Exécution de tâches comportementales chez des sujets atteints intracrâniennes électrodes
Summary
Les patients implantés avec des électrodes intracrâniennes offrent une occasion unique pour enregistrer les données neurologiques de multiples zones du cerveau lorsque le patient effectue des tâches comportementales. Ici, nous présentons une méthode d'enregistrement des patients implantés qui peuvent être reproductible à d'autres institutions ayant accès à cette population de patients.
Abstract
Les patients ayant stéréo-électro-encéphalographie (SEEG) électrodes, grille sous-dural ou profondeur implants d'électrodes ont une multitude d'électrodes implantées dans différentes zones de leur cerveau pour la localisation de leur mise au point de saisie et zones éloquentes. Après l'implantation, le patient doit rester à l'hôpital jusqu'à ce que la zone pathologique du cerveau se trouve et éventuellement résection. Pendant ce temps, ces patients offrent une occasion unique à la communauté de la recherche, car un certain nombre de paradigmes comportementaux peut être effectuée à découvrir la corrélation de neurones que le comportement de guidage. Nous présentons ici une méthode pour enregistrer l'activité cérébrale des implants intracrâniens en tant que sujets d'exécuter une tâche comportementale visant à évaluer la prise de décision et l'encodage de récompense. Toutes les données électrophysiologiques des électrodes intracrâniennes sont enregistrées au cours de la tâche comportementale, permettant l'examen des nombreuses zones du cerveau impliquées dans une seule fonction à des échelles de temps pertinentes pour le comportement.En outre, et contrairement aux études animales, des patients humains peuvent apprendre une grande variété de tâches comportementales rapidement, permettant à la capacité d'exécuter plus d'une tâche dans le même sujet ou des contrôles de la scène. Malgré les nombreux avantages de cette technique pour comprendre le fonctionnement du cerveau humain, il ya aussi des limites méthodologiques que nous discutons, y compris les facteurs environnementaux, des effets analgésiques, des contraintes de temps et les enregistrements de tissus malades. Cette méthode peut être facilement mis en œuvre par une institution qui procède à des évaluations intracrâniennes; fournir l'occasion d'examiner directement le fonctionnement du cerveau humain au cours de comportement.
Introduction
L'épilepsie est une des maladies cérébrales les plus fréquentes, caractérisée par des crises chroniques récurrentes résultant de décharges électriques excessives de groupes de neurones. L'épilepsie touche environ 50 millions de personnes dans le monde et environ 40% de toutes les personnes atteintes d'épilepsie ont une épilepsie réfractaire qui ne peut pas complètement être contrôlés par un traitement médical 1. La chirurgie peut entraîner statut indemne de saisie si les zones responsables de la génération des crises (la zone épileptogène – EZ) cerveau sont localisés et enlevés chirurgicalement ou déconnectés. Afin de définir la localisation anatomique de l'EZ et sa proximité avec de possibles zones éloquentes corticales et sous-corticales, une gamme d'outils non invasifs sont disponibles: l'analyse de la sémiologie saisie, enregistrements électroencéphalographiques vidéo-cuir chevelu (ictales et enregistrements intercritiques), des tests neuropsychologiques , la magnétoencéphalographie (MEG) et l'IRM 2. Lorsque les données non invasive est insuffisante pour precisely définir l'emplacement de l'EZ hypothétique, quand il ya la suspicion de participation précoce des corticales et sous-corticales ou zones où il ya la possibilité pour les crises multifocales, la surveillance invasive chronique peut être nécessaire 3,4.
Méthodes de surveillance invasive chronique pour définir l'emplacement et les limites d'un EZ peuvent inclure des grilles sous-duraux et les bandes, avec des électrodes placées sur la surface du cerveau, et stéréo-électro-encéphalographie (SEEG), lorsque plusieurs électrodes profondes sont placés dans le cerveau d'une à trois mode dimensionnelle. Enregistrements intracrâniens sous-duraux ont d'abord été signalés en 1939, lorsque Penfield et ses collègues ont utilisé des électrodes de contact unique péridurale chez un patient avec une vieille gauche temporo-pariétale fracture et dont pneumoencephalography divulgué atrophie cérébrale diffuse 5. Par la suite, l'utilisation de tableaux de la grille sous-dural est devenu plus populaire après de multiples publications dans les années 1980 ont démontré leur6 innocuité et l'efficacité. La méthode la SEEG a été développé et popularisé en France par Jean Tailarach et Jean Bancaud dans les années 50 et a été principalement utilisé en France et en Italie, la méthode de choix pour la cartographie invasive dans l'épilepsie focale réfractaire 7-9.
Le principe de la SEEG est basée sur des corrélations anatomo-électro-clinique, qui prend comme principe de base de l'organisation en 3 dimensions spatio-temporelle de la décharge épileptique dans le cerveau en corrélation avec la saisie sémiologie. La stratégie d'implantation est individualisé, avec le placement des électrodes sur la base d'une hypothèse de préimplantatoire qui prend en considération la principale organisation de l'activité épileptique et le réseau épileptique hypothétique impliqué dans la propagation des crises. Selon plusieurs rapports nord-américaines et européennes récentes, la méthodologie SEEG permet des enregistrements précis de structures corticales et sous-corticales profondes, lo non attenant multiplesbes, et des explorations bilatérales tout en évitant la nécessité pour les grandes craniotomies 10-15. Par la suite, les images post-opératoires sont prises pour obtenir la position anatomique exact des électrodes implantées. Par la suite, une période de surveillance commence dans laquelle les patients restent à l'hôpital pour une période de 1 à 4 semaines afin d'enregistrer les activités intercritiques et ictales des électrodes implantées. Cette période de surveillance est un moment opportun pour étudier le fonctionnement du cerveau en utilisant une analyse SEEG liés à l'événement, car il n'y a pas de risque supplémentaire et le patient considère généralement l'étude de recherche comme un répit bienvenu de la période de surveillance terrestre. Les enregistrements ont recueilli à partir d'électrodes intracrâniennes ne sont pas seulement indispensables à l'amélioration de l'évaluation et des soins de patients atteints d'épilepsie, mais en outre fournir l'occasion exceptionnelle d'étudier l'activité du cerveau humain au cours de paradigmes comportementaux.
Plusieurs chercheurs ont déjà réalisé la possibilité d'étudier les enregistrements invasifs depatients atteints d'épilepsie. Hill et al. Rapport sur la méthodologie utilisée pour l'enregistrement de signaux électrocorticographiques (ECoG) de patients pour la cartographie corticale fonctionnelle 16. Enregistrements ECoG ont également permis de mieux comprendre le couplage de langue de moteur 17. Les patients avec des électrodes implantées en profondeur ont effectué des tâches de navigation pour étudier les oscillations du cerveau dans la mémoire, l'apprentissage et le mouvement 18 19. enregistrements d'électrodes de profondeur ont également été utilisées pour étudier les paradigmes avec une résolution temporelle autrement inaccessibles telles que l'hippocampe activité évoquée 20, l'activité neuronale dans le réseau par défaut en mode 21, et l'évolution dans le temps de traitement des émotions 22. Hudry et al ont étudié les patients avec épilepsie du lobe temporal qui avait électrodes SEEG implantés dans leur amygdale pour stimuli olfactifs à court terme correspondant à 23. Un autre groupe a étudié les mouvements des membres simples comme la flexion de la main ou d'un mouvement unilatéral de la main ou du pied brai santén sites de patients épileptiques avec implanté SEEG 24,25.
Les études décrites ci-dessus sont un petit échantillon d'une collection très diversifiée de la littérature pertinente. Il existe un potentiel insurmontable à apprendre et à comprendre comment fonctionne le cerveau humain en utilisant une combinaison de tâches comportementales et enregistrements intracrâniens. Bien qu'il existe d'autres méthodes pour atteindre cet objectif, les enregistrements intracrâniens possèdent plusieurs avantages, y compris la résolution temporelle et spatiale ainsi que l'accès à des structures plus profondes. Les auteurs visent à décrire la méthodologie générale pour l'enregistrement de patients avec des électrodes intracrâniennes lors de tâches comportementales. Cependant, il existe plusieurs moyens de dissuasion et des obstacles à l'achèvement avec succès de la recherche clinique chez les patients qui reçoivent des soins. Limites, effets de confusion, et de l'importance de cette recherche seront également identifiés et explorés.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, nous avons présenté une méthode pour réaliser des études électrophysiologiques intracrâniennes chez les humains comme ils se livrent à une tâche comportementale. Cette méthodologie et ses permutations simples sont importantes pour étudier le mouvement humain et de la cognition. Bien qu'il existe intrinsèquement avantages et les inconvénients de toute technique, l'enregistrement à partir d'électrodes intracrâniennes présente des avantages par rapport aux autres techniques électrophysiol…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par EFRI-MC3: # 1137237 attribué à SVS et JTG
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 |
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