İntrakraniyal Elektrotlarla Bireylerde Davranış Görevler Sahne
Summary
Intrakranial elektrotlar ile implante hastalar, hasta davranışsal görevleri gerçekleştirir ise beynin birden fazla alanlarda nörolojik veri kaydetmek için eşsiz bir fırsat sunmaktadır. İşte, biz bu hasta popülasyonunda erişimi olan diğer kurumlarda tekrarlanabilir olabilir implante hastaların kayıt bir yöntem mevcut.
Abstract
Stereo-elektroensefalografi (Seeg) elektrot, subdural grid veya derinlik elektrot implantlar olan hastalarda, nöbet odağı ve beliğ alanların lokalizasyonu için kendi beynin farklı alanlarında yerleştirilmiş elektrotlar çok sayıda var. Beynin patolojik alanı bulunan ve muhtemelen rezeke kadar implantasyon sonra, hasta hastanede kalmalıdır. Davranışsal paradigmaların herhangi bir sayıda sinirsel ortaya çıkarmak için yapılan bu rehber davranış korelasyon olabilir, çünkü bu süre zarfında, bu hastaların araştırma toplulukları için eşsiz bir fırsat sunuyoruz. Konular karar verme ve ödül kodlama değerlendirmek için tasarlanmış bir davranış görevi gerçekleştirmek gibi burada biz intrakranial implantlar beyin aktivitesini kaydetmek için bir yöntem mevcut. Intrakranial elektrotlar tüm elektrofizyolojik veriler anda tek bir fonksiyonu dahil birçok beyin bölgelerinin incelenmesi için izin davranışsal görevi sırasında davranışı için önemli ölçekleri kaydedilir.Ayrıca, ve hayvan çalışmaların aksine, insan hasta aynı konuda veya performans kontrolleri için birden fazla görevi gerçekleştirmek için yeteneği için izin hızlı davranış görevleri çeşitli öğrenebilirsiniz. İnsan beyni fonksiyonlarını anlamak için bu tekniğin birçok avantajı olmasına rağmen, hastalıklı doku çevresel faktörler, analjezik etkileri, zaman kısıtlamaları ve kayıtlar da dahil biz tartışmak metodolojik sınırlamalar da vardır. Bu yöntem kolaylıkla intrakranial değerlendirmelerini gerçekleştiren herhangi bir kurum tarafından gerçekleştirilebilir; doğrudan davranış sırasında insan beyninin işlevini incelemek için fırsat sağlar.
Introduction
Epilepsi nöronların gruplarından gelen aşırı elektrik deşarjları kaynaklanan kronik tekrarlayan nöbetler ile karakterize, en sık rastlanan beyin bozukluklarından biridir. Epilepsi dünya çapında yaklaşık 50 milyon kişi ve epilepsi ile tüm bireylerin yaklaşık% 40 tamamen medikal tedaviye 1 ile kontrol edilemeyen dirençli nöbetler etkiler. Lokalize ameliyatla çıkarıldı ya da kesilir – nöbet nesil (EZ Epileptojenik bölge) sorumlu beyin bölgeleri ise cerrahi nöbet serbest statüsünde neden olabilir. Anatomik EZ yerini ve olası kortikal ve subkortikal beliğ alanları ile olan yakınlığı tanımlamak için, non-invaziv araçlar bir dizi mevcuttur: nöbet göstergebilim, video kafa derisi elektroensefalografi kayıtları (iktal ve interiktal kayıtları), nöropsikolojik test analizi , manyetoensefalografi (MEG) ve MRG 2. Invaziv olmayan veri precisel yetersiz olduğundabeliğ kortikal ve subkortikal bölgelerde veya multi-fokal nöbetler için olasılığı olduğunda, kronik invaziv izleme 3,4 gerekebilir erken tutulum şüphesi olduğunda y, varsayımsal EZ konumunu tanımlamak.
Birden fazla derinlik elektrotlar bir üç-beyinde yerleştirilir subdural ızgaraları ve şeritler, beynin yüzeyine yerleştirilir elektrotlar ile, ve stereo-elektroensefalografi (Seeg), içerebilir bir EZ yerini ve sınırlarını tanımlayan kronik invaziv izleme yöntemleri boyutlu moda. Penfield ve arkadaşları olan pneumoencephalography diffüz serebral atrofi 5 açıklanan eski sol temporal-parietal kırığı olan bir hastada epidural tek kontak elektrotları kullanılmış ve zaman subdural intrakranial kayıtları başlangıçta 1939 yılında rapor edilmiştir. 1980 göstermiştir sırasında Ardından, subdural grid dizilerin kullanımı birden çok yayın sonra daha da popüler oldu onlarıngüvenliği ve etkinliği 6. Seeg yöntemi geliştirilmiş ve Jean Tailarach ve Jean Bancaud Fransa'da popüler 50 'sırasında ve çoğunlukla refrakter fokal epilepsi 7-9 invaziv haritalama için tercih yöntemi olarak Fransa ve İtalya'da kullanılmıştır edildi.
Seeg prensibi nöbet semiyolojisi bağlantılı olarak, beyin içinde ana madde olarak epileptik deşarjının 3 boyutlu uzamsal ve zamansal organizasyon gerektirir anatomik-elektro-klinik korelasyon dayanmaktadır. Implantasyon stratejisi dikkate epileptiform aktivitenin birincil organizasyon ve nöbetlerin yayılmasında önemli rol varsayımsal epileptik ağını alır, preimplantasyon hipoteze dayalı elektrot yerleştirme ile, bireyselleştirilmiş. Çeşitli Avrupa ve son Kuzey Amerika raporlarına göre, Seeg metodoloji derin kortikal ve subkortikal yapılar, bitişik olmayan birden çıksa kesin kayıtları sağlarbes ve bilateral araştırmalar büyük kraniyotomilerin 10-15 ihtiyacını gelmesini de önler. Daha sonra, ameliyat sonrası görüntüler yerleştirilmiş elektrotlar tam anatomik pozisyon elde etmek alınır. Daha sonra, bir izleme dönemi başlar ki hastaların implante elektrodlardan İnteriktal ve iktal aktiviteleri kaydetmek üzere 1-4 haftalık bir süre boyunca hastanede kalır. Hiçbir ilave risk ve hasta genellikle sıradan izleme döneminde bir karşılama ertelemek olarak araştırma çalışması görür gibi bu izleme süresi, olay ile ilgili Seeg analizini kullanarak beyin fonksiyonlarını incelemek için bir fırsat. Kayıtlar intrakranial elektrotlar geliştirilmiş değerlendirme ve epilepsi hastalarının bakımı için sadece hayati olmayan topladı, ama ayrıca davranışsal paradigmalar sırasında insan beyin aktivitesini incelemek için olağanüstü bir fırsat sağlar.
Birçok araştırmacı zaten invazif kayıtları çalışma fırsatı fark varepilepsi hastası. Hill ve ark. Fonksiyonel kortikal haritalama 16 için hastaların elektrokortikografik (EcoG) sinyallerini kayıt için metodoloji bildirdi. EcoG kayıtları da motorlu-dil bağlantı 17 içgörü sağladı. Implante derinlik elektrotlar ile hastalar 18 ve hareket 19 öğrenme, bellek beyin salınımları incelemek için seyir görevleri gerçekleştirdik. Derinlik elektrot kayıtları ayrıca hipokampus uyarılmış aktivite 20, default-mod ağ 21 sinirsel aktivite ve duygusal işleme 22 zamansal ders olarak aksi ulaşılamaz zamansal çözünürlüğe sahip paradigmaları incelemek için kullanılmıştır. Hudry ark 23 eşleşen kısa süreli koku uyaranlara onların amigdala içine implante Seeg elektrotlar vardı temporal lob epilepsisi olan hastalarda okudu. Başka bir grup böyle sağlıklı brai el fleksiyon veya elin tek taraflı hareket ya da ayak gibi basit uzuv hareketleri okuduimplante Seeg 24,25 olan sara hastası n siteleri.
Yukarıda açıklanan çalışmalar literatür çok farklı koleksiyon küçük bir örnekleme. Öğrenmek ve insan beyninin davranış görevleri ve intrakranial kayıtları bir arada kullanarak nasıl çalıştığını anlamak için aşılamaz bir potansiyeli bulunmaktadır. Bu hedefe ulaşmak için başka yöntemler olmakla birlikte, intrakranial kayıtları yüksek zamansal ve mekansal çözünürlük gibi derin yapılara erişim dahil olmak üzere birçok faydaları sahip. Yazarlar davranış görevleri sırasında intrakranial elektrotlarla hastanın kayıt için genel bir metodoloji tarif hedefliyoruz. Ancak, başarılı bir bakım alan hastalarda klinik araştırmaları tamamlayarak çeşitli caydırıcı engeller için vardır. Sınırlamalar, şaşırtıcı etkileri, ve bu araştırmanın önemi de tespit ve incelenecektir.
Protocol
Representative Results
Discussion
İşte biz onlar davranışsal görev meşgul olarak insanlarda intrakranial elektrofizyolojik çalışmalar yapmak için bir yöntem sundu. Bu metodoloji ve basit permütasyon insan hareketini ve biliş incelemek için önemlidir. Doğal herhangi bir tekniğin avantaj ve dezavantajları vardır iken, intrakranial elektrotlar kayıt diğer elektrofizyolojik ve görüntüleme teknikleri üzerinde avantajlara sahiptir. Büyük avantajlarından İki daha iyi kontrol ve davranış görevleri tasarımı ile yüksek kalitede …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma EFRI-MC3 tarafından desteklenen: # 1137237 SVS ve JTG verilen
Materials
| 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/s Low-Cost Multifunction DAQ |
Referenzen
- Rosenow, F., Luders, H. Presurgical evaluation of epilepsy. Brain. 124, 1683-1700 (1093).
- Adelson, P. D., et al. Use of subdural grids and strip electrodes to identify a seizure focus in children. Pediatr. Neurosurg. 22 (4), 174-180 (1995).
- Jayakar, P. Invasive EEG monitoring in children: When, where, and what. J Clin Neurophysiol. 16, 408-418 (1999).
- Almeida, A. N., Martinez, V., Feindel, W. The first case of invasive EEG monitoring for the surgical treatment of epilepsy: Historical significance and context. Epilepsia. 46, 1082-1085 (2005).
- Dinner, D. S., Luders, H. O., Klem, G. Chronic electrocorticography: Cleveland clinic experience. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. , 58-69 (1998).
- Bancaud, J., et al. Functional Stereotaxic Exploration (Seeg) of Epilepsy. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 28, 85 (1970).
- Chassoux, F., et al. Intralesional recordings and epileptogenic zone in focal polymicrogyria. Epilepsia. 49, 51-64 (2008).
- Lo Russo, G., et al. Focal cortical resection in malformations of cortical development. Epileptic Disord. 5, S115-S123 (2003).
- Avanzini, G. Discussion of stereoelectroencephalography. Acta neurologica Scandinavica Supplementum. , 152-170 (1994).
- Cossu, M., et al. Stereo-EEG in children. Child Nerv Syst. 22, 766-778 (2006).
- Cossu, M., et al. Epilepsy surgery in children: Results and predictors of outcome on seizures. Epilepsia. 49, 65-72 (2008).
- Cossu, M., et al. Stereoelectroencephalography in the presurgical evaluation of focal epilepsy in infancy and early childhood Clinical article. J Neurosurg-Pediatr. 9, 290-300 (2012).
- Gonzalez-Martinez, J., et al. Stereoelectroencephalography in the "difficult to localize" refractory focal epilepsy: early experience from a North American epilepsy center. Epilepsia. 54, 323-330 (2013).
- Vadera, S., et al. Stereoelectroencephalography following subdural grid placement for difficult to localize epilepsy. Neurosurgery. 72, 723-729 (2013).
- Hill, N. J., et al. Recording human electrocorticographic (ECoG) signals for neuroscientific research and real-time functional cortical mapping. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2012).
- Ibanez, A., et al. Motor-language coupling: direct evidence from early Parkinson’s disease and intracranial cortical recordings. Cortex; a journal devoted to the study of the nervous system and behavior. 49, 968-984 (2013).
- Caplan, J. B., Madsen, J. R., Raghavachari, S., Kahana, M. J. Distinct patterns of brain oscillations underlie two basic parameters of human maze learning. J Neurophysiol. 86, 368-380 (2001).
- Watrous, A. J., Fried, I., Ekstrom, A. D. Behavioral correlates of human hippocampal delta and theta oscillations during navigation. J Neurophysiol. 105, 1747-1755 (2011).
- Roman, R., et al. Hippocampal negative event-related potential recorded in humans during a simple sensorimotor task occurs independently of motor execution. Hippocampus. , (2013).
- Jerbi, K., et al. Exploring the electrophysiological correlates of the default-mode network with intracerebral EEG. Front Syst Neurosci. 4, 27 (2010).
- Krolak-Salmon, P., Henaff, M. A., Vighetto, A., Bertrand, O., Mauguiere, F. Early amygdala reaction to fear spreading in occipital, temporal, and frontal cortex: a depth electrode ERP study in human. Neuron. 42, 665-676 (2004).
- Hudry, J., Perrin, F., Ryvlin, P., Mauguiere, F., Royet, J. P. Olfactory short-term memory and related amygdala recordings in patients with temporal lobe epilepsy. Brain. 126, 1851-1863 (2003).
- Rektor, I., Bares, M., Kubova, D. Movement-related potentials in the basal ganglia: a SEEG readiness potential study. Clin Neurophysiol. 112, 2146-2153 (2001).
- Rektor, I., Louvel, J., Lamarche, M. Intracerebral recording of potentials accompanying simple limb movements: a SEEG study in epileptic patients. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 107, 277-286 (1998).
- Mitra, P., Bokil, H. . Observed Brain Dynamics. , (2008).
- Lachaux, J. P., Axmacher, N., Mormann, F., Halgren, E., Crone, N. E. High-frequency neural activity and human cognition: past, present and possible future of intracranial EEG research. Progress in neurobiology. 98, 279-301 (2012).
- Rogers, R. D., et al. Choosing between small, likely rewards and large, unlikely rewards activates inferior and orbital prefrontal cortex. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 19, 9029-9038 (1999).
- Lachaux, J. -. P., Axmacher, N., Mormann, F., Halgren, E., Crone, N. E. High-frequency neural activity and human cognition: Past, present and possible future of intracranial EEG research. Prog. Neurobiol. 98, 279-301 (2012).
- Gale, J. T., Martinez-Rubio, C., Sheth, S. A., Eskandar, E. N. Intra-operative behavioral tasks in awake humans undergoing deep brain stimulation surgery. Journal of visualized experiments : JoVE. , (2011).
