Combinadas Funções Invasiva subcorticais e Superfície Non-invasive neurofisiológica Gravações de Avaliação da cognitivos e emocionais em 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
Apesar do sucesso na aplicação de eletroencefalografia não-invasiva (EEG), magneto-encefalografia (MEG) e ressonância magnética funcional (fMRI) para extrair informações importantes sobre o mecanismo do cérebro humano, tais métodos não são suficientes para fornecer informações sobre fisiológica processos que refletem as funções cognitivas e emocionais no nível subcortical. A este respeito, abordagens clínicas invasivas modernas em seres humanos, tais como a estimulação cerebral profunda (DBS), oferecem uma tremenda possibilidade de gravar a atividade cerebral subcortical, potenciais de campo nomeadamente locais (LFPs) representando atividade coerente de conjuntos neuronais de gânglios da base localizada ou regiões do tálamo . Não obstante o facto de as abordagens invasivas em humanos são aplicadas somente após indicação médica e os dados assim registados correspondem aos circuitos cerebrais alteradas, informações valiosas podem ser obtidas em relação à presença das funções cerebrais intactas em relação ao oscilatório cérebroactividade e a patofisiologia de distúrbios na resposta ao paradigmas experimentais cognitivas. Nesse sentido, um número crescente de estudos DBS em pacientes com doença de Parkinson (DP) como alvo não apenas as funções motoras, mas também processos de nível superior, tais como emoções, tomada de decisão, atenção, memória e percepção sensorial. Ensaios clínicos recentes também destacar o papel da DBS como um tratamento alternativo em distúrbios neuropsiquiátricos que variam de transtorno obsessivo compulsivo (TOC) para doenças crônicas de consciência (DOC). Consequentemente, vamos nos concentrar no uso de invasoras (LFP) e não-invasivos (EEG) gravações do cérebro humano combinados na avaliação do papel das estruturas corticais-subcortical em paradigmas experimentais de processamento de vale cognitivos e emocionais (por exemplo. Estímulos de fala com conotação emocional ou paradigmas de controle cognitivo, como a tarefa Flanker), para pacientes submetidos a tratamento DBS.
Introduction
Gravações neurofisiológicos invasivas em humanos datam de estudos seminais de segmentação gravações eletrocorticográfica de áreas corticais e do cerebelo durante a cirurgia de epilepsia e pesquisa do tumor 1. Um marco importante para um maior desenvolvimento de tal processo de gravação tem sido a introdução da técnica estereotáxica que fornece acesso seguro e eficiente de estruturas profundas do cérebro humano 2. Além de tratamento clínico, abordagens invasivas do cérebro em humanos fornecem uma oportunidade e única para estudar a função cerebral em relação aos padrões de atividade registrados modulados por estímulos externos, nomeadamente o caso de gravações invasoras intra e pós-operatório em pacientes submetidos à estimulação cerebral profunda (DBS ) procedimentos. A aplicabilidade e utilidade do DBS foi abordada em várias doenças neurológicas e neuropsiquiátricas da doença de Parkinson (DP) para transtorno obsessivo-compulsivo (TOC) ou condições como crodistúrbios nic de consciência (DOC).
Em particular, o DBS ter sido aplicado no tratamento da doença de Parkinson 3,4,5, 6 tremor essencial, primário / generalizada distonia segmentar 7,8,9, doença de Huntington 10,11, resistente ao tratamento de depressão-12,13, nicotina e álcool 14, doença de Alzheimer 15,16, da síndrome de Tourette 17 e distúrbio crônico da consciência (DOC) 18,19,20.
No âmbito da neuropsiquiatria, DBS é um tratamento aprovado / marca CE para o transtorno obsessivo compulsivo (TOC) visando o ramo anterior da cápsula interna (ALIC) e está em uso visando a cápsula / ventral striatum / caudado ventral ventral (VC / VS), núcleo accumbens (NAC) e do núcleo subtalâmico (STN) 21. No que diz respeito DBS no TOC 22, estudos recentes salientam o papel da STN para o mecanismo de verificação compulsivoing através da utilização de memória baseados em paradigmas 23,24,25.
Notável, modulação da atividade cerebral sob a influência de paradigmas com conotação cognitiva e emocional tem sido enfatizada em DOC 26,27,28,29. Assim, é realçada DBS, não só como um tratamento potencial para DOC crónica, mas também como um procedimento clínico que abre a possibilidade de estudar a modulação da actividade subcortical gravando locais potenciais de campo (LFP) a partir de regiões intra e pós-talâmicos centrais operativamente.
Em DBS, implantação de eléctrodos de neurocirurgia é baseado na técnica de estereotaxia, que representa de forma segura para o cérebro restrições anatómicas, enquanto que a estimulação do paciente é personalizada através de ensaios de estimulação de impulso intra-operatórios. gravação LFP pós-operatório é possível após a implantação inicial de eletrodos DBS e antes de internalização do gerador de impulsos. Em particular, o presente protocolo é centered em gravações pós-operatórias.
Em combinação com LFPs, a gravação simultânea da actividade cerebral cortical pode ser conseguido por exemplo por electroencefalografia não-invasiva (EEG) ou magnetoencephalography (MEG) 30,31. Estes dois métodos não invasivos são suportados, devido à sua excelente resolução de tempo. Enquanto MEG é menos afetada do que EEG por efeitos crânio 32, EEG parece vantajoso porque é menos afectado por artefatos causados por implantes metálicos e movimentos de cabeça e ele pode ser usado na cama do lado do paciente 33. Por gravação simultânea de atividade cerebral cortical-subcortical (LFP e EEG / MEG) em resposta a paradigmas emocional-cognitivo aplicado, diferentes relações entre as oscilações do cérebro e comportamento poderia ser estabelecido com base no acoplamento de tempo-frequência analisa 34. Por sua vez, esses padrões poderia levar a biomarcadores potenciais de cognitiva individualizado de um paciente e estados emocionais e optimization de parâmetros de tratamento, considerando configurações individualizadas.
As seguintes metas do protocolo de invasoras e de registo neurofisiológico não-invasiva em humanos para a avaliação da função cognitiva e emocional, especialmente a nível cortical e subcortical (EEG e LFPs).
Em primeiro lugar, as etapas de gravação neurofisiológicos ilustrados no vídeo, que acompanha o presente protocolo, corresponde a uma gravação com um exemplo paciente com desordem de movimento que realiza a chamada tarefa Flanqueador (Exemplo 1).
Em segundo lugar, passos no protocolo são discutidos, concentrando-se na metodologia de análise e amostras resultados tomadas a partir de um exemplo DBS publicado em DOC crônica 26 (Exemplo 2).
Estes dois exemplos destacar a aplicabilidade do protocolo proposto para pacientes tratados com DBS com diferentes distúrbios e vários paradigmas experimentais.
Protocol
Representative Results
Discussion
Em contraste com as técnicas de gravação cérebro não-invasivos, como couro cabeludo-EEG e MEG, o quadro invasivo e não-invasivo combinado proposto neurofisiológica gravação fornece uma oportunidade notável para extrair informações de áreas corticais e subcorticais em relação às tarefas cognitivas e emocionais. Tal informação é refletida pela atividade oscilatório cérebro em múltiplas bandas de frequência e diferentes níveis de organização em relação ao funcionamento cerebral 44. pa…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado por NEURON ERA-NET / BMBF Alemanha (Tymon). taxas de publicação estão cobertas por uma subvenção do Hospital Universitário de Düsseldorf. A tarefa Flanker usada aqui foi modificado a partir da versão inicialmente programado pelo Prof. C. Beste e seu 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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