Suivi oculaire simultané et enregistrements à un seul neurone chez les patients atteints d'épilepsie humaine
Summary
Nous décrivons une méthode pour mener des enregistrements d’un seul neurone avec le suivi oculaire simultané chez l’homme. Nous démontrons l’utilité de cette méthode et illustrons comment nous avons utilisé cette approche pour obtenir des neurones dans le lobe temporal médial humain qui codent les cibles d’une recherche visuelle.
Abstract
Les enregistrements intracrâniens de patients présentant l’épilepsie insurmontable fournissent une occasion unique d’étudier l’activité des neurones humains individuels pendant le comportement actif. Un outil important pour quantifier le comportement est le suivi oculaire, qui est un outil indispensable pour étudier l’attention visuelle. Cependant, le suivi des yeux est difficile à utiliser en même temps que l’électrophysiologie invasive et cette approche a par conséquent été peu utilisée. Ici, nous présentons un protocole expérimental prouvé pour mener des enregistrements d’un seul neurone avec le suivi oculaire simultané chez l’homme. Nous décrivons comment les systèmes sont connectés et les paramètres optimaux pour enregistrer les neurones et les mouvements oculaires. Pour illustrer l’utilité de cette méthode, nous résumons les résultats qui ont été rendus possibles par cette configuration. Ces données montrent comment l’utilisation du suivi des yeux dans une tâche de recherche visuelle guidée par la mémoire nous a permis de décrire une nouvelle classe de neurones appelés neurones cibles, dont la réponse était le reflet de l’attention de haut en bas à la cible de recherche actuelle. Enfin, nous discutons de l’importance et des solutions aux problèmes potentiels de cette configuration. Ensemble, notre protocole et nos résultats suggèrent que les enregistrements mononeuron avec suivi oculaire simultané chez l’homme sont une méthode efficace pour étudier la fonction cérébrale humaine. Il fournit un lien manquant clé entre la neurophysiologie animale et les neurosciences cognitives humaines.
Introduction
Les enregistrements humains à un seul neurone sont un outil unique et puissant pour explorer la fonction du cerveau humain avec une résolution spatiale et temporelle extraordinaire1. Récemment, les enregistrements mononeuron ont gagné une large utilisation dans le domaine des neurosciences cognitives parce qu’ils permettent l’étude directe des processus cognitifs centraux à la cognition humaine. Ces enregistrements sont rendus possibles par la nécessité clinique de déterminer la position des foyers épileptiques, pour lesquels des électrodes de profondeur sont temporairement implantées dans le cerveau des patients présentant l’épilepsie focale suspectée. Avec cette configuration, des enregistrements mononeuron peuvent être obtenus à l’aide de microfils dépassant de la pointe de l’électrode de profondeur hybride (une description détaillée de la méthodologie chirurgicale impliquée dans l’insertion d’électrodes de profondeur hybrides est fournie dans le précédent protocole2). Entre autres, cette méthode a été utilisée pour étudier la mémoire humaine3,4, émotion5,6, et l’attention7,8.
Le suivi des yeux mesure la position du regard et les mouvements oculaires (fixations et saccades) pendant les tâches cognitives. Les traqueurs oculaires basés sur la vidéo utilisent généralement la réflexion cornéenne et le centre de la pupille comme caractéristiques à suivre au fil du temps9. Le suivi des yeux est une méthode importante pour étudier l’attention visuelle parce que l’emplacement du regard indique l’attention pendant la plupart des comportements naturels10,11,12. Le suivi des yeux a été largement utilisé pour étudier l’attention visuelle chez les individus en bonne santé13 et les populations neurologiques14,15,16.
Tandis que les enregistrements d’un seul neurone et le suivi d’oeil sont individuellement employés intensivement chez l’homme, peu d’études ont employé les deux simultanément. En conséquence, il reste encore largement inconnu comment les neurones dans le cerveau humain répondent aux mouvements oculaires et / ou si elles sont sensibles à la stimulation actuellement fixé. Cela contraste avec les études avec des macaques, où le suivi des yeux avec des enregistrements simultanés à un seul neurone est devenu un outil standard. Afin d’étudier directement la réponse neuronale aux mouvements oculaires, nous avons combiné les enregistrements humains d’un seul neurone et le suivi des yeux. Ici, nous décrivons le protocole pour mener de telles expériences et ensuite illustrer les résultats à travers un exemple concret.
Malgré le rôle établi du lobe temporal médial humain (MTL) dans la représentation d’objet17,18 et la mémoire3,19, on reste largement inconnu si les neurones MTL sont modulés en fonction de l’attention descendante aux objectifs pertinents sur le plan comportemental. L’étude de ces neurones est importante pour commencer à comprendre comment l’information pertinente sur les objectifs influence les processus visuels ascendants. Ici, nous démontrons l’utilité du suivi des yeux tout en enregistrant les neurones à l’aide de la recherche visuelle guidée, un paradigme bien connu pour étudier le comportement orienté objectif20,21,22,23, 24 Ans, états-unis , 25. En utilisant cette méthode, nous avons récemment décrit une classe de neurones appelés neurones cibles, ce qui indique si le stimulus actuellement assisté est l’objectif d’une recherche en cours8. Dans ce qui est ci-dessous, nous présentons le protocole d’étude nécessaire pour reproduire cette étude scientifique précédente. Notez que le long de cet exemple, le protocole peut facilement être ajusté pour étudier une tâche d’attention visuelle arbitraire.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans ce protocole, nous avons décrit comment employer des enregistrements d’un seul neurone avec le suivi d’oeil concomitant et décrit comment nous avons employé cette méthode pour identifier des neurones cibles dans le MTL humain.
La configuration implique trois ordinateurs : l’un exécutant la tâche (ordinateur de stimulation), un exécutant le traqueur d’oeil, et un exécutant le système d’acquisition. Pour synchroniser entre les trois systèmes, le port parallèle est utilisé pour e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions tous les patients pour leur participation. Cette recherche a été soutenue par le Rockefeller Neuroscience Institute, l’Autism Science Foundation et la Dana Foundation (à S.W.), un prix NSF CAREER (1554105 à U.R.), et les NIH (R01MH110831 et U01NS098961 à U.R.). Les bailleurs de fonds n’ont joué aucun rôle dans la conception de l’étude, la collecte et l’analyse des données, la décision de publier ou la préparation du manuscrit. Nous remercions James Lee, Erika Quan et le personnel du Cedars-Sinai Simulation Center pour leur aide dans la production de la vidéo de démonstration.
Materials
| Cedrus Response Box | Cedrus (https://cedrus.com/) | RB-844 | Button box |
| Dell Laptop | Dell (https://dell.com) | Precision 7520 | Stimulus Computer |
| EyeLink Eye Tracker | SR Research (https://www.sr-research.com) | 1000 Plus Remote with laptop host computer and LCD arm mount | Eye tracking |
| MATLAB | MathWorks Inc | R2016a (RRID: SCR_001622) | Data analysis |
| Neuralynx Neurophysiology System | Neuralynx (https://neuralynx.com) | ATLAS 128 | Electrophysiology |
| Osort | Open source | v4.1 (RRID: SCR_015869) | Spike sorting algorithm |
| Psychophysics Toolbx | Open source | PTB3 ( RRID: SCR_002881) | Matlab toolbox to implement psychophysical experiments |
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