頭蓋内電極を有する被験者に行動タスクの実行
Summary
頭蓋内電極を移植した患者は、患者が行動のタスクを実行している間、脳の複数の領域からの神経学的データを記録するためのユニークな機会を提供する。ここでは、この患者集団へのアクセス権を持つ他の機関では、再現することができ植え込ま患者から記録する方法を提示する。
Abstract
ステレオ脳波（SEEG）電極、硬膜下グリッドや深さ、電極のインプラントを持つ患者は、発作焦点と雄弁分野の局在化のための彼らの脳の異なる領域に移植された電極の多数を持っている。脳の病理学的な領域が発見され、場合によっては切除されるまでは、移植後、患者は病院に残しておく必要があります。行動パラダイム任意の数の行動を導く神経相関を明らかにするために行うことができるので、この時間の間に、これらの患者は、研究コミュニティにユニークな機会を提供しています。被験者は意思決定と報酬エンコーディングを評価するために設計された行動のタスクを実行するようにここでは、頭蓋内インプラントからの脳活動を記録するための手法を提案する。頭蓋内電極からのすべての電気生理学的データは、一度に単一の機能に関与する多くの脳領域の検査は行動に関連するスケーリングを可能にし、行動タスク中に記録されている。さらに、および動物実験とは異なり、ヒト患者は、同じ被験体またはコントロールを実行するための複数のタスクを実行する能力を可能にする、迅速に行動さまざまなタスクを学習することができる。人間の脳機能を理解するためのこの技術の多くの利点にもかかわらず、罹患組織から環境因子、鎮痛効果、時間の制約や内容などこれから説明方法論的な制限もある。この方法は、容易に頭蓋評価を実行する任意の機関によって実施されてもよい。直接行動中に人間の脳機能を調べる機会を提供する。
Introduction
てんかんは神経細胞のグループからの過度の放電に起因する慢性再発性の発作によって特徴づけられる、最も一般的な脳疾患の一つです。てんかんは世界中で約50万人が罹患し、てんかんを持つすべての患者の約40％が完全に薬物療法1によって制御することができない難治性てんかん発作を持っている。ローカライズおよび外科的に除去または切断されている – 発作の発生（EZてんかんゾーン）を担当する脳領域があれば手術が発作フリーな状態になることがあります。 EZ、可能な皮質及び皮質下の雄弁な領域との近接性の解剖学的位置を定義するために、非侵襲的なツールの配列を使用することができます。発作記号学の分析、ビデオ·頭皮脳波の記録（発作と発作の記録）、神経心理学的検査、磁図（MEG）とMRI 2。非侵襲的なデータはpreciselするのに不十分である場合には雄弁な皮質及び皮質下領域または多焦点発作の可能性がある場合には、慢性侵襲的モニタリングが3,4必要な場合がありますの早期関与の疑いがあるとき、yは、仮想的なEZの場所を定義します。
複数の奥行き電極が三脳内に配置される硬膜下グリッドおよびストリップ、脳の表面上に配置された電極と、ステレオ·脳波（SEEG）を含んでいてもよいEZの位置および境界を定義するための慢性侵襲的なモニタリングの方法次元的。硬膜下頭蓋内記録は、当初、ペンフィールドと同僚がして、その気脳写びまん性脳萎縮5が開示され、旧左側頭-頭頂骨折患者における硬膜外単一の接触電極を使用し、1939年に報告された。 1980年代の間に複数のパブリケーションが彼らを実証した後に続いて、硬膜下グリッドアレイの使用は、より普及するようになった安全性と有効性6。 SEEG法が開発され、普及し、フランスでジャンTailarachとジャンBancaudによって50年代に、ほとんどの耐火焦点てんかん7-9における侵襲マッピングのための選択の方法として、フランスとイタリアで使用されてきたし。
SEEGの原理は、発作記号学と相関して脳内のその主な原理としててんかん放電の3次元空間 – 時間的組織をとり解剖·エレクトロ·臨床相関関係に基づいています。移植戦略を考慮にてんかん様活動の主な組織と発作の伝播に関与して仮想的なてんかんのネットワークを取る着床前仮説に基づいて、電極配置と、個別化されている。いくつかのヨーロッパや北アメリカの最近の報告によると、SEEGの方法論は、深い皮質と皮質下の構造は、複数の連続していないLOから正確な録音を可能にしますBES、及び二国間の探査は、大きな開頭10-15の必要性を回避しながら。その後、術後のイメージが移植された電極の正確な解剖学的位置を取得するために取られる。その後、モニタリング期間の開始とは、患者が移植された電極から発作および発作活動を記録するために1〜4週間の期間のために病院に留まる。そこには追加された危険がなく、患者は、典型的には日常的なモニタリング期間から歓迎猶予として調査研究を見て、このモニタリング期間は、事象関連SEEG分析を用いて脳機能を研究するための適切な時間である。録音は、頭蓋内電極から獲得するだけでなく、てんかんの患者の改善された評価とケアに不可欠であるが、追加的に行動パラダイムの間に人間の脳の活動を研究するための例外的な機会を提供しています。
いくつかの研究者はすでにから侵襲録音を研究する機会を実現していますてんかん患者。 Hill ら。機能的皮質マッピング16のために患者からelectrocorticographic（ECOG）信号を記録するための方法論について報告した。 ECOG記録は、モータ言語のカップリング17に洞察力を提供してきました。移植された深さの電極を有する患者は、18と動き19の学習、メモリ内の脳の振動を研究するためのナビゲーションタスクを実行しました。深電極の録音はまた、海馬の誘発活動20、デフォルトモードネットワーク21内の神経活動、および感情的な処理22の時間的コースとしてそれ以外の場合は達成不可能な時間分解能でのパラダイムを研究するために使用された。 Hudryらは23に一致する短期嗅覚刺激のために彼らの扁桃体に移植SEEG電極を持っていた側頭葉てんかんの患者を調査した。別のグループは、そのような手の屈曲または健康BRAI手や足の一方的な動きのような単純な四肢の動きを研究している移植さSEEG 24,25とてんかん患者からn個のサイト。
上記の研究は、関連文献の非常に多様なコレクションのごく一部である。学び、人間の脳は、行動タスクおよび頭蓋内の記録の組み合わせを使用して、どのように機能するかを理解するために克服できない可能性が存在する。この目標を達成するための他の方法がありますが、頭蓋内記録は、高い時間および空間分解能だけでなく、より深い構造へのアクセスを含むいくつかの利点を有する。著者らは、行動のタスクの間に頭蓋内電極を有する患者から記録するための一般的な方法論を記述することを目指しています。しかし、いくつかの抑止力や障壁を正常介護を受けている患者で臨床研究を完了することがあります。本研究の限界、交絡効果、意義も特定され、検討されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
彼らは行動のタスクに従事ようにここでは、ヒトでの頭蓋内電気生理学的研究を行うための方法を提示してきた。この方法論とその簡単な順列は、人間の動きや認知を研究するために重要である。本質的に任意の技術に利点と欠点が存在する一方で、頭蓋内電極から記録する他の電気生理学的およびイメージング技術に優る利点を有する。主な利点の二つのより良好な制御および行動タスク?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、EFRI-MC3によってサポートされていました：＃1137237 SVSとJTGに授与
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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