定位脳波を使用して、ディープ皮質の機能と下構造の調査：前帯状皮質からの教訓は、
Summary
定位脳波（SEEG）は発作病巣をローカライズを助けるためにてんかん手術で使用手術技法である。また、脳機能を研究するユニークな機会を与える。ここでは、SEEGはヒト対象における認知プロセスを調査するために使用することができる方法について説明します。
Abstract
定位脳波（SEEG）は医学的に難治性てんかんの患者で発作病巣をローカライズするために使用される技術である。この手順では、硬膜下グリッド電極の配置を介して、典型的にはアクセス不可能な脳の領域に複数の深さの電極の慢性的配置を含む。 SEEGは、このように脳機能を研究するユニークな機会を提供します。本論文では、SEEG、認知制御で背側前帯状皮質（DACC）の役割を調査するために使用することができる方法を示します。我々は、電極の外科配置を実証し、SEEG手順の説明が含まれています。我々は、彼らが行動のタスクに従事している間に被写体を同意からローカルフィールドポテンシャル（LFP）のデータを記録するために必要なコンポーネントとプロセスについて説明します。提供された例では、エリア、被験者は認知干渉課題を果たし、我々は、信号が背側前帯状皮質内の電極から記録され、分析される方法を示しintimately意思決定に関与。我々は、この方法は、人間の認知プロセスを調査するために使用できる方法の更なる提案を結論付ける。
Introduction
てんかん、時間をかけて複数の再発性発作によって特徴づけられる一般的な神経学的障害は、病気1の世界的な負担の1％を占めています。患者2,3の30％ -抗てんかん薬は20に発作を制御することができない。これらの医学的に難治性の患者では、てんかん手術は、多くの場合、4,5が示されている。手術を続行するという決定は、発作焦点、手術計画を策定するための前提条件を見つける必要があります。最初に、非侵襲性の技術がlateralizeおよび発作焦点をローカライズするために使用される。脳波（EEG）は、例えば、対策皮質の電気的活動は、頭皮上に配置された電極から記録され、多くの場合、発作焦点の位置についての十分な情報を提供することができる。また、磁気共鳴イメージング（MRI）は、海馬硬化症、医学的に難治性てんかんの最も一般的な形態で見られる古典的な病理学、近心トンなどの個別の病変を示すことができるemporal葉てんかん（MTLE）。
しばしば、しかし、非侵襲的精密検査は、発作焦点を識別することができません。これらの場合には、脳内の電極と侵襲脳波（ECOG）がフォーカスをローカライズし、外科処置6を案内するために必要とされる。 ECOGは、脳と直接接触して配置された電極を用いて電気的活性を測定するために使用される神経生理学的技術である。表面の格子またはストリップ（硬膜）の電極は、脳の表面上開頭術（骨弁の除去）及び硬膜の大きな開口部を必要とするプロセスに配置される。これらの表面電極は、発作発症の推定上の領域（単数または複数）の上に配置することができる。電極の先端が皮膚の小さな開口部を介してトンネリングさてんかん監視ユニット（EMU）に記録装置に接続されている。 EMUでは、患者は、連続した映像とECOG記録を通じて臨床発作活動のために監視される。この技術のiS皮質表面の比較的大きな面積にわたって（数日から数週間）発作と発作の放電の録音を長期的に収集するための便利。これらの頭蓋内の録音が発作病巣と伝播を調査するための臨床的に非常に貴重であるが、彼らはまた、特別に設計された行動のタスクを受けているヒトでの認知機能と神経生理学を研究する機会を提供してくれる。
硬膜下グリッド電極を用いECOGは、感覚および言語処理を含む皮質機能の様々な側面を研究するために使用されてきた。多くの例の一つとして、ブシャールらは腹感覚運動皮質における話し言葉のための音節の形成における経口筋肉組織の一時的な協調、人間の音声感覚運動皮質7として同定された領域を示した。また、硬膜下グリッド配置にECOGはまた、ヒトをATTENすることができる機序を研究するために利用されている群衆の中の特定の声にD：いわゆる「カクテルパーティー効果」8,9。 ECOG記録は、動的に音声ストリームを追跡する二つの異なるニューロンのバンドが存在することが、低周波の位相と高ガンマ振幅変動の両方を示し、別個のプロセシング部位が存在すること – 両方のスピーカーを追跡するための1つの「変調」サイト、一「選択」出席したトーカ5を追跡サイト。
硬膜下電極配置とECOGの別の新たなアプリケーションは、外部出力を駆動するために神経活動を「デコード」ブレインコンピュータインタフェース（BCIは）で使用する可能性である。この技術は、重度の脳または脊髄傷害を有する患者は世界と通信し、補綴物10,11を操作することを可能にする可能性がある。
硬膜下グリッドの配置は、スーパーの理解に大きく貢献してきたがficial皮質領域及び皮質てんかん焦点の同定に有用であるが、この技術は、開頭術とそれに付随するリスクを必要とし、一般的に脳の外表面を研究に限られている。定位脳波（SEEG）が深いてんかん焦点12の評価を可能にする技術である。フランスとイタリアでの使用の長い歴史を持つ、それはまた、ますます米国13で使用されている。 SEEGは、複数の電極の配置を伴う（通常は10から16）深い小さな（数mm）ツイストドリルバリホールを通して脳の物質の中。硬膜下グリッド配置をSEEGの利点は、低侵襲性の性質、必要なときに両側性半球を調べることを容易に、かつ、発作伝搬の三次元マップを生成する能力を含む。さらに、これらの電極は、表面電極で識別することが以前に困難であった深いてんかん焦点の同定を可能にする。この手順は、提供します：ES直接ヒトに調査する以前に困難であったそのすべてがそのような大脳辺縁系の深皮質の構造、mesoparietal皮質、mesotemporal皮質、および眼窩前頭皮質の神経生理学と機能を調査する機会を。
本論文では、SEEGが背側前帯状皮質（DACC）の認知機能を調べるために利用することができる方法を示しています。 DACCは広く研究脳の領域であるが、それはまた最もよくわかっていないの一つです。人間の認知のための重要な地域と考えられ、それがDACCが継続的に環境14によって課される要求の変化との関連での意思決定の動的な神経処理の中心となる可能性がある。両方の霊長類15,16と17のヒトでの研究は、DACCは、特に複数の同時相反する要求18-21の状況では、特定のアクションの潜在的なリスクと報酬を統合し、そしてmことを示唆している以前の行動とその結果14,22,23のコンテキストでこれらの決定をodulates。
マルチソースの干渉課題（MSIT）、ストループのような行動のタスクは、頻繁にDACCの紛争処理を調査するために使用されます。 MSITタスクはDACC 24,25により規制処理の複数のドメインに関与ニューロンを補充することによってDACCを活性化させる。このタスクは、具体的な意思決定、目標検出、ノベルティ検出、エラー検出、応答選択、および刺激/応答の競争の機能をテストすることによってDACCを活性化させる。また、MSITタスクはSEEGを用いた同時相反する刺激にDACC神経応答を調査するために、本研究で利用されている認知干渉の複数の次元を、紹介します。
Protocol
Representative Results
Discussion
本論文ではSEEGは、ヒトにおける意思決定のタスクの実行中にDACC内のローカルニューロン集団の活動を調査するために使用された。以前の研究は、術中microelectode記録14を使用して、DACC、個々のニューロンの活性を調査し、DACC活性は以前の活性により変調されることを実証した。微小電極の研究では、個々のニューロンのスパイク活動の調査を可能にする。 SEEGは、ニューロンの大集?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は全く確認応答や財務開示していません。
Materials
| Trigger I/O cable | Natus Medical Inc. | 5029 | PS2 to BNC cable |
| BNC cables for analog pulses | Can be ordered from most electronics stores. | ||
| Power strip with surge protection and battery backup | Tripp Lite | SMART500RT1U UPC | Power source and backup |
| National instruments multifunctional daq data acquisition box NI PCIe-6382 DAQ cards | National Instruments | PCIe-6382 w/ BNC 2090A | PCI cards for behavioral control interface |
| Custom made button box – human interface device | Any human interface device with three buttons may be used. Alternatively, 3 keyboard buttons may be used. | ||
| Xltek 128 channel clinical intracranial EEG monitoring system EMU128FS | Natus Medical Inc. | 002047c | Clinical recording system |
| Subject monitor and associated cables for visual stimulus presentation | Dell | U2212HMc | Most Monitors are adequate here. |
| Personal comptuer running behavioral software with DAQ cards installed | Superlogics | SL-2U-PD-Q87SLQ-BA | Computer for recording neural data |
| Mains cable for monitor | Usually comes with the monitor, can be purchased at any electronics store. | ||
| Monkey Logic software which runs on Matlab 2010A | Free from MonkeyLogic website | ||
| MATLAB 2010a software with data acquisition toolbox | Mathworks | Matlab software | |
| sEEG electrodes AD TECH or PMT | AD TECH | 2102-##-101 | Platinum tip, diameter (0.89 mm, 1 mm, 1.1 mm), uninsulated length 2.3 mm; The ## in the catalog number indicates the number of contacts on the electrode (08, 10, 12, or 16) |
| Cabrio connectors | PMT | 2125-##-01 | The ## in the catalog number indicates the number of contacts on the electrode (08, 10, 12, or 16) |
| Tucker Davis Technologies Amplifier | Tucker Davs Technologies | PZ5 | preamplifier for neural data |
| Tucker Davis Technologies processor | Tucker Davs Technologies | RZ2 | Neural signal processor for neural data |
| TuckerDavis Technologies data streamer | Tucker Davs Technologies | RS4 | Data streamer and storage |
| Fiber optics cables to connect TDT systems | Tucker Davs Technologies | F05 | Fiber optic cables for connecting Tucker Davis Technologies' prodcuts. |
| ribbon cable and snap serial connector for digital markers | Can be ordered from ost electronics stores. | ||
| personal computer fro running TDT RPvdsEx and OpenEx software | Superlogics | SL-2U-PD-Q87SLQ-BA | computer for behavioral control |
| middle atlantics server cabinet with casters | Middle Atlantic Products | PTRK-21 | Server case to house all of the research items |
| Tucker Davis Technologies splitter box to split clinical and research recrodings | Tucker Davs Technologies | This splitter box is a semi-custom device. Researchers should consult the attending neurologists about splitting the research and clinical recordings in a way that doesn't interfere with clinical care. | |
| Researcher monitor with requisite cables | Dell | U2212HMc | Most Monitors are adequate here. |
| button box power source – 5 volts, 2 amperes | Can be purchased at any electronics store. | ||
| TDT optical interface PCI card | Tucker Davs Technologies | P05 |
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