाई स्थिति के रूप में अतिरिक्त अनुरूप संकेतों एक साथ दर्ज हैं.

3 व्यवहार कार्य

  1. इंटरफेस डिवाइस का सेट अप रिग और अंशांकन के पूरा होने के बाद मरीज को कार्य के बारे में बताएं.
  2. "युद्ध" के बच्चों के कार्ड खेल के समान व्यवहार कार्य का प्रयोग करें. उनके कार्ड कंप्यूटर के कार्ड से अधिक है के रूप में दांव बनाने के लिए रोगी पूछो. दांव का चुनाव उनके कार्ड के सापेक्ष मूल्य के मरीजों की धारणा पर आधारित है. टी सरल बनाएँकेवल एक ही सूट के कार्ड का उपयोग कर और 2, 4, 6, 8, और 10 गिने कार्ड के लिए डेक को सीमित करके, बाद के विश्लेषण के लिए पूछना.
  3. 350 मिसे के लिए स्क्रीन पर एक नियतन क्यू दिखाएँ. रोगी कार्य आरंभ करने के लिए निर्धारण निशान पर कर्सर धारण किया जाता है.
  4. 1000 मिसे के लिए प्रोत्साहन दिखाएँ. यह नीचे का सामना करने के लिए अगले रोगी कंप्यूटर के कार्ड के साथ अपने कार्ड को देखने के लिए अनुमति देते हैं.
  5. कार्ड लापता होने के बाद, एक जाने क्यू (<5000 मिसे) उनके कार्ड के आधार पर या तो $ 5 या $ 20, शर्त करने के लिए रोगी पूछ, दो विकल्प प्रदर्शित दिखा. अपने चुने हुए बाजी खत्म, रोबोट भुजा का उपयोग कर्सर ले जाकर शर्त जगह करने के लिए रोगी पूछो. स्थिति पर आधारित कोई पूर्वाग्रह सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण करने के लिए परीक्षण से दांव स्थिति यादृच्छिक करें.
  6. (- 1250 मिसे 1000) कंप्यूटर के कार्ड के रहस्योद्घाटन के द्वारा पीछा 500 मिसे देरी (खाली स्क्रीन), - दांव चयनित किया गया है, के बाद एक 250 नोटिस. , परीक्षण एक जीत थी, चाहे परिणाम (1000 मिसे) निरीक्षण खो, या आकर्षित औरकितना जीता या खो गया था.
  7. वे अपने प्रदर्शन में विश्वास कर रहे हैं और कोई सवाल नहीं है जब तक रोगी का अभ्यास करने की अनुमति दें.

4 डाटा अधिग्रहण

  1. रोगी के लिए तैयार है जब डेटा रिकॉर्ड और अनुसंधान (या नैदानिक) अधिग्रहण प्रणाली पर सेटिंग्स उचित चयन कर रहे हैं कि सत्यापित.
  2. रिकॉर्डिंग के दौरान एक न्यूनतम करने के लिए पृष्ठभूमि शोर रखने के लिए कमरे में रोशनी और टीवी बंद करें. साथ ही, इस तरह, उनके पैर दोहन बात कर या उनके पैर हिला के रूप में व्यवहार करने से बचना रोगी पूछना.
  3. काम शुरू हो और कार्य प्रदर्शन रोगी रिकॉर्ड. 30 मिनट के लिए कार्य करने के लिए विषय से पूछो. रोबोट भुजा प्रणाली का नमूना दर 1 kHz है, और Seeg रिकॉर्डिंग सिस्टम की कि 2 kHz है.
    नोट: इस अवधि में अन्य मानदंड के लिए अलग हो सकता है.

5 डेटा विश्लेषण

  1. सबसे पहले, यह सुनिश्चित करने के लिए रिकॉर्ड Seeg डेटा de-पहचान है कि मरीज की सूचनाtion गोपनीय रहता है और उसकी / उसके डेटा गुमनाम प्रस्तुत की है कि.
  2. पश्चात की सीटी और preoperative एमआरआई से इलेक्ट्रोड स्थानों के निर्देशांक प्राप्त करते हैं.
  3. व्यवहार कार्य से हितों के डिजिटल timestamps के साथ neurophysiological रिकॉर्डिंग संरेखित करें.
  4. घटना निर्भर मस्तिष्क गतिविधि मॉडुलन का विश्लेषण करने के लिए संकेत विश्लेषण के तरीकों को लागू करें.
    नोट: इस अध्ययन में, Seeg संकेतों से संबंधित घटना की शक्ति वर्णक्रमीय घनत्व (PSD) Chronux multitaper उपकरण बॉक्स 26,27 उपयोग कर की गणना की गई थी. प्रत्येक परीक्षण डेटा प्रासंगिक घटना के संबंध में (समय शून्य) के साथ गठबंधन किया था, और गणना PSD आधारभूत PSD के संबंध में प्रत्येक आवृत्ति बिन में सामान्यीकृत था.

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Representative Results

इन परिणामों में हम युद्ध टास्क खेल रहे एक विषय में कब्जा लिम्बिक सिस्टम से Seeg डेटा का विश्लेषण प्रस्तुत करते हैं. लिम्बिक सिस्टम (चित्रा 1) में - (150 हर्ट्ज 40) मॉडुलन हम युद्ध कार्य के विभिन्न पहलुओं महत्वपूर्ण गामा बैंड आह्वान है कि प्रदर्शन कर सकते हैं. परवाह किए बिना काम आकस्मिकता की, दृश्य प्रांतस्था में, एक तेजी से विलंबता में स्क्रीन परिणामों पर एक वस्तु की प्रस्तुति (~ 200 मिसे) विस्तृत बैंड प्रतिक्रिया के रूप में देखा. इसके अलावा, पुरस्कृत परीक्षणों की तुलना में इनाम की अवधि के दौरान प्रतिक्रिया और पदक मिला परीक्षण के लिए पैदा की प्रतिक्रिया की शक्ति के बीच एक संभावित अंतर की अवधि में अंतर प्रतीत होता है. इसके विपरीत, अवर ललाट गाइरस ही इनाम में परिणाम है कि परीक्षणों में संग्राहक है. इस मॉडुलन इनाम जानकारी संसाधित किया जा रहा था जब एक अवधि के सुझाव, विलंबता (~ 500 मिसे) में रह गया था. इनाम से संबंधित जवाबदेही के इस भाग के समारोह के साथ संगत हैप्रांतस्था, यह अवर ललाट गाइरस निर्णय लेने और इनाम मूल्यांकन 28 में शामिल है सोचा है कि के रूप में.

इस विश्लेषण में, हम यह गतिविधि के इस बैंड संज्ञानात्मक प्रसंस्करण 29 का प्रतिनिधित्व करता है कि सोचा है, के रूप में गामा बैंड रेंज में electrophysiological डेटा की आवृत्ति सामग्री की जांच करने के लिए चुना है. हालांकि, इस तरह आवृत्ति अन्य बैंड में सामग्री, पैदा गतिविधि, या नेटवर्क आधारित विश्लेषण के रूप में व्यवहार कार्यों, के लिए स्थानीय क्षेत्र डेटा रिश्तेदार को नियोजित किया जा सकता है कि विश्लेषण तकनीक की एक बड़ी विविधता है. इसके अलावा, ऑफ़लाइन सांख्यिकीय विश्लेषण व्यवहार कार्यों के लिए सम्मान के साथ सांख्यिकीय महत्व चित्रित करना होगा.

चित्रा 1
युद्ध में तीन अलग अलग epochs (टी = 0) को गतिविधि रिश्तेदार की चित्रा 1. पावर स्पेक्ट्रम. टास्क पहली पंक्ति अवर ललाट गाइरस की गतिविधि को दर्शाया गया है और दूसरी पंक्ति दृश्य प्रांतस्था की गतिविधि, को दर्शाया गया है (एक्स अक्ष: युग, वाई अक्ष के समय सापेक्ष: आवृत्ति और रंग आधारभूत Z-स्कोर रिश्तेदार का प्रतिनिधित्व करता है) . प्रत्येक स्तंभ में रेखांकन के समय शून्य शर्त विकल्प (बाएँ स्तंभ), सकारात्मक इनाम (मध्य स्तंभ) की उपस्थिति, और नकारात्मक इनाम की उपस्थिति (सही स्तंभ) की उपस्थिति का प्रतिनिधित्व करता है. रंग तराजू आधारभूत के संबंध में प्रत्येक आवृत्ति बैंड में दर्ज संकेत शक्ति का प्रतिशत परिवर्तन कर रहे हैं. यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.

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Discussion

यहाँ हम वे एक व्यवहार कार्य में संलग्न के रूप में मानव में intracranial electrophysiological पढ़ाई प्रदर्शन के लिए एक विधि प्रस्तुत किया है. इस पद्धति और अपनी सरल क्रमपरिवर्तन मानव आंदोलन और अनुभूति के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण हैं. स्वाभाविक किसी भी तकनीक के फायदे और नुकसान वहां मौजूद हैं, intracranial इलेक्ट्रोड से रिकॉर्डिंग अन्य electrophysiological और इमेजिंग तकनीक से अधिक लाभ है. प्रमुख लाभ में से दो बेहतर नियंत्रण और व्यवहार कार्यों के डिजाइन के साथ उच्च गुणवत्ता वाले डेटा को इकट्ठा करने की क्षमता है.

Intracranial इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग व्यवहार कार्यों के दौरान मस्तिष्क गतिविधि को मापने के लिए इस्तेमाल किया अन्य तरीकों से अधिक लाभ का एक नंबर है. अर्थात्, अध्ययन का एक विशाल बहुमत उच्च स्थानिक कवरेज लेकिन (- 1.5 सेकंड 1 के आदेश पर) सीमित अस्थायी समाधान का लाभ प्रदान करते हैं, जो इस तरह के fMRI और पीईटी के रूप में प्रयोग इमेजिंग तकनीक, आयोजित किया गया है. जैसे, इन अध्ययनों निहायत अनुमानगतिविधि सापेक्ष में एक परिवर्तन के रूप में मस्तिष्क समारोह राज्यों आधारभूत करने और व्यवहार के विशिष्ट घटकों को गतिशील प्रसंस्करण रिश्तेदार की यथार्थवादी अनुमान प्रदान नहीं कर सकते हैं. मस्तिष्क के भीतर गहरे उत्पन्न एमईजी पढ़ाई, दूसरे हाथ पर, (<1 मिसे) बेहतर अस्थायी समाधान है, लेकिन स्थानिक कवरेज कॉर्टिकल लक्ष्य तक ही सीमित है और संकेतों से चकित किया जा सकता है. वे उच्च अस्थायी समाधान उपलब्ध कराने के रूप में सिंगल और मल्टी यूनिट अध्ययन, मस्तिष्क समारोह में अंतर्दृष्टि प्रदान करने में सफल रहे हैं. हालांकि, पारंपरिक एकल और बहु ​​इकाई के अध्ययन की सीमा के ऊतकों की एक छोटी मात्रा के लिए स्थानिक कवरेज को सीमित करने, सीधे हित के मस्तिष्क क्षेत्र में इलेक्ट्रोड की नियुक्ति से संबंधित है. इसलिए, इन अध्ययनों से मस्तिष्क का एक हिस्सा (या नाभिक) पर ध्यान केंद्रित करते हैं और मस्तिष्क नाभिक व्यवहार 30 नियंत्रित करने के लिए कैसे संवाद परस्पर जांच करने के लिए असफल. इसके विपरीत, intracranial इलेक्ट्रोड उच्च अस्थायी समाधान (1 मिसे) और व्यापक प्रदानशोधकर्ता व्यवहार के समझदार विशिष्ट घटकों में सक्षम समय तराजू पर एक साथ मस्तिष्क के कई संरचनाओं भर में सूचना संसाधन की जांच करने के लिए अनुमति (200 इलेक्ट्रोड पदों तक) स्थानिक कवरेज.

डेटा की गुणवत्ता के अलावा, यह भी इन विषयों में आयोजित किया जा सकता है कि व्यवहार के अध्ययन के डिजाइन के लिए लाभ कर रहे हैं. जानवरों के अध्ययन के विपरीत, मानव रोगियों की संज्ञानात्मक क्षमता तेजी से डाटा अधिग्रहण और बड़ा नमूना आकार के लिए अग्रणी, जटिल कार्यों पर संक्षिप्त प्रशिक्षण अवधि के लिए अनुमति देता है. दूसरे, तंत्रिका गतिविधि तंत्रिका प्रसंस्करण या व्यवहार में या तो प्रजातियों विविधताओं के लिए खाते की आवश्यकता को नष्ट करने, मानव व्यवहार से संबंधित है इन अध्ययनों से प्राप्त की. विषयों विस्तारित अवधि के लिए निगरानी क्षेत्र में हैं और इन अध्ययनों के संचालन में कोई खास खतरा नहीं है, क्योंकि अंत में, यह एक भी कार्य में कई परीक्षणों एकत्र करने के लिए और एक ही में एक से अधिक कार्य करने के लिए संभव हैरोगी. यह सांख्यिकीय शक्ति में सुधार और नियंत्रण परीक्षणों के निष्पादन के लिए अनुमति देता है क्योंकि यह लाभ विशेष महत्व का है. मानव अध्ययन में इस्तेमाल अन्य तकनीकों, समय (यानी, एकल / बहु इकाई ऑपरेटिंग कमरे में रिकॉर्डिंग) और लागत (यानी, fMRI या एमईजी) के साथ मजबूरी मजबूत अनुमान या खाते को बनाने की क्षमता सीमित है जो छोटे डेटा संग्रह अवधियों के लिए नेतृत्व एक मनाया प्रभाव के लिए वैकल्पिक स्पष्टीकरण के लिए. इसके विपरीत, पशु मॉडल में किए गए अध्ययन में लंबे समय रिकॉर्डिंग अवधि के लिए अनुमति देते हैं, लेकिन आम तौर पर होने के कारण व्यवहार प्रशिक्षण की कमी के व्यवहार का एक प्रकार को सीमित कर रहे हैं. इसके अलावा, रोगियों को भी कार्य और कैसे संभावित भविष्य में रोगी अनुभव को बेहतर बनाने पर, सकारात्मक या नकारात्मक, या तो प्रतिक्रिया दे सकता है.

अनुसंधान के इस प्रकार के कई फायदे हैं, साथ ही साथ कुछ नुकसान कर रहे हैं. इन रोगियों को उनके कमरे तक ही सीमित रहे हैं वे afte नजर रखी जा रही है, जबकिआर सर्जरी, व्यवहार कार्य नैदानिक ​​कर्मियों से कमरे में उपकरणों, या रुकावट से दुकानों के स्थान, पृष्ठभूमि शोर शामिल हो सकते हैं जो कक्ष की बाधाओं, के लिए अनुकूल होगा. टिप्पणियों किसी भी अप्रत्याशित कलाकृतियों के लिए जिम्मेदार हो सकता है कि इतना रिकॉर्डिंग के दौरान किया जाना चाहिए. एकत्र आंकड़ों के संबंध में, ईज़ी का पता लगाने के प्रयास में शल्य चिकित्सा टीम द्वारा केवल निर्धारित कर रहे हैं लक्षित मस्तिष्क क्षेत्रों, इसलिए शोधकर्ताओं वे हमेशा अपने आदर्श लक्ष्य से या से प्रभावित नहीं हैं कि मस्तिष्क क्षेत्रों से डेटा इकट्ठा नहीं हो सकता है समझने की जरूरत है रोग. एक और दोष रोगी वे व्यवहार कार्य प्रदर्शन कर रहे हैं समय पर ले जा सकता है कि किसी भी दर्दनाशक दवाओं या दवाओं के प्रभाव confounding के लिए संभावित है. नियंत्रण इन घालमेल के लिए खाते के बिना, दवाओं कार्य करने के लिए मरीज की क्षमता को प्रभावित करेगा कैसे निर्धारित करने के लिए कोई रास्ता नहीं है; कुछ मामलों में, हालांकि, दर्दनाशक दवाओं या दवाओं के प्रभाव च हो सकता हैअध्ययन के ocus.

इस तकनीक के साथ अन्य मुद्दों पर मरीज की सुरक्षा और क्लिनिक electrophysiological डेटा की अखंडता शामिल हैं. अर्थात् हर प्रयास प्रयोगात्मक कार्य के दौरान मरीज को चोट से बचाव के लिए किया जाना चाहिए. उदाहरण के लिए, इस अध्ययन में, हम वे व्यवहार कार्य प्रदर्शन किया है, जबकि एक कुर्सी में रोगियों के लिए चुना. हम इस्तेमाल कुर्सियों हमारे मिरगी जब्ती निगरानी कमरे में एक सामान्य प्रस्तुत कर रहे हैं और जब्ती की घटनाओं के दौरान मरीज की चोट को कम करने के लिए तैयार कर रहे हैं. हम प्रयोग पूरा होने के बाद कुर्सी पर बने रहने के लिए प्रयोग और अनुरोधों को शुरू करने से पहले अक्सर रोगी कुर्सी में पहले से ही है. नैदानिक ​​डेटा की सुरक्षा के संबंध में, अधिग्रहण प्रणाली के लिए कनेक्शन नैदानिक ​​प्रयोजनों के लिए डाटा अधिग्रहण में बाधा पहुँचा के बिना किया जाना चाहिए. हम नैदानिक ​​अधिग्रहण प्रणाली के स्वतंत्र है कि हमारे विषयों में अनुसंधान डाटा इकट्ठा करने के लिए एक दूसरे अधिग्रहण प्रणाली के उपयोग के माध्यम से यह पूरा. हालांकि, इस साल मईव्यवहार प्रस्तुति प्रणाली और पूर्वविवेक अधिग्रहण प्रणाली को व्यवहार सिस्टम को जोड़ने के लिए आवश्यक हार्डवेयर आवश्यकताओं को दिया जाता है, तो अग्रिम में लिए सुधारा जा सकता है जो चिकित्सीय अधिग्रहण प्रणाली, के बीच तुल्यकालन त्रुटियों के कारण. अंत में, अनुसंधान दल विशेष रूप से चिकित्सीय स्टाफ के आसपास का समय निर्धारण के संबंध में, रोगी की चिकित्सा जरूरतों को पूरा करने के लिए लचीला होना चाहिए.

सीधे व्यवहार करने के लिए मानव मस्तिष्क गतिविधि correlating मस्तिष्क समारोह और रोग की समझ अग्रिम करने के लिए एक महत्वपूर्ण अवसर है. intracranial रिकॉर्डिंग के माध्यम से प्राप्त आंकड़ों अन्य आक्रामक और noninvasive तकनीकों से अधिक लाभ का एक नंबर है, लेकिन इन अन्य तकनीक अवैध या अप्रचलित प्रस्तुत करना नहीं है. वास्तव में, intracranial रिकॉर्डिंग और डेटा के संयोजन noninvasively एकत्र या एक पशु मॉडल में स्वतंत्र है और केवल जानकारी processi के तंत्र को समझने की क्षमता को मजबूतएनजी और व्यवहार पर नियंत्रण. मानव electrophysiological प्रयोगों बाधाओं से भरा है और धैर्य का एक बड़ा सौदा की आवश्यकता कर रहे हैं, इन तकनीकों का मानव व्यवहार के संबंध में उपन्यास और रोमांचक जानकारी उपज करने की क्षमता है.

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए संघर्ष नहीं है.

Acknowledgments

इस काम EFRI-MC3 द्वारा समर्थित किया गया था: # 1137237 SVS और JTG को सम्मानित किया

Materials

Name Company Catalog Number Comments
InMotion ARM Interactive Motion Technologies InMotion Arm http://interactive-motion.com/inmotion-arm-the-new-standard-of-care/
Equipment our lab used, can use other equipment to collect data
MATLAB Mathworks Inc MATLAB http://www.mathworks.com/
Need version r2007b or higher to run Monkeylogic
Data Acquisition Toolbox Mathworks Inc Data Acquisition Toolbox http://www.mathworks.com/products/daq/
Must have to run Monkeylogic
Image Processing Toolbox Mathworks Inc Image Processing Toolbox http://www.mathworks.com/products/image/
Must have to run Monkeylogic
Monkeylogic Wael Asaad and David Freedman Monkeylogic http://www.brown.edu/Research/monkeylogic/
Free download, must have MATLAB to run
Chronux  Medametrics, LLC  Data Processing Toolbox http://www.chronux.org/
Brainstorm MEG/EEG Analysis Application http://neuroimage.usc.edu/brainstorm/
Laptop Dell Latitude E5530 http://www.dell.com/us/business/p/latitude-e5530/pd?ST=dell%20latitude%20e5530&dgc=ST&cid=263756&lid=4781504&acd=12309152537461010
NI Card National Instruments NI USB-6008 http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/201986
12-Bit, 10 kS/sec Low-Cost Multifunction DAQ

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