두개 내 전극 피사체에 행동 작업 수행

요약

두개의 전극 이식 환자는 환자가 행동 작업을 수행하는 동안 뇌의 여러 영역에서 신경 학적 데이터를 기록 할 수있는 독특한 기회를 제공한다. 여기서, 우리는이 환자 집단에 대한 액세스, 다른 기관에서 재현 할 수 이식 환자에서의 기록 방법을 제시한다.

초록

스테레오 뇌파 (SEEG) 전극, 경막 그리드 또는 깊이 전극 임플란트를 가진 환자는 발작 초점과 웅변 분야의 국산화에 대한 뇌의 다른 영역에 이식 전극의 다수가 있습니다. 뇌의 병적 인 영역을 찾을 가능성이 절제 될 때까지 주입 한 후, 환자는 병원에 남아 있어야합니다. 행동 패러다임의 숫자가 신경을 밝히기 위해 수행되는 가이드 동작을 연관 될 수 있기 때문에이 기간 동안 환자는 연구 커뮤니티에 대한 독특한 기회를 제공합니다. 피험자는 의사 결정 및 보상 인코딩을 평가하기위한 작업을 수행 행동으로서 여기에서는 두개 임플란트로부터 뇌의 활동을 기록하기위한 방법을 제시한다. 두개 내 전극의 모든 전기 생리 데이터는 한 번에 하나의 기능에 관련된 여러 뇌 영역의 시험을 허용, 행동 작업 중에 동작에 관련된 비늘 기록됩니다.또한, 동물 실험과는 달리, 인간 환자에서 동일한 피사체 또는 수행 제어에 대해 둘 이상의 태스크를 수행 할 수있는 능력을 허용 신속 행동 다양한 작업을 배울 수있다. 인간의 뇌 기능을 이해하기위한이 기술의 많은 장점에도 불구하고, 병에 걸린 조직에서 환경 적 요인, 진통 효과, 시간 제약 등을 포함하고, 우리는 논의 방법론적인 한계도있다. 이 방법은 쉽게 두개강 ​​평가를 수행하는 기관에 의해 구현 될 수있다; 직접 동작 중에 인간의 뇌 기능을 조사 할 수있는 기회를 제공한다.

서문

간질은 신경 세포 집단에서의 과도한 전기적 방전으로 인한 만성 재발 성 발작이 특징으로, 가장 흔한 뇌 질환 중 하나입니다. 간질은 전 세계적으로 50,000,000명 간질을 가진 모든 사람의 약 40 %를 완전히 약물 치료 ^(1)에 의해 제어 할 수없는 어려운 발작이 영향을 미칩니다. 지역화 및 수술 제거하거나 연결이 끊어 - 발작의 발생 (EZ 간질 영역)을 담당하는 뇌 영역이 경우 수술은 발작이 자유로운 상태가 발생할 수 있습니다. 해부학 EZ의 위치와 가능 피질 및 피질 하 웅변 지역과의 근접성을 정의하기 위해, 비 침습적 도구의 배열을 사용할 수 있습니다 발작 기호학, 비디오 두피 뇌파 전위 기록 (발작 및 간기 녹음), 신경 심리 검사의 분석 , 인 자기 (MEG)와 MRI ^2. 비 침습적 데이터는 precisel 부족하면웅변 피질 및 피질 하 영역 또는 다중 초점 발작에 대한 가능성이있을 때, 만성 침습적 모니터링 ^3,4 요구 될 수의 조기 개입 의심 될 때 Y는 가상 EZ의 위치를 정의한다.

여러 깊이 전극을 3 ~ 뇌에 위치 경막 격자 스트립, 뇌의 표면 상에 배치 된 전극과 입체 뇌파 (SEEG)를 포함 할 수있다 EZ의 위치와 경계를 정의하기위한 만성 침습적 모니터링 방법 차원 패션. 펜 필드와 동료는 누구 pneumoencephalography 확산 대뇌 위축 ^{다섯 공개} 된 왼쪽 시간적 정수리 골절 환자에서 경막 외 단일 접촉 전극을 사용하는 경우 경막 두개 내 녹음은 처음 1939 년에보고되었다. 1980 년대 입증 동안 그 후, 경막 그리드 어레이의 사용은 여러 게시 후 더 인기가 자신의안전성과 효능 ^6. SEEG 방법을 개발하고 진 Tailarach와 Jean Bancaud에 의해 프랑스에서 대중화 된 50 년대에 주로 내화 초점 간질 ^7-9의 침략 매핑에 대한 선택의 방법으로 프랑스와 이탈리아에서 사용되었습니다했다.

SEEG의 원리는 발작 기호학를 관련 뇌에서 주요 원리로서 간질 방전의 3 - 차원 시공간 조직을 얻어 anatomo - 전기 임상의 상관 관계에 기초한다. 주입 전략이 고려 간질 활동의 주 조직 및 발작 전파에 관련된 가상 네트워크 간질을 얻어 착상 가설에 기초하여 전극 배치로 개별화된다. 여러 유럽 최근 북미 보고서에 따르면, SEEG 방법론은 깊은 피질 및 피질 하 구조, 인접하지 않은 여러 소호에서 정확한 기록을 할 수 있습니다BES 및 양자 탐사 큰 craniotomies ^10-15에 대한 필요성을 회피하면서. 이후, 수술 후 이미지가 주입 전극의 정확한 해부학 적 위치를 얻기 위해 수행된다. 이어서, 모니터링주기가 시작되는 환자는 주입 전극으로부터 간기 및 발작 활동을 기록하기 위해 1~4주의 기간 동안 병원에 남아있다. 거기에 더 첨가 위험이없고, 환자는 일반적으로 일상적인 모니터링 기간에서 환영 유예 기한으로 조사 연구를 플레이대로이 감시 기간은, 이벤트 관련 SEEG 분석을 사용하여 뇌 기능을 연구 적기이다. 기록은 두개 내 전극이 개선 평가 및 간질 환자의 치료 만이 중요하지 않은에서 얻고 있지만, 추가 행동 패러다임 동안 인간의 뇌 활동을 연구 할 수있는 탁월한 기회를 제공합니다.

몇몇 연구자들은 이미에서 침략 기록을 공부할 수있는 기회를 실현간질 환자. 힐 외. 피질 매핑 기능 ^{(16)으로부터} 환자 electrocorticographic (ECOG) 신호를 기록하는 방법에 대해보고. ECOG 녹음도 모터 언어 커플 링 ^(17)에 대한 통찰력을 제공하고 있습니다. 이식 깊이 전극 환자는 ¹⁸ 움직임 ⁽¹⁹⁾ 학습, 메모리에 뇌 진동을 연구하기 위해 탐색 작업을 수행했습니다. 깊이 전극 녹음은 또한 해마 유발 활동 ^(20), 디폴트 모드 네트워크 ^(21)의 신경 활동, 감정적 처리 ^(22)의 시간 과정으로, 그렇지 않으면 얻기 어려운 시간 해상도로 패러다임을 연구하는 데 사용되었다. Hudry 등은 ^{23 일치하는} 단기 후각 자극에 대한 자신의 편도체에 이식 SEEG 전극을했다 측두엽 간질 환자를 공부했다. 또 다른 그룹은 건강 꼰 로프에 손을 굴곡 또는 손의 일방적 인 움직임이나 발 같은 간단한 사지의 움직임을 공부했다이식 SEEG ^{(24, 25)와} 간질 환자에서 N 사이트.

상기 연구는 관련 문헌의 매우 다양한 컬렉션의 작은 표본이다. 학습과 인간의 두뇌는 행동 레코딩 작업 및 두개의 조합을 사용하여 작동 방식을 이해하기 넘을 가능성이 존재한다. 이 목표를 달성하기위한 다른 방법이 있지만, 두개 내 기록은 높은 공간적 해상도뿐만 아니라, 더 깊은 구조에 대한 액세스를 포함하여 몇 가지 이점을 갖는다. 저자는 행동 작업시 두개 내 전극을 환자 기록에 대한 일반적인 방법을 설명하는 것을 목표로하고 있습니다. 그러나 성공적으로 치료를받은 환자에서 임상 연구를 완료 한 여러 방어벽과 장벽이있다. 제한, 교란 효과, 본 연구의 중요성도 파악하고 탐구한다.

프로토콜

모든 작업은 클리블랜드 클리닉 재단의 임상 시험 심사위원회 (IRB)에 제출 승인 된 프로토콜에 따라 수행 하였다. 동의 과정은 모든 연구 활동에 앞서 각 환자로 하였다. 이 예에서, 스테레오 뇌파를했다 학습 기준을 충족하는 대상이 경련 이식 (SEEG) 전극을 이용합니다. 이 프로젝트는 주제를 논의하고 그들이 참여하도록 동의 한.

1 환자 등록

1. 두개 내 전극 주입에 배려 내화물 간질 환자를 평가합니다. 환자는 침습 수술 좋은 후보 인 경우, 전극의 배치를 최적화하기 위해 환자의 MRI, PET 및 MEG 발작 병리와 함께 분석. 임상 팀은 모든 평가를 수행하고 어떤 결정은 연구 목적으로 제공되지 않습니다. .
2. 연구 대상 환자를 식별 subsequeNT 주입 및 평가 포함 / 제외 기준을 기반 IRB 승인 된 프로토콜에 따라 환자를 확인한다.
   참고 : 포함 기준의 분위기와 주제를 포함하는 환자의 최선의 이익에 있습니다. 오라 환자들은 발작을 할 예정임을 연구자에게 통지 할 수있다; 필요한 예방 조치를 취할 수있는 연구자와 환자의 시간을주고 (임상 직원을 알리기 위해 발작 알람을 누르고 길에서 모든 장비를 당겨). 주제는, 기운이 환자 입력 장치가 쉽게 환자 영역에서 것을 제거 할 수 있도록하지 않는 모집 경우, 직원은 연구 장비 및 프로토콜 알고 있습니다.
3. IRB에 따라 모든 연구 활동에 대한 사전 동의를 구합니다. 동의하는 동안, 그 참여를 강조하는 것은 자발적이며 어떠한 방식 으로든 환자에게 임상 치료에 영향을 미칠 것입니다, 연구를 설명한다. 대부분의 경우이 난에아무 직접 환자에게 이익과 참여 의지는 이타 적이다.
4. 항상 환자의 권리를 존중하고 개인 정보를 유지한다. 자신의 정보가 익명 및 기밀 유지됩니다 환자를 생각 나게하고 아무 결과에 따라 언제든지 연구 참여를 중단 할 수 있습니다.
5. 환자 서명을하고 그 또는 그녀가 이해하고 연구에 참여하기로 동의하면 동의를 날짜입니다. 탈퇴 한 사본을 검토 할 수있는 환자와 남아; 그들은 어떤 질문이나 우려는 PI 연락 환자를 장려해야한다.

2 동작 시스템 셋업

1. 방에 장비를 데리고하기 전에 필요한 콘센트 (2) 충분한 환자의 방에 공간뿐만 아니라 액세스가 있는지 확인하십시오.
2. 모든 장비 및 전선이 셋업을 신속하게 준비가되어 있다는 것을 확인합니다. 행동 시스템은 FDA가 계속에 적용 할 수 있습니다 로봇 팔을 (승인 포함ROL 작업 동안 커서), 노트북 컴퓨터가 행동 프로그램, 작업 자극을 표시하기위한 모니터, 전기 생리 학적 및 행동 데이터를 저장하는 데이터 수집 시스템을 제어한다.
   참고 : 하나의 연구의 특정 요구를 충족하는 데 필요한 수정 사항을 확인합니다. 예를 들어, 환자 인터페이스 대신에 로봇 아암을위한 버튼 상자를 사용한다.
3. 환자가 현재 작업을 완료 무기와 안락 의자 (또는 침대)에 환자를 지원하기에 적합한 방식으로 위치하지 않을 경우, 그들은 발작을합니다.
   그 수 그것은 그룹이 환자와 상호 작용 할 방법을, 무슨 일이 일어나고 있는지를 알려하는 모니터링 기기의 모든 회원들과 등 연구 설계, 장비를 논의하기 위해 좋은 생각이며, 모든 가능한 문제 : 주 발생한다.
4. 환자가 준비가되면 방으로 행동 시스템을 가져 오기 및 행동 시스템과 로봇 팔을 부팅을 시작합니다.
5. 디지털 이벤트 마르크를 연결시간 순서로 전기 생리 획득 시스템의 DC 채널 행동 컴퓨터로부터 R 출력 행동 이벤트 마커 기록 SEEG 신호 자물쇠.
   NOTE :이 중앙에는 임상 획득 시스템을 방해하지 않는 연구 목적, 지정된 별도의 전기 생리 수집 시스템이있다. 그러나, 적절한 인력과 협력하여 임상 획득 시스템을 사용하는 것이 가능하다. 모든 노력이 임상 획득을 방해하지 않도록해야한다.
6. 로봇 팔을 교정하고 이러한 운동 범위는 환자에게 편안한 것을 놓습니다. 다른 인터페이스 장치를 사용하는 경우, 장치가 올바르게 작동하고 피사체 사용할 수 있도록 편안하게 배치되었는지 확인.
7. 로봇 팔을 사용하는 동안, 비상 정지 버튼은 행동 작업 전반에 걸쳐 연구자에 의해 쉽게 액세스 할 수 있는지 확인합니다. 발작의 경우, 비상 정지 버튼은가압 그들 자신을 해치지 않도록 장치가 환자로부터 멀리 당겨진다. 또한, 우리는 발작이 발생하는 경우에 환자의 제거를 용이하게하기 위해 로봇 시스템과 함께 제공되는 벨크로 스트랩을 사용하지 마십시오.
   NOTE :이 예에서, 동작 감싸고 병렬 포트, 병렬 포트 케이블을 사용하여 획득 시스템의 디지털 입력 포트에 접속된다. 이러한 로봇 팔의 x 및 y 위치 등의 추가 아날로그 신호를 동시에 기록됩니다.

3 행동 작업

1. 인터페이스 장치의 설정 및 교정 장비의 완료 후 환자에게 작업을 설명한다.
2. "전쟁"의 자녀의 카드 게임과 유사한 행동 작업을 사용합니다. 해당 카드는 컴퓨터의 카드보다 큰지 여부에 대한 베팅을 만들기 위해 환자를 묻는다. 베팅의 선택은 해당 카드의 상대 값의 환자의 인식에 기초한다. t 간소화단 한 벌의 카드를 사용하고 2, 4, 6, 8, 10 번째의 카드 덱을 제한하여, 후속 분석을 부탁드립니다.
3. 350 밀리의 화면에 고정 큐를 표시합니다. 환자가 작업을 시작하기 위해 정착 마크 위에 커서를 보유하고 있는지 확인.
4. 1000 밀리 초에 대한 자극을 표시합니다. 이 아래로 향하게 옆에있는 환자가 컴퓨터의 카드를 자신의 카드를 볼 수 있습니다.
5. 카드의 실종에 따라, 이동 - 큐 (<5000 밀리 초) 자신의 카드를 기반으로 하나 5달러 또는 $ 20, 내기 환자를 묻는 두 가지 옵션이 표시를 보여줍니다. 자신이 선택한 베팅을 통해, 로봇 팔을 사용하여 커서를 이동하여 베팅을하는 환자에게 문의하십시오. 위치에 따라 전혀 편견을 없도록 재판에 재판에서 베팅 위치를 랜덤 화.
6. (- 1250 밀리 초 1000) 컴퓨터의 카드의 계시를 따라 500 밀리 초 지연 (빈 화면) - 베팅을 선택한 후, 250을 알 수 있습니다. , 재판이 승리 여부, 결과 (1000 밀리 초)을 관찰 손실 또는 그릴얼마나 원 또는 분실되었다.
7. 그들의 성과에 자신감이 더 질문이 없을 때까지 환자가 연습 할 수 있습니다.

(4) 데이터 수집

1. 환자가 준비가되면 데이터를 기록하고 연구 (임상) 수집 시스템의 설정이 적절하게 선택되어 있는지 확인합니다.
2. 촬영 중 최소의 배경 소음을 유지하기 위해 실내 조명과 TV를 끄십시오. 또한, 이러한 자신의 발을 도청 이야기하거나 다리를 떨고 같은 행동을 자제하는 환자를 부탁드립니다.
3. 작업을 시작하고 작업을 수행하는 환자를 기록합니다. 30 분 동안 작업을 수행 할 주제를 물어보십시오. 로봇 팔 시스템의 샘플링 비율은 1 kHz에서, 그리고 SEEG 기록 방식의 2 KHz에서이다.
   참고 :이 시간은 다른 패러다임과 다를 수 있습니다.

(5) 데이터 분석

1. 먼저 보장 SEEG 기록 데이터를 드 식별하여 해당 환자의 인포기 기밀 유지와 그 / 그녀의 데이터는 익명으로 제출된다.
2. 수술 후 CT와 수술 전 MRI의 전극 위치의 좌표를 얻습니다.
3. 행동 작업에서 관심의 디지털 타임 스탬프와 신경 생리 학적 기록을 맞 춥니 다.
4. 이벤트 종속 뇌 활동 변조 신호를 분석하는 분석 방법을 적용한다.
   NOTE : 본 연구에서는 SEEG 신호와 관련된 이벤트의 전력 스펙트럼 밀도 (PSD)가 Chronux의 multitaper 툴박스 ^26,27을 이용하여 계산 하였다. 각각의 실험 데이터는 해당 이벤트에 대한 (시간 제로)에 일치하고, 계산 된 PSD는 기준 PSD에 대하여, 각 주파수 빈에서 정상화되었다.

결과

이 결과에서는 대전 태스크를 재생 한 피사체에 캡처 변연계에서 SEEG 데이터의 분석을 제시한다. 변연계 (그림 1)에서 - (150 Hz에서 40) 변조 우리는 전쟁 작업의 다양한 측면이 중요한 감마 밴드를 보여주고 있음을 입증 할 수 있습니다. 상관없이 작업 우발의 시각 피질에서 빠른 지연에 결과 화면에 객체의 프레젠테이션 (~ 200 밀리 초) 넓은 밴드 반응을 알 수있는 바와 같이. 또한, 보상...

토론

여기에서 우리는 그들이 행동 작업에 종사로 인간 두개 내 전기 생리학 연구를 수행하기위한 방법을 제시 하였다. 이 방법과 간단한 치환은 인간의 움직임과 인식을 연구 중요하다. 본질적으로 어떤 기술에 장점과 단점이 존재하지만, 두개 내 전극에서 기록은 다른 전기 생리 및 이미징 기술을 통해 장점이 있습니다. 주요 장점 중 두 나은 제어 및 동작 태스크의 설계 고품질의 데이터를 수집 할 ?...

자료

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Chronux	Medametrics, LLC	Data Processing Toolbox	http://www.chronux.org/
Brainstorm		MEG/EEG Analysis Application	http://neuroimage.usc.edu/brainstorm/
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