मानव मिर्गी के मरीजों में एक साथ नेत्र ट्रैकिंग और सिंगल-न्यूरॉन रिकॉर्डिंग
Summary
हम मनुष्यों में एक साथ आंख पर नज़र रखने के साथ एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग का संचालन करने के लिए एक विधि का वर्णन. हम इस विधि की उपयोगिता का प्रदर्शन और वर्णन कैसे हम मानव मध्यस्थ अस्थायी पालि में न्यूरॉन्स प्राप्त करने के लिए इस दृष्टिकोण का इस्तेमाल किया है कि एक दृश्य खोज के लक्ष्य सांकेतिक संबंधमें.
Abstract
अरुचिकर मिर्गी के साथ रोगियों से इंट्राक्रैनियल रिकॉर्डिंग सक्रिय व्यवहार के दौरान व्यक्तिगत मानव न्यूरॉन्स की गतिविधि का अध्ययन करने के लिए एक अनूठा अवसर प्रदान करते हैं। व्यवहार की मात्रा निर्धारित करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण आंख पर नज़र रखने, जो दृश्य ध्यान का अध्ययन करने के लिए एक अनिवार्य उपकरण है. हालांकि, आंख पर नज़र रखने आक्रामक electrophysiology के साथ समवर्ती उपयोग करने के लिए चुनौतीपूर्ण है और इस दृष्टिकोण फलस्वरूप थोड़ा इस्तेमाल किया गया है. यहाँ, हम मनुष्यों में एक साथ आंख पर नज़र रखने के साथ एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग का संचालन करने के लिए एक सिद्ध प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। हम वर्णन कैसे सिस्टम जुड़े हुए हैं और न्यूरॉन्स और आंख आंदोलनों रिकॉर्ड करने के लिए इष्टतम सेटिंग्स. इस विधि की उपयोगिता को समझाने के लिए, हम इस सेटअप द्वारा संभव किए गए परिणामों को सारांशित करते हैं. इस डेटा से पता चलता है कि कैसे एक स्मृति निर्देशित दृश्य खोज कार्य में आंख पर नज़र रखने का उपयोग कर हमें न्यूरॉन्स के एक नए वर्ग का वर्णन करने की अनुमति दी लक्ष्य न्यूरॉन्स कहा जाता है, जिनकी प्रतिक्रिया वर्तमान खोज लक्ष्य के लिए ऊपर से नीचे ध्यान का चिंतनशील था. अंत में, हम इस सेटअप की संभावित समस्याओं के महत्व और समाधान पर चर्चा करते हैं। एक साथ, हमारे प्रोटोकॉल और परिणाम सुझाव है कि मानव में एक साथ आंख पर नज़र रखने के साथ एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग मानव मस्तिष्क समारोह का अध्ययन करने के लिए एक प्रभावी तरीका है. यह पशु neurophysiology और मानव संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान के बीच एक महत्वपूर्ण लापता लिंक प्रदान करता है.
Introduction
मानव एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग असाधारण स्थानिक और लौकिक संकल्प1के साथ मानव मस्तिष्क के समारोह का पता लगाने के लिए एक अद्वितीय और शक्तिशाली उपकरण हैं। हाल ही में, एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र में व्यापक उपयोग प्राप्त किया है क्योंकि वे संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं के प्रत्यक्ष जांच मानव अनुभूति के लिए केंद्रीय अनुमति देते हैं. इन रिकॉर्डिंग नैदानिक मिर्गी foci की स्थिति निर्धारित करने के लिए संभव बना रहे हैं, जिसके लिए गहराई इलेक्ट्रोड अस्थायी रूप से संदिग्ध फोकल मिर्गी के साथ रोगियों के दिमाग में प्रत्यारोपित कर रहे हैं. इस सेटअप के साथ, एकल-न्यूरॉन रिकॉर्डिंग हाइब्रिड गहराई इलेक्ट्रोड की नोक से बाहर निकलते microwires का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है (संकर गहराई इलेक्ट्रोड की प्रविष्टि में शामिल शल्य चिकित्सा पद्धति का एक विस्तृत विवरण पिछले में प्रदान की जाती है प्रोटोकॉल2). अन्य लोगों के अलावा, इस विधि का प्रयोग मानव स्मृति3,4,संवेग5,6, और ध्यान7,8 का अध्ययन करने के लिए किया गयाहै.
नेत्र ट्रैकिंग उपायों संज्ञानात्मक कार्यों के दौरान स्थिति और आंख आंदोलनों टकटकी (फिक्सेशन और saccades)। वीडियो आधारित आंख trackers आम तौर पर corneal प्रतिबिंब और समय9के साथ ट्रैक करने के लिए सुविधाओं के रूप में पुतली के केंद्र का उपयोग करें. नेत्र ट्रैकिंग दृश्य ध्यान का अध्ययन करने के लिए एक महत्वपूर्ण तरीका है क्योंकि टकटकी स्थान सबसे प्राकृतिक व्यवहार10,11,12के दौरान ध्यान का ध्यान इंगित करता है . स्वस्थ व्यक्तियों में दृश्य ध्यान का अध्ययन करने के लिए नेत्र ट्रैकिंग का व्यापक रूप से उपयोग किया गयाहै 13 और तंत्रिका विज्ञान की आबादी14,15,16.
जबकि दोनों एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग और आंख ट्रैकिंग व्यक्तिगत रूप से मनुष्यों में बड़े पैमाने पर इस्तेमाल कर रहे हैं, कुछ अध्ययनों दोनों एक साथ इस्तेमाल किया है. एक परिणाम के रूप में, यह अभी भी काफी हद तक अज्ञात कैसे मानव मस्तिष्क में न्यूरॉन्स आंख आंदोलनों के लिए प्रतिक्रिया और / यह मैकैक के साथ अध्ययन के विपरीत है, जहां एक साथ एकल-न्यूरॉन रिकॉर्डिंग के साथ आंख ट्रैकिंग एक मानक उपकरण बन गया है। आदेश में सीधे आंख आंदोलनों के लिए न्यूरॉन प्रतिक्रिया की जांच करने के लिए, हम मानव एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग और आंख पर नज़र रखने संयुक्त. यहाँ हम ऐसे प्रयोगों का संचालन करने के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन और फिर एक ठोस उदाहरण के माध्यम से परिणाम वर्णन.
मानव मध्य लौकिक पालि की स्थापित भूमिका के बावजूद (MTL) दोनों वस्तु प्रतिनिधित्व में17,18 और स्मृति3,19, यह काफी हद तक अज्ञात है कि क्या MTL न्यूरॉन्स के एक समारोह के रूप में संग्राहक रहे हैं व्यवहार से प्रासंगिक लक्ष्यों के लिए ऊपर से नीचे ध्यान. इस तरह के न्यूरॉन्स का अध्ययन करने के लिए समझने के लिए कैसे लक्ष्य प्रासंगिक जानकारी नीचे अप दृश्य प्रक्रियाओं को प्रभावित शुरू करने के लिए महत्वपूर्ण है. यहाँ, हम निर्देशित दृश्य खोज का उपयोग कर न्यूरॉन्स रिकॉर्डिंग जबकि आंख पर नज़र रखने की उपयोगिता का प्रदर्शन, एक प्रसिद्ध प्रतिमान लक्ष्य निर्देशित व्यवहार का अध्ययन करने के लिए20,21,22,23, 24 , 25.इस विधि का उपयोग करते हुए, हमने हाल ही में लक्ष्य न्यूरॉन्स नामक न्यूरॉन्स के एक वर्ग का वर्णन किया है, जो यह संकेत देता है कि वर्तमान में उपस्थित उत्तेजना एक सतत खोज8का लक्ष्य है या नहीं। नीचे दिए गए में, हम इस पिछले वैज्ञानिक अध्ययन को पुन: पेश करने के लिए आवश्यक अध्ययन प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं। ध्यान दें कि इस उदाहरण के साथ, प्रोटोकॉल आसानी से एक मनमाना दृश्य ध्यान कार्य का अध्ययन करने के लिए समायोजित किया जा सकता है.
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में, हम कैसे समवर्ती आँख ट्रैकिंग के साथ एकल न्यूरॉन रिकॉर्डिंग को रोजगार के लिए वर्णित है और वर्णित कैसे हम मानव MTL में लक्ष्य न्यूरॉन्स की पहचान करने के लिए इस विधि का इस्तेमाल किया.
<p class="j…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम उनकी भागीदारी के लिए सभी रोगियों को धन्यवाद देते हैं। इस शोध Rockefeller तंत्रिका विज्ञान संस्थान, Autism विज्ञान फाउंडेशन और दाना फाउंडेशन (S.W.), एक NSF कैरियर पुरस्कार (1554105 से U.R.) द्वारा समर्थित किया गया था, और NIH (R01MH1110831 और U01NS098961 U.R.). funders अध्ययन डिजाइन, डेटा संग्रह और विश्लेषण, प्रकाशित करने का निर्णय, या पांडुलिपि की तैयारी में कोई भूमिका नहीं थी. हम जेम्स ली, एरिका Quan, और देवदार-Sinai सिमुलेशन केंद्र के कर्मचारियों को धन्यवाद प्रदर्शन वीडियो के उत्पादन में उनकी मदद के लिए.
Materials
| Cedrus Response Box | Cedrus (https://cedrus.com/) | RB-844 | Button box |
| Dell Laptop | Dell (https://dell.com) | Precision 7520 | Stimulus Computer |
| EyeLink Eye Tracker | SR Research (https://www.sr-research.com) | 1000 Plus Remote with laptop host computer and LCD arm mount | Eye tracking |
| MATLAB | MathWorks Inc | R2016a (RRID: SCR_001622) | Data analysis |
| Neuralynx Neurophysiology System | Neuralynx (https://neuralynx.com) | ATLAS 128 | Electrophysiology |
| Osort | Open source | v4.1 (RRID: SCR_015869) | Spike sorting algorithm |
| Psychophysics Toolbx | Open source | PTB3 ( RRID: SCR_002881) | Matlab toolbox to implement psychophysical experiments |
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