Executar tarefas comportamentais em indivíduos com intracranianos Eletrodos
Summary
Os pacientes implantados com eletrodos intracranianos oferecem uma oportunidade única para gravar dados neurológicos de várias áreas do cérebro, enquanto o paciente realiza tarefas comportamentais. Aqui, apresentamos um método de gravação de pacientes implantados que podem ser reprodutível em outras instituições com acesso a esta população de pacientes.
Abstract
Pacientes com implantes de eletrodos estéreo-eletroencefalografia (EEG) do eletrodo, grade subdural ou profundidade tem uma infinidade de eletrodos implantados em diferentes áreas do seu cérebro para a localização de seu foco apreensão e áreas eloqüentes. Após a implantação, o paciente deve permanecer no hospital até a área patológica do cérebro é encontrada e possivelmente ressecado. Durante este tempo, esses pacientes oferecem uma oportunidade única para a comunidade de pesquisa, porque qualquer número de paradigmas comportamentais podem ser realizadas para descobrir o correlatos neurais que o comportamento guia. Aqui apresentamos um método para gravar a atividade cerebral de implantes intra-cranianas como sujeitos executar uma tarefa comportamental para avaliar a tomada de decisões e codificação recompensa. Todos os dados eletrofisiológicos dos eletrodos intracranianos são registrados durante a tarefa comportamental, permitindo o exame das muitas áreas do cérebro envolvidas em uma única função em escalas de tempo relevantes para o comportamento.Além disso, e ao contrário de estudos com animais, os pacientes humanos podem aprender uma grande variedade de tarefas comportamentais rapidamente, permitindo a capacidade de executar mais de uma tarefa no mesmo assunto ou para controles de desempenho. Apesar das muitas vantagens desta técnica para compreender o funcionamento do cérebro humano, há também limitações metodológicas que discutimos, incluindo fatores ambientais, efeitos analgésicos, limitações de tempo e gravações de tecido doente. Este método pode ser facilmente implementado por qualquer instituição que realiza avaliações intracranianas; proporcionando a oportunidade de examinar diretamente o funcionamento do cérebro humano durante o comportamento.
Introduction
A epilepsia é uma das doenças cerebrais mais comuns, caracterizada por crises recorrentes cronicamente resultantes de descargas elétricas excessivas de grupos de neurônios. A epilepsia afeta cerca de 50 milhões de pessoas no mundo e cerca de 40% de todos os indivíduos com epilepsia tem convulsões intratáveis que não podem ser completamente controlados por terapia médica 1. A cirurgia pode resultar em estado livre de apreensão se as áreas do cérebro responsáveis pela geração de convulsões (zona epileptog�ico – EZ) são localizados e removidos cirurgicamente ou desconectado. Para definir a localização anatômica da EZ e sua proximidade com possíveis áreas eloqüentes corticais e subcorticais, um conjunto de ferramentas não-invasivos estão disponíveis: análise da semiologia apreensão, registros eletroencefalográficos de vídeo de couro cabeludo (ictais e interictais gravações), testes neuropsicológicos , magnetoencephalography (MEG) e ressonância magnética 2. Quando os dados não invasiva é insuficiente para precisely definir a localização da EZ hipotético, quando há a suspeita de envolvimento precoce da cortical eloqüente e áreas subcorticais, ou quando há a possibilidade de ataques multi-focais, monitorização invasiva crônica pode ser necessário 3,4.
Os métodos de monitorização invasiva crônica para a definição da localização e dos limites de um EZ podem incluir grades subdurais e tiras, com eletrodos colocados na superfície do cérebro, e estéreo de eletroencefalografia (EEG), quando vários eletrodos de profundidade são colocados no cérebro em um período de três moda dimensional. Gravações intracranianas subdurais foram inicialmente relatada em 1939, quando Penfield e seus colegas usaram epidurais eléctrodos de contacto únicos em um paciente com uma fratura temporal parietal velha esquerda e cuja pneumoencefalografia divulgado atrofia cerebral difusa 5. Posteriormente, o uso de matrizes de grade subdurais se tornou mais popular após várias publicações durante a década de 1980 demonstraram a suasegurança e eficácia 6. O método EEG foi desenvolvido e popularizado na França por Jean Tailarach e Jean Bancaud durante os anos 50 e tem sido usado principalmente na França e na Itália, como o método de escolha para o mapeamento invasiva em epilepsia focal refratária 7-9.
O princípio da SEEG é baseado em correlações anátomo-eletro-clínica, que tem como princípio fundamental da organização espaço-temporal em 3 dimensões da descarga epiléptica no cérebro em correlação com apreensão semiologia. A estratégia de implantação é individualizado, com a colocação do eletrodo com base em uma hipótese pré-implantação que leva em consideração a principal organização da atividade epileptiforme e da rede epiléptico hipotético envolvido na propagação das crises. De acordo com vários relatórios europeus e norte-americanas recentes, metodologia SEEG permite gravações precisas de estruturas corticais e subcorticais profundas, múltiplos lo noncontiguousbes e explorações bilaterais, evitando a necessidade de grandes craniotomias 10-15. Depois disso, as imagens do pós-operatório são tomadas para obter a posição anatómica exacta dos eléctrodos implantados. Posteriormente, começa um período de acompanhamento, em que os pacientes permanecem no hospital por um período de 1 a 4 semanas, a fim de registrar as atividades interictais e ictais dos eletrodos implantados. Este período de acompanhamento é um momento oportuno para estudar o funcionamento do cérebro através da análise de EEG relacionados ao evento, já que não há risco adicional eo paciente normalmente vê a pesquisa como um alívio bem-vindo a partir do período de monitoramento mundano. As gravações obtida a partir de eletrodos intracranianos são não só vital para a melhoria da avaliação e tratamento de pacientes com epilepsia, mas além disso, proporcionar a oportunidade excepcional para estudar a atividade do cérebro humano durante paradigmas comportamentais.
Vários pesquisadores já perceberam a oportunidade de estudar gravações invasoras depacientes com epilepsia. Hill et al. Informou sobre a metodologia para a gravação de sinais eletrocorticográfica (ECoG) de pacientes para mapeamento cortical funcional 16. Gravações de ECoG também forneceram uma visão para acoplamento em língua motor 17. Pacientes com eletrodos profundos implantados ter realizado tarefas de navegação para estudar oscilações do cérebro na memória, aprendizado e movimento 18 19. Gravações de eletrodos de profundidade também foram utilizados para estudar os paradigmas com resolução temporal de outra forma inatingível, como hipocampo evocado atividade 20, a atividade neural na rede de modo padrão 21, eo curso temporal do processamento emocional 22. Hudry et al estudaram pacientes com epilepsia do lobo temporal que tiveram eletrodos implantados em seu SEEG amígdala por estímulos olfativos de curto prazo correspondem 23. Outro grupo estudou os movimentos dos membros simples, como flexão mão ou movimento unilateral da mão ou o pé em brai saudáveln locais de pacientes epilépticos com implantado SEEG 24,25.
Os estudos descritos acima são uma pequena amostra de uma coleção muito diversa da literatura pertinente. Existe um potencial intransponível para aprender e entender como o cérebro humano funciona usando uma combinação de tarefas comportamentais e gravações intracranianos. Embora existam outros métodos para alcançar este objetivo, as gravações intracranianos possuem vários benefícios, incluindo resolução temporal e espacial de alta, bem como o acesso a estruturas mais profundas. O objetivo dos autores descrevem a metodologia geral para a gravação de pacientes com eletrodos intracranianos durante tarefas comportamentais. No entanto, existem vários impedimentos e barreiras para concluir com sucesso a investigação clínica em pacientes que recebem cuidados. Limitações, efeitos de confusão, ea importância da pesquisa também serão identificados e explorados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui apresentamos um método para a realização de estudos eletrofisiológicos intracranianas em seres humanos como eles se envolvem em uma tarefa comportamental. Esta metodologia e suas permutações simples são importantes para o estudo do movimento humano e cognição. Apesar de existir inerentemente vantagens e desvantagens de qualquer técnica, gravação de eletrodos intracranianos tem vantagens sobre outras técnicas eletrofisiológicos e de imagem. Duas das principais vantagens são a capacidade de coletar dad…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por EFRI-MC3: # 1137237 atribuído a SVS e 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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