Realización de tareas de comportamiento en sujetos con intracraneales Electrodos
Summary
Los pacientes implantados con electrodos intracraneales proporcionan una oportunidad única para registrar los datos neurológicos de múltiples áreas del cerebro mientras el paciente lleva a cabo tareas de comportamiento. A continuación, presentamos un método de grabación de los pacientes implantados que pueden ser reproducibles en otras instituciones con acceso a esta población de pacientes.
Abstract
Los pacientes que tienen estéreo-electroencefalografía (SEEG) de electrodos, de cuadrícula o de profundidad subdural implantes de electrodos tienen una multitud de electrodos implantados en diferentes áreas de su cerebro para la localización de su foco epiléptico y áreas elocuentes. Después de la implantación, el paciente debe permanecer en el hospital hasta que se encuentre la zona patológica del cerebro y posiblemente reseca. Durante este tiempo, estos pacientes ofrecen una oportunidad única para la comunidad de investigación, ya que cualquier número de paradigmas de comportamiento puede llevar a cabo para descubrir la neuronal se correlaciona de que el comportamiento de guía. Aquí presentamos un método para registrar la actividad cerebral de los implantes intracraneales como sujetos realizan una tarea de comportamiento diseñado para evaluar la toma de decisiones y la codificación de recompensa. Todos los datos electrofisiológicos de los electrodos intracraneales se registran durante la tarea de comportamiento, lo que permite el examen de las muchas áreas del cerebro involucradas en una única función a escalas de tiempo relevantes para el comportamiento.Por otra parte, ya diferencia de los estudios en animales, los pacientes humanos pueden aprender de una amplia variedad de tareas de comportamiento de forma rápida, lo que permite la posibilidad de realizar más de una tarea en la misma materia o para los controles que realizan. A pesar de las muchas ventajas de esta técnica para la comprensión de la función del cerebro humano, también hay limitaciones metodológicas que discutimos, incluyendo factores ambientales, efectos analgésicos, las limitaciones de tiempo y las grabaciones de tejido enfermo. Este método puede ser implementado fácilmente por cualquier institución que lleva a cabo evaluaciones intracraneales; proporcionando la oportunidad de examinar directamente la función del cerebro humano durante el comportamiento.
Introduction
La epilepsia es uno de los trastornos cerebrales más comunes, que se caracteriza por convulsiones recurrentes crónicos resultantes de las descargas eléctricas excesivas de grupos de neuronas. La epilepsia afecta a unos 50 millones de personas en todo el mundo y aproximadamente el 40% de todas las personas con epilepsia tienen convulsiones intratables que no pueden ser controlados completamente por el tratamiento médico 1. La cirugía puede resultar en estado libre de convulsiones si las áreas del cerebro responsables de la generación de las crisis (la zona epileptógena – EZ) se localizan y eliminan quirúrgicamente o desconectados. Con el fin de definir la ubicación anatómica de la EZ y su proximidad con las posibles áreas elocuentes corticales y subcorticales, un conjunto de herramientas no invasivas están disponibles: el análisis de la semiología convulsión, grabaciones electroencefalográficas-vídeo cuero cabelludo (ictales y grabaciones interictales), pruebas neuropsicológicas , la magnetoencefalografía (MEG) y la RM 2. Cuando los datos no invasiva es insuficiente para precisely definir la ubicación de la EZ hipotético, cuando existe la sospecha de la participación temprana de la corteza elocuente y áreas subcorticales o cuando existe la posibilidad de que las convulsiones multifocales, monitorización invasiva crónica puede requerir 3,4.
Los métodos de monitorización invasiva crónica para definir la ubicación y los límites de un EZ puede incluir rejillas subdurales y tiras, con electrodos colocados en la superficie del cerebro, y estéreo-electroencefalografía (SEEG), cuando varios electrodos profundos se colocan en el cerebro en un período de tres dimensional de la moda. Registros intracraneales subdurales se informó inicialmente en 1939 cuando Penfield y sus colegas utilizaron electrodos de contacto únicos epidural en un paciente con una vieja izquierda fractura temporal-parietal y cuya neumoencefalografía divulgada atrofia cerebral difusa 5. Posteriormente, el uso de matrices de rejilla subdurales se hizo más popular después de múltiples publicaciones durante la década de 1980 demostraron suseguridad y eficacia 6. El método SEEG fue desarrollado y popularizado en Francia por Jean Tailarach y Jean Bancaud durante los años 50 y se ha utilizado sobre todo en Francia e Italia como el método de elección para el mapeo invasiva en la epilepsia focal refractaria 7-9.
El principio de SEEG se basa en correlaciones anatomo-electro-clínicos, que toma como principio fundamental la organización espacio-temporal de 3 dimensiones de la descarga epiléptica en el cerebro, en correlación con la semiología convulsión. La estrategia de implantación se individualiza, con la colocación de electrodos en base a una hipótesis de preimplantación que tenga en cuenta la organización de base de la actividad epileptiforme y la red epiléptica hipotética implicadas en la propagación de las crisis. Según varios informes norteamericanos y europeos recientes, metodología SEEG permite grabaciones precisas de las estructuras corticales y subcorticales profundas, lo contiguo múltiplebes, y exploraciones bilaterales y evitar la necesidad de grandes craneotomías 10-15. Después, se toman imágenes postoperatorias para obtener la posición anatómica exacta de los electrodos implantados. Posteriormente, un período de monitoreo se inicia en el que los pacientes permanecen en el hospital durante un período de 1 a 4 semanas con el fin de registrar las actividades interictales y ictales de los electrodos implantados. Este período de monitoreo es un momento oportuno para estudiar la función del cerebro usando análisis SEEG relacionados con el evento, ya que no hay riesgo añadido y el paciente por lo general ve el estudio de investigación como un respiro desde el periodo de monitoreo mundano. Las grabaciones recogidas de electrodos intracraneales no sólo son vitales para mejorar la evaluación y el cuidado de los pacientes con epilepsia, pero, además, ofrecen la oportunidad excepcional para estudiar la actividad cerebral humana durante los paradigmas de comportamiento.
Varios investigadores ya han dado cuenta de la oportunidad de estudiar las grabaciones invasoras delos pacientes con epilepsia. Hill et al. Informaron sobre la metodología para la grabación de señales electrocorticográfica (ECOG) de los pacientes para el mapeo cortical funcional 16. Grabaciones ECoG también han proporcionado información al acoplamiento del lenguaje motor 17. Los pacientes con electrodos profundos implantados han realizado tareas de navegación para estudiar las oscilaciones cerebrales en la memoria, el aprendizaje y el movimiento 18 19. Grabaciones de electrodos de profundidad también se utilizaron para estudiar los paradigmas con resolución temporal de otro modo inalcanzables, tales como la actividad del hipocampo evocado 20, la actividad neuronal en la red de modo por defecto 21, y el curso temporal del procesamiento emocional 22. Hudry et al estudiaron pacientes con epilepsia del lóbulo temporal que tenía electrodos implantados en su SEEG amígdala de los estímulos olfativos a corto plazo a juego 23. Otro grupo ha estudiado movimientos de las extremidades simples, tales como la flexión de la mano o el movimiento unilateral de la mano o pie en Brai saludablen sitios de pacientes epilépticos con implantado SEEG 24,25.
Los estudios descritos anteriormente son una pequeña muestra de una colección muy diversa de la literatura relevante. Existe un potencial insuperable para aprender y entender cómo funciona el cerebro humano utilizando una combinación de tareas conductuales y registros intracraneales. Mientras que hay otros métodos para lograr este objetivo, registros intracraneales poseen varios beneficios, incluyendo la resolución temporal y espacial de alta, así como el acceso a las estructuras más profundas. Los autores pretenden describir la metodología general para la grabación de los pacientes con electrodos intracraneales durante las tareas de comportamiento. Sin embargo, hay varios factores de disuasión y barreras para que terminen con éxito la investigación clínica en los pacientes que reciben atención. Limitaciones, efectos de confusión, y la importancia de esta investigación también serán identificados y explorados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí hemos presentado un método para realizar estudios electrofisiológicos intracraneales en los seres humanos que se dediquen a la tarea de comportamiento. Esta metodología y sus permutaciones simples son importantes para el estudio del movimiento humano y la cognición. Si bien existe inherentemente ventajas y desventajas de cualquier técnica, la grabación de electrodos intracraneales tiene ventajas sobre otras técnicas electrofisiológicas y de imagen. Dos de las principales ventajas son la capacidad de recoge…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por EFRI-MC3: # 1,137,237 concedida a la SVS y 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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