أداء المهام السلوكية في المواد الدراسية داخل الجمجمة مع أقطاب
Summary
مرضى زرع أقطاب كهربائية داخل القحف مع توفر فرصة فريدة لتسجيل البيانات العصبية من مناطق متعددة من الدماغ في حين أن المريض بأداء المهام السلوكية. هنا، نقدم طريقة تسجيل من مرضى زرع التي يمكن أن تكون قابلة للتكرار في المؤسسات الأخرى من الوصول إلى هذه الفئة من السكان المريض.
Abstract
المرضى الذين يعانون من ستيريو المخ (SEEG) الكهربائي، شبكة تحت الجافية أو يزرع عمق القطب لديهم العديد من الأقطاب الكهربائية المزروعة في مناطق مختلفة من الدماغ من أجل توطين التركيز ضبطها والمناطق بليغة. بعد الزرع، يجب أن يبقى المريض في المستشفى حتى يتم العثور على منطقة المرضية من الدماغ وربما مقطوعة. خلال هذا الوقت، هؤلاء المرضى فرصة فريدة للمجتمع البحث لأن أي عدد من النماذج السلوكية لا يمكن أن يؤديها للكشف عن العصبية يرتبط هذا التصرف دليل. نحن هنا نقدم وسيلة لتسجيل نشاط المخ داخل الجمجمة من يزرع كمواضيع تنفيذ مهمة السلوكية المصممة لتقييم عملية صنع القرار وترميز مكافأة. وتسجل جميع البيانات من الأقطاب الكهربية داخل الجمجمة أثناء مهمة السلوكية، مما يسمح لفحص العديد من مناطق الدماغ تشارك في وظيفة واحدة في النطاقات الزمنية ذات الصلة السلوك.وعلاوة على ذلك، وعلى عكس الدراسات على الحيوانات، المرضى من البشر يمكن أن تتعلم مجموعة واسعة من المهام السلوكية بسرعة، مما يسمح للالقدرة على أداء أكثر من مهمة واحدة في نفس الموضوع أو لضوابط الأداء. على الرغم من العديد من المزايا من هذه التقنية لفهم وظيفة الدماغ البشري، وهناك أيضا القيود المنهجية التي نناقش، بما في ذلك العوامل البيئية وتأثيرات مسكنة، ضيق الوقت والتسجيلات من الأنسجة المريضة. هذه الطريقة يمكن تنفيذها بسهولة من قبل أي مؤسسة التي تنفذ عمليات التقييم داخل الجمجمة. إتاحة الفرصة لدراسة وظيفة الدماغ البشري مباشرة خلال السلوك.
Introduction
الصرع هو واحد من اضطرابات الدماغ الأكثر شيوعا، وتتميز نوبات مزمنة المتكررة الناتجة عن شحنات كهربائية زائدة من مجموعات من الخلايا العصبية. الصرع يصيب حوالي 50 مليون شخص في العالم وحوالي 40٪ من جميع الأفراد المصابين بالصرع لديهم نوبات المستعصية التي لا يمكن السيطرة عليها تماما من العلاج الطبي 1. الجراحة قد يؤدي إلى حالة الخلو من الاستيلاء إذا كانت مناطق الدماغ المسؤولة عن توليد المضبوطات (المنطقة المولدة للصرع – EZ) يتم ترجمة وإزالتها جراحيا أو قطع الاتصال. من أجل تحديد الموقع التشريحي للEZ وقربها مع المناطق القشرية وتحت القشرية بليغة الممكنة، هي مجموعة من الأدوات غير الغازية المتاحة: تحليل علم الأعراض الاستيلاء والتسجيلات الكهربي الفيديو فروة الرأس (نشبي والتسجيلات النشبات)، اختبار العصبية ، الدماغ المغناطيسي (MEG) والتصوير بالرنين المغناطيسي 2. عندما هو البيانات موسع كافية لpreciselذ تحديد موقع EZ افتراضي، عندما يكون هناك اشتباه في تورطهم في وقت مبكر من بليغ القشرية وتحت القشرية المناطق أو عندما يكون هناك احتمال لنوبات متعددة التنسيق والرصد الغازية المزمن قد تكون هناك حاجة 3،4.
أساليب الرصد الغازية المزمن لتحديد موقع وحدود وEZ قد تشمل شبكات تحت الجافية والشرائط، مع أقطاب توضع على سطح الدماغ، وستيريو المخ (SEEG)، عندما يتم وضع أقطاب متعددة في عمق الدماغ في ثلاثة الأزياء الأبعاد. ولم يبلغ عن والتسجيلات داخل الجمجمة تحت الجافية في البداية في عام 1939 عندما بنفيلد وزملاؤه تستخدم أقطاب اتصال واحدة فوق الجافية في المريض مع كسر الأيسر الزمني-الجدارية القديمة والذي كشف الضمور الدماغي المنتشر 5 تصوير الدماغ المحقون بالغاز. بعد ذلك، أصبح استخدام صفائف الشبكة تحت الجافية أكثر شعبية بعد منشورات متعددة خلال عام 1980 أظهرت لهمسلامة وفعالية 6. تم تطوير طريقة SEEG وأصبحت شعبية في فرنسا جان Tailarach وجان Bancaud خلال القرن 50، وقد تستخدم في الغالب في فرنسا وإيطاليا كما أن طريقة الاختيار لرسم الخرائط الغازية في الصرع البؤري الحرارية 7-9.
ويستند مبدأ SEEG على الارتباطات anatomo الكهربائية السريرية، والتي تأخذ باعتبارها المبدأ الرئيسي للمنظمة المكانية والزمانية 3 الأبعاد لتفريغ صرعي داخل الدماغ في العلاقة مع مصادرة علم الأعراض. وفردية استراتيجية الزرع، مع وضع قطب كهربائي على أساس فرضية سابق للانغراس أن تأخذ بعين الاعتبار المنظمة الرئيسية لنشاط صرعي الصرع وشبكة افتراضية المشاركة في نشر المضبوطات. وفقا لعدة تقارير أمريكا الشمالية والأوروبية الأخيرة، منهجية SEEG تمكن التسجيلات دقيقة من البنى القشرية وتحت القشرية العميقة، لو متعددة غير متجاورةبيز، والاستكشافات الثنائية مع تجنب الحاجة إلى craniotomies كبير 10-15. بعد ذلك، يتم أخذ الصور بعد العملية الجراحية للحصول على موقف التشريحي الدقيق للأقطاب كهربائية مزروعة. وفي وقت لاحق، وهو يبدأ فترة الرصد التي يبقى المريض في المستشفى لفترة من 1 إلى 4 أسابيع من أجل تسجيل الأنشطة النشبات ونشبي من الأقطاب الكهربائية المزروعة. هذه فترة الرصد هو الوقت المناسب لدراسة وظيفة الدماغ باستخدام ذات الصلة بالحدث تحليل SEEG، حيث لا يوجد خطر المضافة والمريض ينظر عادة دراسة بحثية كما مهلة ترحيب من فترة الرصد الدنيوية. حصل على تسجيلات من الأقطاب الكهربائية داخل الجمجمة ليست حيوية فقط لتحسين التقييم والرعاية لمرضى الصرع، ولكن بالإضافة إلى ذلك توفر فرصة استثنائية لدراسة نشاط الدماغ البشري خلال النماذج السلوكية.
وقد أدرك العديد من الباحثين بالفعل الفرصة لدراسة تسجيلات الغازية منمرضى الصرع. هيل وآخرون تقريرا عن منهجية لتسجيل electrocorticographic (ECoG) إشارات من المرضى لرسم الخرائط القشرية وظيفي 16. وقد وفرت التسجيلات ECoG أيضا البصيرة لمحرك باللغة اقتران 17. مرضى زرع أقطاب عمق وتنفيذ المهام الملاحية لدراسة التذبذبات الدماغ في الذاكرة والتعلم 18 و 19 حركة. استخدمت تسجيلات القطب عمق أيضا إلى دراسة نماذج مع القرار الزماني بعيد المنال على خلاف ذلك مثل الحصين أثار النشاط 20 والنشاط العصبي في الشبكة الافتراضية وضع 21، وبالطبع الزمني لمعالجة العاطفي 22. درس Hudry وآخرون مرضى الصرع الصدغي الفص الذي كان أقطاب SEEG زرعها في اللوزة من أجل محفزات حاسة الشم المدى القصير مطابقة 23. وقد درست مجموعة أخرى حركات أطرافهم بسيطة مثل الانحناء جهة أو حركة أحادية الجانب من اليد أو القدم في المخ صحيمواقع ن من مرضى الصرع مع زرع SEEG 24،25.
الدراسات المذكورة أعلاه هي عينة صغيرة من مجموعة متنوعة جدا من المؤلفات ذات الصلة. يوجد إمكانات لا يمكن التغلب عليها لمعرفة وفهم كيفية عمل الدماغ البشري باستخدام مزيج من المهام السلوكية والتسجيلات داخل الجمجمة. في حين أن هناك وسائل أخرى لتحقيق هذا الهدف، والتسجيلات داخل الجمجمة تمتلك العديد من المزايا بما في ذلك القرار الزماني والمكاني عالية وكذلك الوصول إلى البنى العميقة. وتهدف المؤلفين لوصف المنهجية العامة لتسجيل من المرضى الذين يعانون من الأقطاب الكهربائية داخل الجمجمة خلال المهام السلوكية. ومع ذلك، هناك العديد من الحواجز والروادع لإكمال بنجاح البحوث السريرية في المرضى الذين يتلقون الرعاية. كما سيتم تحديد القيود، والتأثيرات المربكة، وأهمية هذا البحث واستكشاف.
Protocol
Representative Results
Discussion
نحن هنا قدمت طريقة لإجراء دراسات الكهربية داخل الجمجمة في البشر كما يخوضوا في مهمة السلوكية. هذه المنهجية والتباديل بسيطة في مهمة لدراسة حركة الإنسان والإدراك. بينما يوجد بطبيعتها مزايا وعيوب أي تقنية، تسجيل من أقطاب داخل الجمجمة لديه مزايا أكثر من غيرها من تقنيات ا…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل EFRI-MC3: # 1137237 منحت لSVS ومجموعة الاتصالات الأردنية
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 |
References
- 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).
