1. Betreff Rekrutierung und Zustimmung <ol><li> Nach klinischen Beurteilung und Zustimmung für Nucleus subthalamicus (STN) Tiefenhirnstimulation (DBS) für feuerfeste Parkinson-Krankheit, ist jedes Patienten Informationen überprüft, um festzustellen, ob er / sie erfüllt die Kriterien für die intra-operative-Studie (die in einem Institutional Review Vorstand genehmigte Protokoll am Massachusetts General Hospital). </li><li> Wenn festgestellt wird, dass das Thema der Studie Kriterien erfüllt, nähert sich einem Arzt Mitglied der Studiengruppe (nicht der Operateur) des Patienten auf die Möglichkeit der Teilnahme an der Studie zu diskutieren. </li><li> Die Einverständniserklärung für die Teilnahme an der Studie wird dann überprüft und erläutert das Thema. Wichtig ist, betont die Erklärung die Studie, dass die Teilnahme an der Studie ist freiwillig und dass an keiner Stelle er / sie hat die Möglichkeit, von der Teilnahme zurückzutreten. Darüber hinaus ist es dann betonte, dass ihre Diskussion zu beteiligen oder in der Studie zurückzutreten keine Auswirkungen auf die medizinische Versorgung wird er / sie erhalten hat. </li><li> Wenn festgestellt wird, dass das Thema versteht und stimmt zu, an der Studie teilnehmen, er / sie Zeichen der zugelassenen Einwilligung und ist in die Studie aufgenommen. </li></ol> 2. Verhaltenstraining und Rig-Setup <ol><li> Als Teil der DBS Operation zur Behandlung der Parkinson-Krankheit, sind Themen, ins Krankenhaus eingeliefert einen Tag vor der Operation. Daher bietet sich hier die Gelegenheit, das Thema auf der Verhaltensebene Aufgabe zu schulen. Dieses Training ist wichtig, da es ein Zeitraum, in dem das Thema lernen, die Aufgabe zu erfüllen und weiter zu entwickeln Komfort mit seinen Regeln gibt, die Beseitigung &quot;Lerneffekte&quot; verwechselt (siehe Diskussion). </li><li> Ein tragbares Verhalten rig ist es, das Thema Krankenzimmer in der Nacht vor der Operation gebracht. </li><li> Diese Anlage ist mit der exakt gleichen Verhaltens Aufgabe, die Gegenstand benötigt, um am Tag des intra-operative-Studie durchzuführen ausgestattet ist. <ol><li> In diesem Beispiel wird die Versuchsperson gebeten, ein Kartenspiel, ähnlich wie das Spiel von &quot;Krieg&quot; zu spielen. In diesem Spiel ist das Thema benötigt, um Wette (entweder $ 20 oder $ 5), ob seine Karte höher als die des Computers. Die Absicht dieser Aufgabe ist es, Assay die Rolle der Belohnung und Risiko auf die neuronale Codierung in der STN. Um das Thema Anreize wird ihnen gesagt, dass sie einen Teil ihrer Gewinne gezahlt werden. </li><li> Als Mittel zur Reduzierung der möglichen Kombinationen (und die daraus resultierenden verwechselt), sind nur geradzahlige Karten einer einzigen Farbe (z. B. 2, 4, 6, 8, und 10 der Pik). Als solche können die möglichen Ergebnisse und Erwartungen der Aufgabe leicht berechnet und analysiert werden. </li><li> In jedem Versuch, das Thema zum ersten Mal sieht ein Bildschirm darstellen ihren Zufallsprinzip behandelt Karte und der Rückseite des unbekannten Computer-Karte. Der Bildschirm zeigt dann die beiden Wette Möglichkeiten, $ 5 und $ 20. Basierend auf der relativen Stärke seiner / ihrer Karte, wird der Gegenstand der mit einem Knopfdruck Wette, nach der der Bildschirm seine / ihre Karte und das offenbarte Computer die Karte zeigt. Der letzte Bildschirm explizit visualisiert die Höhe gewonnen oder verloren. </li></ol></li><li> Das Thema ist erlaubt, das Spiel zu spielen, bis sie vollständig verstehen die Regeln des Spiels, und führen Sie auf einem komfortablen Niveau. </li></ol> 3. Intra-operative - Versuchsaufbau <ol><li> Sobald das Motiv auf dem OP-Tisch positioniert wurde, wird die Anlage mit den Verhaltens-, Datenerfassungs-und Signalprozessoren in den Operationssaal gebracht. Rig Positionierung muss berücksichtigt normalen Arbeitsablauf und Sterilität Fragen im Zusammenhang mit den OP-Einstellung übernehmen. </li><li> Als Komponenten dieser Anlagen Montage und Demontage für jede Aufnahme-Session, ist es wichtig, alle Geräte Verbindungen zu überprüfen. Daher ist, wie jede Komponente, die Datenerfassung System angeschlossen ist, muss man die Integrität der Daten. Diese Verfahren sollten in den frühen Operation durchgeführt werden, um zu verhindern dass diese Fragen während der kritischen Zeit der Aufnahme zu beheben. <ol><li> Zunächst starten Sie den Erwerb und die Signalverarbeitung Ausrüstung. Verbinden Sie die Ausgänge der Signalverarbeitung rig auf die Eingänge der Übernahme rig. Im Falle dieser Studie werden wir Erwerb von drei extra-zelluläre Aktionspotential Kanäle entsprechend drei para-sagittal orientierten Elektroden, die in das Thema Gehirn während der Operation fortgeschritten sein wird. Schalten Sie den Verstärker ein zu einer Zeit, um sicherzustellen, dass der Erwerb System übernimmt die Signale. </li><li> Befestigen Sie den Monitor am OP-Tisch in angenehmste Position mit einem entsprechenden Adapter. </li><li> Wenn ein Eingabegerät (Joystick, Button-Box, Tastatur, etc.) eingesetzt wird, positionieren Sie das Gerät mit Aufmerksamkeit auf eine Lateralität in Bezug auf die Seite des Gehirns, aus denen Aufnahmen gewonnen werden. Stellen Sie sicher, dass das Thema die Hand bequem positioniert ist, um das Eingabegerät zu betreiben. Bitten Sie den Anästhesisten zu secure den Puls Sauerstoffversorgung Monitor auf der anderen Seite um den ordnungsgemäßen Betrieb des Geräts zu gewährleisten. In dieser Aufgabe verwenden wir eine Schaltfläche angezeigt. </li><li> Starten Sie das Verhalten und sicherzustellen, dass Verhaltensstörungen Ereignismarker wird durch den Erwerb rig eingefangen. </li><li> Starten Sie das Verhalten Aufgabe und damit das Thema, ein paar Versuche mit der Aufgabe zu spielen. Während dieser Zeit sicherzustellen, dass die Akquisition ist die Erfassung der Schaltfläche Feld-Eingänge und der Verhaltensebene Marker durch die Verhaltens-rig erzeugt. </li><li> Wenn alle Verbindungen funktionsfähig sind, stoppen Sie das Verhalten Aufgabe und Übernahme rig. </li></ol></li></ol> 4. Isolierung von Nucleus subthalamicus Neurons <ol><li> Die Ziele der Operation sind zu Ort chronischen DBS führt in der motorischen Region der STN. Diese Platzierung ist durch eine Kombination von stereotaktischen Bildgebung und neuophysiological Aufnahmen erreicht. </li><li> Details der stereotaktischen Planung und den chirurgischen Eingriff selbst wird natürlich variieren zwischen Einrichtungen, aber die allgemeine Vorgehensweise ist ähnlich. An unserer Institution ist ein Cosman-Roberts-Wells stereotaktischen Rahmen und fiducial Käfig aufgetragen und ein Kopf CT-Scan erhalten. Die CT mit Passermarken wird mit einer zuvor erhaltenen volumetrischen MRT des Gehirns auf eine neuro-Navigationssystem (oder BrainLab VectorVision, Feldkirchen, Deutschland StealthStation, Medtronics, Minneapolis, MN) zusammengeführt. Die Koordinaten des Ziels Hirnregion (STN in diesem Fall), um Frame-basierte Koordinaten umgewandelt. Im Operationssaal wird der Patient bequem in einem semi-Liegeposition positioniert und desinfiziert und abgedeckt mit Standard-OP-Technik. Die Koordinaten der linken STN sind in den Rahmen, der auf dem Patienten positioniert ist programmiert. Die Haut wird inzidiert und eingefahren. Burr Löcher platziert sind, und eine kleine durale Öffnung geschaffen. Kanülen an einem Microdrive sind in Position gebracht und Fortgeschrittene, bis die Spitze der Kanülen 25 mm über der Zielvorgabe sind. </li><li> Sobald die Kanülen in das Gehirn sind fortschrittliche, sind die internen Stilette entfernt und ersetzt mit hoher Impedanz (0,3 bis 1 Mega-Ohm) Mikroelektroden (FHC, Bowdoin, ME). Die Signalverarbeitung rig ist pre-Verstärker sind für jede Elektrode verbunden und das Differential Referenz Kanal liegt auf der äußeren Kanüle verbunden. </li><li> Auf der Signal-Verarbeitung rig die Verstärker eingeschaltet sind und die extra-zelluläre Signal bewertet wird. Darüber hinaus ist die Impedanz für jede Elektrode vor weiteren Vordringen in das Gehirn kontrolliert. </li><li> Der Chirurg fördert die Elektroden langsam (0,05-0,4 mm-Schritten) in das Gehirn. Die Elektroden sind fortgeschrittene ab 25mm aus dem berechneten Ziel zum STN. Diese Bahn führt in der Elektrode, die durch den Nucleus caudatus, dem Thalamus, der Zona inserta, und schließlich in den STN. </li><li> Sobald die Elektroden der STN eingegeben haben, manipuliert der Physiologe des Patienten kontralateralen Gliedmaßen als Mittel zur Feststellung, ob die neuronale Signal Motor reagiert wird. Wenn der Chirurg und Experimentator mit den Elektroden die Position zufrieden sind, können die Verhaltens-Task gestartet werden. </li></ol> 5. Data Acquisition <ol><li> Vor dem Start des Verhaltens Aufgabe, ist es wichtig, die Tiefe der Mikroelektroden und der Motor Reaktionsfähigkeit des isolierten Neuron (s) zu dokumentieren. </li><li> Das Thema wird dann angewiesen, dass die Aufgabe beginnt. Stellen Sie sicher, dass der Button-Box noch bequem positioniert und dass der Monitor vollständig sichtbar ist. </li><li> Starten Sie die Datenerfassung und-erwerben Baseline-Aktivität für mindestens 1 Minute vor dem Start des Verhaltens Aufgabe. </li><li> Da das Thema erledigt die Aufgabe ist es wichtig, die erfassten Daten zu überwachen. Mit einer Unterbrechung in der Akquisition, sollte die Aufgabe gestoppt werden und das Problem behoben. </li><li> In der aktuellen Studie ist die Versuchsperson gebeten zu 120 Prüfungen für jedes STN Tiefe durchzuführen. </li><li> Die Aufgaben können mehrmals für jede Tiefe in der STN durchgeführt werden, allerdings gibt es Einschränkungen für die Dauer dieser intra-operative Studien (weitere in der Diskussion beschrieben). Wir beschränken experimentellen Aufnahmezeit um 30 Minuten, um die Beeinträchtigung des Patienten und unnötige Verlängerung der Operation zu verhindern. Darüber hinaus hat das Thema die Möglichkeit, weitere Aufnahmen jederzeit ablehnen, in diesem Fall die Verhaltens-Task gestoppt wird und der Operation wird fortgesetzt. </li><li> Sobald die Studie abgeschlossen ist, werden die Daten gesichert und archiviert werden für die spätere Analyse. </li></ol> 6. Data Analysis <ol><li> Zunächst werden die neuronalen Signale in einzelne spike Zeitstempel mit kommerziell erhältlicher Software diskriminiert. </li><li> Der Verhaltensforscher Aufgabe Codes werden dann analysiert, und die neuronale Aktivität Zeitstempel ausgerichtet sind mit dem Code scripted in Matlab. </li></ol> Repräsentative Ergebnisse: Abbildung 1 zeigt repräsentative Ergebnisse aus einer STN Neuronen während des Krieges Spiel oben beschrieben aufgezeichnet. Das top-Panels zeigen Raster auf vier verhaltensrelevanter Epochen in der Task-zentriert: die Zinsbindung vor jedem Versuch, Präsentation des Subjekts Karte, ist die Taste drücken, zeigt das Thema Wette, und Präsentation des Computers Karte. Die Bodenplatten stellen binned (50 ms bins) peri-stimulus Zeithistogramme (PSTHs). Das Neuron nicht robust reagieren Präsentation des Subjekts Karte, sondern erhöht die Brand erheblich um den Knopf zu drücken. Diese Tätigkeit dauert, bis der Computer die Karte aufgedeckt wurde, an welcher Stelle feuern auf das Ausgangsniveau sinkt. <img src="/files/ftp_upload/2156/2156fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. Vertreter STN Neurons. Raster (obere Bilder) und peri-stimulus Zeithistogramme (PSTHs) auf verhaltensrelevanter Epochen zentriert sind für eine repräsentative Single STN Neuron dargestellt. Diese Neuronen feuern steigt deutlich um die Zeit von den Knopf drücken Angabe des Subjekts Wette.

<ol>
	<li>Benabid, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+(thalamotomy+and+stimulation)+stereotactic+surgery+of+the+VIM+thalamic+nucleus+for+bilateral+Parkinson+disease.">Combined (thalamotomy and stimulation) stereotactic surgery of the VIM thalamic nucleus for bilateral Parkinson disease.</a> Appl. Neurophysiol. 50 (1-6), 344-344 (1987).</li><li>Deuschl, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+randomized+trial+of+deep-brain+stimulation+for+Parkinson's+disease.">A randomized trial of deep-brain stimulation for Parkinson's disease.</a> N. Engl. J. Med. 355 (9), 896-896 (2006).</li><li>Gale, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+symphony+to+cacophony:+Pathophysiology+of+the+human+basal+ganglia+in+Parkinson+disease.">From symphony to cacophony: Pathophysiology of the human basal ganglia in Parkinson disease.</a> Neurosci. Biobehav. Rev. , (2007).</li><li>Williams, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+anterior+cingulate+neurons+and+the+integration+of+monetary+reward+with+motor+responses.">Human anterior cingulate neurons and the integration of monetary reward with motor responses.</a> Nat. Neurosci. 7 (12), 1370-1370 (2004).</li><li>Zaghloul, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+substantia+nigra+neurons+encode+unexpected+financial+rewards.">Human substantia nigra neurons encode unexpected financial rewards.</a> Science. 323 (5920), 1496-1496 (2009).</li></ol>

Deep Brain Stimulation Chirurgie bietet eine wertvolle Gelegenheit, um die Aktivität einzelner Neuronen im menschlichen Gehirn zu untersuchen. Bis heute diese Gelegenheit hat zahlreiche beschreibende Studien, dass die Aktivitäten der verschiedenen tiefen Kerne charakterisieren gestattet. In jüngerer Zeit haben intra-operativen Aufgaben werden immer ausgefeilter, um verschiedene Aspekte von Verhalten und Kognition Adresse. Die Absicht des aktuellen Protokolls ist es, einen Leitfaden für die Umsetzung erfolgreicher in...

* Gibt an, dass diese Gegenstände können Ersatz für vergleichbare Geräte oder Software werden; ** Zeigt an, dass Ersatz National Instruments-Komponenten verwendet werden können (siehe sein <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> für Kompatibilität); *** Zu finden <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> für spezifische Bedarf Matlab toolboxs.

intra-operative behavioral tasks in awake humans undergoing deep brain stimulation surgery

Tiefenhirnstimulation (DBS) ist ein chirurgischer Eingriff, dass eine chronische, hochfrequente elektrische Stimulation lenkt, um bestimmte Ziele in das Gehirn durch implantierte Elektroden. Tiefenhirnstimulation wurde zuerst als eine therapeutische Modalität durch Benabid et al umgesetzt. In den späten 1980er Jahren, als er diese Technik verwendet, um den ventralen Zwischen Kern des Thalamus zur Behandlung von Tremor 1 stimulieren. Derzeit ist das Verfahren zur Behandlung von Patienten, die angemessen auf medizinische Behandlung für Krankheiten wie Parkinson, Dystonie und essentieller Tremor nicht zu behandeln. Die Wirksamkeit dieses Verfahrens für die Behandlung der Parkinson-Krankheit hat in gut versorgt, randomisierte, kontrollierte Versuche 2 nachgewiesen. Derzeit hat die US Food and Drug Administration DBS als Behandlung für Patienten mit therapieresistenten essentieller Tremor, Morbus Parkinson und Dystonie zugelassen. Darüber hinaus ist DBS derzeit für die Behandlung anderer psychiatrischer und neurologischer Erkrankungen wie Zwangsstörungen, Depressionen, Epilepsie und ausgewertet. DBS hat nicht nur gezeigt, dass Menschen durch die Verbesserung ihrer Lebensqualität beitragen, sondern bietet auch den Forschern die einzigartige Gelegenheit, zu studieren und zu verstehen, das menschliche Gehirn. Mikroelektrodenaufzeichnungen werden routinemäßig während DBS Operation durchgeführt, um die Genauigkeit der anatomischen Ausrichtung zu verbessern. Firing Muster der einzelnen Neuronen kann daher aufgezeichnet, während das Thema führt eine Verhaltens-Aufgabe sein. Frühe Studien mit diesen Daten auf deskriptive Aspekte, einschließlich der Brenn-und Burst-Raten, und Frequenzmodulation 3 fokussiert. Neuere Studien haben auf die kognitiven Aspekte des Verhaltens in Bezug auf die neuronale Aktivität 4,5 konzentriert. Dieser Artikel liefert eine Beschreibung des intra-operative Methoden zur Verhaltens-Aufgaben ausführen und aufzeichnen neuronalen Daten mit wachen Patienten während DBS Fällen. Unsere Darlegung der Prozess des Erwerbs von elektrophysiologischen Daten beleuchten die aktuellen Möglichkeiten und Grenzen der intra-operativen Experimente an Menschen.

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Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

Tiefe Hirnstimulation Chirurgie bietet eine einzigartige Gelegenheit, um Informationen Kodierung in der wach menschliche Gehirn zu untersuchen. Dieser Artikel beschreibt intra-operative Methoden zur kognitiven und verhaltensbezogenen Aufgaben gleichzeitig zu erwerben physiologische Daten wie EMG, single-unit neuronaler Aktivität und / oder lokale Feldpotentiale.

Intra-Operative Behavioral Aufgaben in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Chirurgie

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through ...

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12.9K Aufrufe.  Harvard Medical School. Tiefe Hirnstimulation Chirurgie bietet eine einzigartige Gelegenheit, um Informationen Kodierung in der wach menschliche Gehirn zu untersuchen. Dieser Artikel beschreibt intra-operative Methoden zur kognitiven und verhaltensbezogenen Aufgaben gleichzeitig zu erwerben physiologische Daten wie EMG, single-unit neuronaler Aktivität und / oder lokale Feldpotentiale.

Serie: Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As such, primary or &#39;neuronal-like&#39; cell culture systems are commonly utilized. While&#160;these systems are relatively easy to work with, and are useful model systems in which various functional outcomes (such as cell death) can be readily quantified, the examined outcomes and pathways in cultured immature neurons (such as excitotoxicity-mediated cell death pathways) are not necessarily the same as those observed in mature brain, or in intact tissue. Therefore, there is the need to develop models in which cellular mechanisms in mature neural tissue can be examined. We have developed an in vitro technique that can be used to investigate a variety of molecular pathways in intact nervous tissue. The technique described herein utilizes rat cortical tissue, but this technique can be adapted to use tissue from a variety of species (such as mouse, rabbit, guinea pig, and chicken) or brain regions (for example, hippocampus, striatum, etc.). Additionally, a variety of stimulations/treatments can be used (for example, excitotoxic, administration of inhibitors, etc.). In conclusion, the brain slice model described herein can be used to examine a variety of molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.

Excitotoxic Stimulation of Brain Microslices as an In vitro Model of Stroke

We have developed a brain slice model which can be used to examine molecular mechanisms involved in excitotoxicity-mediated brain injury.&#160;This technique generates viable mature brain tissue and reduces animal numbers required for experimentation, whilst keeping the neuronal circuitry, cellular interactions, and postsynaptic compartments partly intact.

Exzitotoxische Stimulation der Hirn Microslices als<em&gt; In-vitro-</em&gt; Modell der Stroke

Examining molecular mechanisms involved in neuropathological conditions, such as ischemic stroke, can be difficult when using whole animal systems. As ...

Forschung

Medizin

Controlling Parkinson's Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time according to fluctuating disease and medication state. In the present realization of adaptive DBS we record and stimulate from the DBS electrodes implanted in the subthalamic nucleus of patients with Parkinson&#39;s disease in the early post-operative period. Local field potentials are analogue filtered between 3 and 47 Hz before being passed to a data acquisition unit where they are digitally filtered again around the patient specific beta peak, rectified and smoothed to give an online reading of the beta amplitude. A threshold for beta amplitude is set heuristically, which, if crossed, passes a trigger signal to the stimulator. The stimulator then ramps up stimulation to a pre-determined clinically effective voltage over 250 msec and continues to stimulate until the beta amplitude again falls down below threshold. Stimulation continues in this manner with brief episodes of ramped DBS during periods of heightened beta power.
Clinical efficacy is assessed after a minimum period of stabilization (5 min) through the unblinded and blinded video assessment of motor function using a selection of scores from the Unified Parkinson&#39;s Rating Scale (UPDRS). Recent work has demonstrated a reduction in power consumption with aDBS as well as an improvement in clinical scores compared to conventional DBS. Chronic aDBS could now be trialed in Parkinsonism.

Controlling Parkinson&#039;s Disease With Adaptive Deep Brain Stimulation

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) is effective for Parkinson&#8217;s disease, improving symptoms and reducing power consumption compared to conventional deep brain stimulation (cDBS). In aDBS we track a local field potential biomarker (beta oscillatory amplitude) in real time and use this to control the timing of stimulation.

Controlling Parkinson-Krankheit mit Adaptive Tiefe Hirnstimulation

Adaptive deep brain stimulation (aDBS) has the potential to improve the treatment of Parkinson&#39;s disease by optimizing stimulation in real time ...

Using Saccadometry with Deep Brain Stimulation to Study Normal and Pathological Brain Function

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including Parkinson's and Huntington's can disrupt it. People with Parkinson's disease, for example, tend to have increased saccadic latencies. Consequently, the quantitative measurement of saccadic eye movements has received considerable attention as a potential biomarker for neurodegenerative conditions. A lot more can be learned about the brain in both health and disease by observing what happens to eye movements when the function of specific brain areas is perturbed. Deep brain stimulation is a surgical intervention used for the management of a range of neurological conditions including Parkinson's disease, in which stimulating electrodes are placed in specific brain areas including several sites in the basal ganglia. Eye movement measurements can then be made with the stimulator systems both off and on and the results compared. With suitable experimental design, this approach can be used to study the pathophysiology of the disease being treated, the mechanism by which DBS exerts it beneficial effects, and even aspects of normal neurophysiology.

This paper describes the use of quantitative measurement of eye movements in conjunction with stimulation of focal areas of the deep brain in order to study physiology, pathophysiology, and the mechanisms of deep brain stimulation.

Mit Saccadometry mit Deep Brain Stimulation Normale und Pathologische Funktion des Gehirns zu studieren

The oculomotor system involves a large number of brain areas including parts of the basal ganglia, and various neurodegenerative diseases including ...

A Multimodal Imaging- and Stimulation-based Method of Evaluating Connectivity-related Brain Excitability in Patients with Epilepsy

Resting-state functional connectivity MRI (rs-fcMRI) is a technique that identifies connectivity between different brain regions based on correlations over time in the blood-oxygenation level dependent signal. rs-fcMRI has been applied extensively to identify abnormalities in brain connectivity in different neurologic and psychiatric diseases. However, the relationship among rs-fcMRI connectivity abnormalities, brain electrophysiology and disease state is unknown, in part because the causal significance of alterations in functional connectivity in disease pathophysiology has not been established. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is a technique that uses electromagnetic induction to noninvasively produce focal changes in cortical activity. When combined with electroencephalography (EEG), TMS can be used to assess the brain's response to external perturbations. Here we provide a protocol for combining rs-fcMRI, TMS and EEG to assess the physiologic significance of alterations in functional connectivity in patients with neuropsychiatric disease. We provide representative results from a previously published study in which rs-fcMRI was used to identify regions with abnormal connectivity in patients with epilepsy due to a malformation of cortical development, periventricular nodular heterotopia (PNH). Stimulation in patients with epilepsy resulted in abnormal TMS-evoked EEG activity relative to stimulation of the same sites in matched healthy control patients, with an abnormal increase in the late component of the TMS-evoked potential, consistent with cortical hyperexcitability. This abnormality was specific to regions with abnormal resting-state functional connectivity. Electrical source analysis in a subject with previously recorded seizures demonstrated that the origin of the abnormal TMS-evoked activity co-localized with the seizure-onset zone, suggesting the presence of an epileptogenic circuit. These results demonstrate how rs-fcMRI, TMS and EEG can be utilized together to identify and understand the physiological significance of abnormal brain connectivity in human diseases.

Resting-state functional-connectivity MRI has identified abnormalities in patients with a wide range of neuropsychiatric disorders, including epilepsy due to malformations of cortical development. Transcranial Magnetic Stimulation in combination with EEG can demonstrate that patients with epilepsy have cortical hyperexcitability in regions with abnormal connectivity.

Ein Multimodal Imaging- und Stimulations-basierte Verfahren zur Bewertung der Connectivity-bezogenen Erregbarkeit des Gehirns bei Patienten mit Epilepsie

Resting-state functional connectivity MRI (rs-fcMRI) is a technique that identifies connectivity between different brain regions based on correlations ...

Symmetric Bihemispheric Postmortem Brain Cutting to Study Healthy and Pathological Brain Conditions in Humans

Neuropathologists, at times, feel intimidated by the amount of knowledge needed to generate definitive diagnoses for complex neuropsychiatric phenomena described in those patients for whom a brain autopsy has been requested. Although the advancements of biomedical sciences and neuroimaging have revolutionized the neuropsychiatric field, they have also generated the misleading idea that brain autopsies have only a confirmatory value. This false idea created a drastic reduction of autopsy rates and, consequently, a reduced possibility to perform more detailed and extensive neuropathological investigations, which are necessary to comprehend numerous normal and pathological aspects yet unknown of the human brain. The traditional inferential method of correlation between observed neuropsychiatric phenomena and corresponding localization/characterization of their possible neurohistological correlates continues to have an undeniable value. In the context of neuropsychiatric diseases, the traditional clinicopathological method is still the best possible methodology (and often the only available) to link unique neuropsychiatric features to their corresponding neuropathological substrates, since it relies specifically upon the direct physical assessment of brain tissues. The assessment of postmortem brains is based on brain cutting procedures that vary across different neuropathology centers. Brain cuttings are performed in a relatively extensive and systematic way based on the various clinical and academic contingencies present in each institution. A more anatomically inclusive and symmetric bi-hemispheric brain cutting methodology should at least be used for research purposes in human neuropathology to coherently investigate, in depth, normal and pathological conditions with the peculiarities of the human brain (i.e., hemispheric specialization and lateralization for specific functions). Such a method would provide a more comprehensive collection of neuropathologically well-characterized brains available for current and future biotechnological and neuroimaging techniques. We describe a symmetric bi-hemispheric brain cutting procedure for the investigation of hemispheric differences in human brain pathologies and for use with current as well as future biomolecular/neuroimaging techniques.

Organized brain cutting procedures are necessary to correlate specific neuropsychiatric phenomena with definitive neuropathologic diagnoses. Brain cuttings are performed differently based on various clinico-academic contingencies. This protocol describes a symmetric bihemispheric brain cutting procedure to investigate hemispheric differences in human brain pathologies and to maximize current and future biomolecular/neuroimaging techniques.

Symmetrische Bihemispheric Postmortem Gehirn Schneiden Gesund und krankhafte Gehirnbedingungen beim Menschen zu studieren

Neuropathologists, at times, feel intimidated by the amount of knowledge needed to generate definitive diagnoses for complex neuropsychiatric phenomena ...

Evaluating the Procedure for Performing Awake Cystometry in a Mouse Model

Awake filling cystometry has been used for a long time to evaluate bladder function in freely moving mice, however, the specific methods used, vary among laboratories. The goal of this study was to describe the microsurgical procedure used to implant an intravesical tube and the experimental technique for recording urinary bladder pressure in an awake, freely moving mouse. In addition, experimental data is presented to show how surgery, as well as tubing type and size, affect lower urinary tract function and recording sensitivity. The effect of tube diameter on pressure recording was assessed in both polyethylene and polyurethane tubing with different internal diameters. Subsequently, the best performing tube from both materials was surgically implanted into the dome of the urinary bladder of male C57BL/6 mice. Twelve-hour, overnight micturition frequency was recorded in healthy, intact animals and animals 2, 3, 5, and 7 days post-surgery. At harvest, bladders were assessed for signs of swelling using gross observation and were subsequently processed for pathological analysis. The greatest extent of bladder swelling was observed on day 2 and 3, which correlated with behavioral voiding data showing significantly impaired bladder function. By day 5, bladder histology and voiding frequency had normalized. Based on the literature and evidence provided by our studies, we propose the following steps for in vivo recording of intravesical pressure and voided volume in an awake mouse: 1) Perform the surgery using an operating microscope and microsurgical tools, 2) Use polyethylene-10 tubing to minimize movement artifacts, and 3) Perform cystometry on post-operative day 5, when bladder swelling resolves.

This study describes the surgical procedures and experimental techniques for performing awake cystometry in a freely moving mouse. In addition, it provides experimental evidence to support its optimization and standardization.

Auswertung der Prozedur für die Durchführung einer wachen Zystometrie in einem Mausmodell

Awake filling cystometry has been used for a long time to evaluate bladder function in freely moving mice, however, the specific methods used, vary among ...

A Quantitative Sensory Testing Paradigm to Obtain Measures of Pain Processing in Patients Undergoing Breast Cancer Surgery

Chronic pain following surgery, persistent postsurgical pain, is an important highly prevalent condition contributing to significant symptom burden and lower quality of life. Persistent postsurgical pain is relatively refractory to treatment hence generating a high need for preventive strategies and treatments. Therefore, the identification of patients at risk of developing persistent pain is an area of active ongoing research. Recently it was demonstrated that peri-operative disruptions in central pain processing may be able to predict persistent postsurgical pain at long term follow-up in breast cancer patients. The aim of the current report is to present a short protocol to obtain pain thresholds to different stimuli at multiple sites and a measure of endogenous analgesia in breast cancer patients. We have used this method successfully in a clinical context and detail some representative results from a clinical study.

Persistent postsurgical pain may be related to changes in pain processing. By assessing pain in response to standardized stimuli, changes in pain processing can be elucidated. We present methods to obtain pain thresholds to different stimuli and a measure of endogenous analgesia in patients undergoing breast cancer surgery.

Eine Quantitative sensorische Tests Paradigma zu Maßnahmen der Schmerzen bei Patienten mit Brustkrebschirurgie Verarbeitung

Chronic pain following surgery, persistent postsurgical pain, is an important highly prevalent condition contributing to significant symptom burden and ...

Spinal Cord Lateral Hemisection and Asymmetric Behavioral Assessments in Adult Rats

Incomplete spinal cord injury (SCI) often leads to impairments of sensorimotor functions and is clinically the most frequent type of SCI. Human Brown-S&#233;quard syndrome&#160;is a common type of incomplete SCI caused by a lesion to one half of the spinal cord which results in paralysis and loss of&#160;proprioception&#160;on the same (or ipsilesional) side as the injury, and loss of pain and temperature sensation on the opposite (or contralesional) side. Adequate methodologies for producing a spinal cord lateral hemisection (HX) and assessing neurological impairments are essential to establish a reliable animal model of Brown-S&#233;quard syndrome. Although lateral hemisection model plays a pivotal role in basic and translational research, standardized protocols for creating such a hemisection and assessing unilateralized function are lacking. The goal of this study is to describe step-by-step procedures to produce a rat spinal lateral HX at the 9th thoracic (T9) vertebral level. We, then, describe a combined behavior scale for HX (CBS-HX) that provides a simple and sensitive assessment of asymmetric neurological performance for unilateral SCI. The CBS-HX, ranging from 0 to 18, is composed of 4 individual assessments which include unilateral hindlimb stepping (UHS), coupling, contact placing, and grid walking. For CBS-HX, the ipsilateral and contralateral hindlimbs are assessed separately. We found that, after a T9 HX, the ipsilateral hindlimb showed impaired behavior function whereas the contralateral hindlimb showed substantial recovery. The CBS-HX effectively discriminated behavioral functions between ipsilateral and contralateral hindlimbs and detected temporal progression of recovery of the ipsilateral hindlimb. The CBS-HX components can be analyzed separately or in combination with other measures when needed. Although we only provided visual descriptions of the surgical procedures and behavioral assessments of a thoracic HX, the principle may be applied to other incomplete SCIs and at other levels of the injury.

Here we describe surgical procedures to produce a reliable spinal cord lateral hemisection (HX) at the 9th thoracic level in adult rats and neurobehavioral assessments designed for detecting asymmetric deficits after such a unilateral injury.

Spinal Cord Lateral Hemisection und Asymmetrische Verhaltensbeurteilungen bei erwachsenen Ratten

Incomplete spinal cord injury (SCI) often leads to impairments of sensorimotor functions and is clinically the most frequent type of SCI. Human ...

Intra-Operative Neural Monitoring of Thyroid Surgery in a Porcine Model

Intraoperative injury to the recurrent laryngeal nerve (RLN) can cause vocal cord paralysis, which interferes with speech and can potentially interfere with breathing. In recent years, intraoperative neural monitoring (IONM) has been widely adapted as an adjunct technique to localize the RLN, detect RLN injury, and predict vocal cord function during the operations. Many studies have also used animal models to investigate new applications of IONM technology and to develop reliable strategies for preventing intraoperative RLN injury. The aim of this article is to introduce a standard protocol for using a porcine model in IONM research. The article demonstrates the procedures for inducing general anesthesia, performing tracheal intubation, and experimental design to investigate the electrophysiological characteristics of RLN injuries. Applications of this protocol can improve overall efficacy in implementing the 3R principle (replacement, reduction and refinement) in porcine IONM studies.

This study aims to develop a standard protocol of intra-operative neural monitoring of thyroid surgery in a porcine model. Here, we present a protocol to demonstrate general anesthesia, to compare different types of electrodes, and to investigate the electrophysiological characteristics of the normal and injured recurrent laryngeal nerves.

Intra-Operative neuronale Kontrolle der Schilddrüsen-Operation in einem porcinen Modell

Intraoperative injury to the recurrent laryngeal nerve (RLN) can cause vocal cord paralysis, which interferes with speech and can potentially interfere ...

Updated Technique for Reliable, Easy, and Tolerated Transcranial Electrical Stimulation Including Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of brain stimulation presents several potential advantages compared to other techniques, as it is noninvasive, cost-effective, broadly deployable, and well-tolerated provided proper equipment and protocols are administered. Even though tDCS is apparently simple to perform, correct administration of the tDCS session, especially the electrode positioning and preparation, is vital for ensuring reproducibility and tolerability. The electrode positioning and preparation steps are traditionally also the most time consuming and error-prone. To address these challenges, modern tDCS techniques, using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes, reduce complexity and setup time while also ensuring that the electrodes are consistently placed as intended. These modern tDCS methods present advantages for research, clinic, and remote-supervised (at home) settings. This article provides a comprehensive step-by-step guide for administering a tDCS session using fixed-position headgear and pre-assembled sponge electrodes. This guide demonstrates tDCS using commonly applied montages intended for motor cortex and dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) stimulation. As described, selection of the head size and montage-specific headgear automates electrode positioning. Fully assembled pre-saturated snap-electrodes are simply affixed to the set position snap-connectors on the headgear. The modern tDCS method is shown to reduce setup time and reduce errors for both novice and expert operators. The methods outlined in this article can be adapted to different applications of tDCS as well as other forms of transcranial electrical stimulation (tES) such as transcranial alternating current stimulation (tACS) and transcranial random noise stimulation (tRNS). However, since tES is application specific, as appropriate, any methods recipe is customized to accommodate subject, indication, environment, and outcome specific features.

When administering transcranial direct current stimulation (tDCS), reproducible electrode preparation and placement are vital for a tolerated and effective session. The purpose of this article is to demonstrate updated modern setup procedures for the administration of tDCS and related transcranial electrical stimulation techniques, such as transcranial alternating current stimulation (tACS).

Aktualisierte Technik für zuverlässige, einfache und tolerierte transkranielle elektrische Stimulation einschließlich transkranieller Gleichstromstimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive method of neuromodulation using low-intensity direct electrical currents. This method of ...