Funciones combinadas invasiva subcorticales y no invasiva de la superficie neurofisiológica grabaciones para la Evaluación de cognitivo y emocional en seres humanos
Summary
The present protocol aims at assessing cognitive-emotional functions in the basal ganglia by simultaneous neurophysiological recording of local field potentials and non-invasive brain cortical activity (EEG). The procedure is exemplified by the use of paradigms involving speech stimuli with emotional connotation or the Flanker task involving cognitive control.
Abstract
A pesar del éxito en la aplicación de la electroencefalografía no invasiva (EEG), magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética funcional (fMRI) para extraer información crucial sobre el mecanismo del cerebro humano, tales métodos siguen siendo insuficientes para proporcionar información sobre fisiológica procesos que reflejan las funciones cognitivas y emocionales a nivel subcortical. En este sentido, los enfoques clínicos invasivos modernos en los seres humanos, como la estimulación cerebral profunda (DBS), ofrecen una enorme posibilidad de registrar la actividad cerebral subcortical, los potenciales de campo a saber locales (LFPS) que representan la actividad coherente de los conjuntos neuronales de los ganglios basales localizada o regiones del tálamo . A pesar de que los enfoques invasivos en seres humanos sólo se aplican después de la indicación médica y datos así registrados corresponden a los circuitos cerebrales alteradas, información valiosa puede ser adquirida en cuanto a la presencia de las funciones cerebrales intactas en relación con oscilatoria del cerebroactividad y la fisiopatología de los trastornos en respuesta a paradigmas cognitivos experimentales. En este sentido, un número creciente de estudios de DBS en pacientes con enfermedad de Parkinson (EP) Objetivo no sólo las funciones motoras, sino también a los procesos de alto nivel como las emociones, la toma de decisiones, la atención, la memoria y la percepción sensorial. Los ensayos clínicos recientes también hacen hincapié en el papel de DBS como un tratamiento alternativo en los trastornos neuropsiquiátricos que van desde el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) para los trastornos crónicos de la conciencia (DOC). En consecuencia, nos centramos en el uso de (EEG) combinados invasivos (LFP) y no invasivos humanos cerebrales para evaluar el papel de las estructuras corticales-subcorticales en el procesamiento de cilindro-paradigmas experimentales cognitivas y emocionales (por ejemplo. Estímulos del habla con connotación emocional o paradigmas de control cognitivo como la tarea de flancos), en pacientes sometidos a tratamiento DBS.
Introduction
Grabaciones neurofisiológicos invasivos en seres humanos se remontan a los estudios seminales de orientación grabaciones electrocorticográfica de áreas corticales y del cerebelo durante la cirugía de la epilepsia y la investigación del tumor 1. Un hito fundamental en el desarrollo ulterior de este procedimiento de grabación ha sido la introducción de la técnica estereotáctica que proporciona acceso seguro y eficiente de las estructuras profundas del cerebro humano 2. Aparte del tratamiento clínico, métodos invasivos del cerebro en los seres humanos proporcionan una oportunidad única y singular para estudiar la función cerebral en relación con los patrones de actividad registrados moduladas por estímulos externos, concretamente el caso de grabaciones invasoras intra y postoperatorias en pacientes sometidos a estimulación cerebral profunda (DBS procedimientos). La aplicabilidad y utilidad de DBS se ha abordado en diversas enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas de la enfermedad de Parkinson (EP) para el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) o condiciones como chrotrastornos de la conciencia del NIC (DOC).
En particular, DBS se ha aplicado en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson 3,4,5, temblor esencial 6, / generalizada distonía segmentaria primaria 7,8,9, la enfermedad de Huntington 10,11, resistente al tratamiento depresión 12,13, nicotina y la adicción al alcohol 14, enfermedad de Alzheimer 15,16, el síndrome de Tourette 17 y trastorno crónico de la conciencia (DOC) 18,19,20.
Dentro del ámbito de la neuropsiquiatría, DBS es un tratamiento aprobado / marca CE para el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) centradas en la extremidad anterior de la cápsula interna (ALIC) y está en uso la orientación de la cápsula / estriado / caudado ventral ventral ventral (VC / VS), núcleo accumbens (NAC) y el núcleo subtalámico (STN) 21. En cuanto a DBS en el TOC 22, estudios recientes enfatizan el papel de la STN en el mecanismo de verificación compulsivoing mediante la utilización de memoria basada en paradigmas 23,24,25.
Digno de mención, la modulación de la actividad del cerebro bajo la influencia de paradigmas con connotación cognitivo y emocional se ha hecho hincapié en DOC 26,27,28,29. Por lo tanto, DBS se pone de relieve no sólo como un tratamiento prospectivo para DOC crónica, sino también como un procedimiento clínico que se abre la posibilidad de estudiar la modulación de la actividad subcortical mediante el registro de los potenciales de campo locales (LFP) de las regiones intra y post-talámicas centrales operativamente.
En DBS, la implantación de neurocirugía de electrodos se basa en la técnica estereotáctica que tiene en cuenta de forma segura por las limitaciones anatómicas del cerebro, mientras que la estimulación del paciente se adapta a través de pruebas de estimulación de impulso intraoperatorias. LFP grabación de post-operatorio es posible después de la implantación inicial de electrodos de DBS y antes de la internalización del generador de impulsos. En particular, la presente protocolo es centered en grabaciones post-operatorias.
En combinación con LFPs, la grabación simultánea de la actividad cerebral cortical puede lograrse por ejemplo mediante electroencefalografía no invasiva (EEG) o magnetoencefalografía (MEG) 30,31. Estos dos métodos no invasivos son compatibles debido a su excelente resolución temporal. Si bien MEG es menos afectado que EEG por los efectos del cráneo 32, EEG parece ventajosa debido a que es menos afectado por los artefactos causados por los implantes metálicos y movimientos de la cabeza y que puede ser utilizado en el lado de la cama del paciente 33. Por el registro simultáneo de la actividad cerebral cortical-subcortical (LFP y EEG / MEG) en respuesta a los paradigmas emocionales-cognitivas aplicadas, diferentes relaciones entre las oscilaciones cerebrales y el comportamiento podrían establecerse sobre la base de acoplamiento análisis tiempo-frecuencia 34. A su vez, dichos patrones podrían dar lugar a posibles biomarcadores de cognitiva individualizada del paciente y los estados emocionales y Optimization de parámetros de tratamiento teniendo en cuenta los ajustes individualizados.
Los siguientes objetivos del Protocolo invasivos y registro neurofisiológico no invasivo en el ser humano para la evaluación de la función cognitiva y emocional, especialmente a nivel cortical y subcortical (EEG y LFPS).
En primer lugar, los pasos de grabación neurofisiológicos ilustrados en el vídeo, que acompaña a la presente protocolo, corresponden a una grabación con un ejemplo paciente con trastorno del movimiento que realiza la llamada tarea de flancos (Ejemplo 1).
En segundo lugar, los pasos en el protocolo se discuten, centrándose en la metodología de análisis y resultados de las muestras tomadas de un ejemplo DBS crónica publicada en DOC 26 (Ejemplo 2).
Estos dos ejemplos ilustran la aplicabilidad del protocolo propuesto a los pacientes tratados con DBS con diferentes trastornos y varios paradigmas experimentales.
Protocol
Representative Results
Discussion
En contraste con las técnicas de grabación cerebral no invasivas como el cuero cabelludo-EEG y MEG, el marco propuesto grabación combinada invasiva y no invasiva neurofisiológica proporciona una excelente oportunidad para extraer información de las áreas corticales y subcorticales en relación con tareas cognitivas-emocional. Dicha información se refleja en la actividad oscilatoria en el cerebro y múltiples bandas de frecuencia diferentes niveles de organización en relación con el funcionamiento del cerebro <s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por NEURON ERA-NET / BMBF Alemania (Tymon). las tasas de publicación están cubiertos por una subvención del Hospital Universitario de Düsseldorf. La tarea de flancos utilizado aquí se modificó a partir de la versión inicialmente programado por el Prof. C. Beste y su grupo 47.
Materials
| BrainAmp Amplifier | Brain Products GmbH, Gilching Germany | Quantity: 2 | |
| BrainVision Recorder Software | Brain Products GmbH, Gilching Germany | 1 License | |
| BrainVision Analyzer Software | Brain Products GmbH, Gilching Germany | 1 License | |
| Fiber Optic cables and USB connectors | Brain Products GmbH, Gilching Germany | These come with the above listed equipment | |
| Electrode Input box (64 channels) | Brain Products GmbH, Gilching Germany | Quantity: 1 | |
| EEG gel | Natus Inc | Quantity: 1 | |
| Isopropyl alcohol | Schülke & Mayr GmbH, Germany | Quantity: 1 | |
| Skin preparation gel | Weaver and Co, USA | Quantity: 1 | |
| MATLAB | Math-Works, Natick, Massachusetts, USA | 1 License | |
| FieldTrip toolbox | http://www.fieldtriptoolbox.org/ | Open Source | |
| INOMED MER system | INOMED Corp., Emmendingen, Germany | Quantity: 1 | |
| Macroelectrodes (model 3387 quadripolar DBS lead) | Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA | Quantity: 2 | |
| Sterile percutaneous extension wires (model 3550-05) | Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA | Quantity: 2 | |
| Twist lock cable (model 3550-03) | Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA | Quantity: 2 | |
| custom made connectors to DIN 428092 touch proof connectors | Quantity: 2 | ||
| Vercise Lead kit DB -2201 | Boston Scientific | Quantity: 2 | |
| Contact extenion kit NM-3138 | Boston Scientific | Quantity: 2 | |
| O.R. cabel & extension SC-4100 A | Boston Scientific | Quantity: 2 | |
| connector to touch proof | Twente Medical Systems International B.V. | Quantity: 2 | |
| CT scanner Modell PQ2000 (Postoperative CT scans) | Philips Healthcare GmbH Hamburg | Quantity: 1 | |
| Presentation Software (Flanker Task) | Neurobehavioral systems Inc. | 1 License | |
| MEG System | Elekta Neuromag Inc | Alternatively | |
| High-density EEG sensor net (128 or 256 channels) | Electrical Geodesics Inc (EGI), USA | Alternatively |
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