Rochester Tıp Merkezi Üniversitesi'nde Çeviri beyin haritalama: Kişiselleştirilmiş Beyin Haritalama ile Zihin Korunması

Özet

Bu makalede, bireysel nöroşirürji hastalarında kritik bilişsel fonksiyonları destekleyen beyin bölgelerini belirlemek için tasarlanmış bir çok modal beyin haritalama programı genel bir bakış sağlar.

Özet

Rochester Üniversitesi'nde Çeviri beyin haritalama programı bilişsel bilimler entegre disiplinlerarası bir çaba, nörofizyoloji, nöroanestezi, ve nöroşirürji. Belagatli beyin bölgelerinde tümör veya epileptojenik doku olan hastalar fonksiyonel ve yapısal MRG ile preoperatif olarak, intraoperatif olarak direkt elektriksel stimülasyon haritalama ile incelenir. Post-operatif nöral ve bilişsel sonuç önlemleri cerrahi sonrası iyi ve kötü sonuç aracılık faktörler hakkında temel bilim çalışmaları yakıt, ve nasıl beyin haritalama daha da gelecekteki hastalar için en iyi sonucu sağlamak için optimize edilebilir. Bu makalede, ekibimizin hasta sonuçlarını optimize etme ve insan beyninin bilimsel anlayışını ilerletme sinerjik hedeflerine uymasını sağlayan disiplinlerarası iş akışını açıklıyoruz.

Giriş

Kritik bilişsel fonksiyonları destekleyen beyin tümörlerini veya beyin bölgelerine bitişik epileptojenik dokuyu ortadan kaldırmak için yapılan nöroşirürjik müdahaleler, ameliyatın klinik amacını (mümkün olduğunca çok tümör veya epileptojenik dokuyu çıkarmak) dengelemelidir. nörolojik açıklara neden olabilecek sağlıklı doku hasarı. Beyin tümörü cerrahisi bağlamında bu denge onko-fonksiyonel denge olarak adlandırılır. Dengenin 'onco' tarafında, cerrahlar mümkün olduğunca tümörün çok kaldırmak istiyorum, 'brüt toplam tümör rezeksiyonu' oranları daha uzun sağkalım¹bağlantılı olarak^{1 ,2}. 'Fonksiyonel' tarafında, tümörlerin çıkarılması biliş kortikal ve subkortikal yüzeylerzarar verebilir; post-operatif zorluklar etkilenen sinir sistemi (ler) bağlı olarak, dil, eylem, görme, işitme, dokunma veya hareket içerebilir. Artan morbidite i) daha düşük yaşam kalitesi, ii) mortaliteyi artırabilen postoperatif komplikasyonlar (örneğin, artık hareket edemeyen hastalar) ile ilişkili olduğu için onko-fonksiyonel denge kritik derecede önemlidir. kan pıhtılaşması riski daha yüksek^3,4). Beyin tümörü cerrahisi ayarında 'onko-fonksiyonel' denge nin doğasında olan gerginlik epilepsi cerrahisi ne kadar çevirir — orada denge, nöbet ler üreten tüm dokuların çıkarılması klinik amacı arasında dır, doku kaldırma değil kritik işlevleri destekler.

Geniş bir düzeyde, fonksiyonel nöroanatomi son derece bireyden bireye stereotipli. Ancak, yüksek kortikal fonksiyonların hassas (yani, mm-mm) konumunda yüksek derecede bireysel değişkenlik olabilir. Buna ek olarak, genellikle kortikal veya subkortikal patoloji varlığı kortikal yeniden yapılanma teşvik edebilir kabul edilmektedir, bu tür yeniden yapılanma sürücü ilkeleri kötü anlaşılmış olmasına rağmen⁵. Nöroşirürjik müdahaleler milimetre milimetre ile devam eder. Bu nedenle, o özel hasta desteğinde hangi bölgelerin duyusal, bilişsel ve motor^{fonksiyonların}6 olduğunu anlamak için her hastanın beyninin ayrıntılı ve hassas ve hassas bir şekilde haritalandırılabilmesi çok önemlidir.

Rochester Üniversitesi'nde Çeviri Beyin Haritalama Programı, birden fazla akademik cerraha yayılan yüksek bir uygulamanın ortamında kişiselleştirilmiş beyin haritalama ihtiyaçlarını karşılamak üzere tasarlandı. Beyin Haritalama Programı'nın sinerjik hedefleri i) bilişsel nörobilim araçlarını kullanarak kişiselleştirilmiş nörotıbbı ilerletmek için, hastaya özgü fonksiyonel beyin haritaları şeklinde ve ii) klinik hazırlık insan beyninin nasıl çalıştığı hakkında mekanik hipotezleri test etmek için nöroşirürjik müdahaleler.

Protokol

Videoda gösterilen ve burada açıklanan etkinlikler Rochester Üniversitesi Tıp Merkezi'nde daha büyük bir-daha-minimal riskli IRB içinde yer almaktadır.

1. İşe alım

1. Tüm başvuru sağlayıcılarından hastaları zamanında ve verimli bir şekilde yakalamak için ameliyat öncesi bilişsel ve MRG tabanlı değerlendirme için yüksek bir yöntem programı kurun. İdari ve klinik personeli daha geniş bir çabaya dahil edin.
   NOT: Etkili olduğunu kanıtlanmıştır somut bir adım otomatik olarak katılan cerrah (ya da destek personeli biri) tarafından gönderilen bir grup e-posta listesi nin kurulması zaman yeni bir hasta Beyin işe aday olabilir kliniğe sunar Haritalama Programı.

2. Ameliyat öncesi MRI haritalama

1. Rochester Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde Gelişmiş Beyin Görüntüleme ve Nörofizyoloji Merkezi'nde (resmi olarak 'Rochester Beyin Görüntüleme Merkezi olarak da bilinir' olarak bilinir) 64 kanallı kafa bobini ile 3T MRG tarayıcıda MRI verileri edinin. Önceki yayınlarda açıklandığı gibi, tam beyin görüntüleme sağlayan BOLD MRI ve DTI için standart dizileri kullanın^7,8,^{9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25}.
2. Monitör fiksasyon, ve kayıt solunum ve kalp hızı gürültü gerilemesi için tüm fMRI sırasında toplanan^26,27.
   NOT: Son 10 yılda, dili (konuşulan, işitsel, tek kelime, tüm cümleler), motor fonksiyon (geçişsiz parmak, dil ve ayak hareketlerinden üst düzey geçişli eylemlere), müzik haritalamak için işlevsel MRI deneylerinden oluşan bir kütüphane geliştirdik. yetenek, matematik ve sayı bilgisi ve temel duyusal fonksiyon (örneğin, düşük seviyeligörsel işleme 11 ,^14,24)haritasına retinotopik haritalama). Tüm deneyler, malzemeler ve analiz komut dosyaları www.openbrainproject.org mevcuttur.

3. Nöropsikolojik testler

1. Hastaların rahat olmasını sağlamak için tüm bilişsel testler sırasında dikkatli olun,ergonomik olarak optimize edilmiş bir kurulum (Şekil 1) kullanarak ve tüm testlerin yapısına sık molalar (her 8 dakikada bir) oluşturarak emin olun.
2. Tüm düşük dereceli tümör hastaları ameliyattan 1 ay önce, ameliyattan 1 ay sonra ve ameliyattan 6 ay sonra (12 ve 13testi sadece ameliyat öncesi ve 6 ay postoperatif zaman puanlarında tamamlanır) 28^{,29 ,30,31,32}.
   1. Spontan Konuşma (Çerez Hırsızlığı Resim³³, Külkedisi Hikaye^34,35,36).
   2. Kategori Akıcılık (eylemler, anlamsal kategoriler, F, A, S ile başlayan sözcükler).
   3. Kelime Okuma ve Tekrarı (isim, fiil, sıfat, kelime dışı, uzunluk ve sıklık ile eşleşen).
   4. Snodgrass Nesne Adlandırma (n = 260³⁷).
   5. İşitsel Adlandırma (n = 60³⁸).
   6. Yüksek Cloze Cümle Tamamlama (30 dk).
   7. Birmingham Nesne Tanıma Pili (BORB, Uzunluk dahil | Boyut | Oryantasyon | Boşluk Eşleştirme | Örtüşen Şekiller | Kısaltılmış Görünümler | Nesne Gerçeklik Kararı³⁹).
   8. İşitsel Minimal Çift Ayrımcılığı (örn. pa vs. da, ga vs. ta^31,40).
   9. Cümle Resim Eşleştirme (geri dönüşümlü edilgenler⁴⁰dahil).
   10. Renk Adlandırma ve Farnsworth Munsell Hue Sıralama⁴¹.
   11. Cambridge Yüz Testi^30,42.
   12. California Sözel Öğrenme Testi (⁴³)
   13. Weshler IQ (^44,45,46). Dil sonucunu değerlendirmek için temel önlemler 4-6 testleri; daha geniş yeteneklerin karakterizasyonu, adlandırma testlerinde bozulmaların genel performans düşüşünden kaynaklanmamasını sağlar⁴⁷.
       NOT: Geçmişte, ameliyat öncesi ve sonrası testler sırasında uyarıcı sunum ve yanıt kaydını kontrol etmek için yazılım sunum platformlarının bir birleşimini kullandık. Şu anda tüm bilişsel testleri (ameliyat öncesi, intra ve post-operatif testler) ve fonksiyonel MRG sırasında uyarıcı sunum ve yanıt kaydını desteklemek için tek bir tak ve çalıştır platformu tasarlıyoruz (StrongView TM'nin tanımı için aşağıya bakın ). StrongView, yerleşik nöropsikolojik testler ile birlikte, www.openbrainproject.org'da indirilebilir (açık lisans) sunulacaktır.

4. İntraoperatif dil haritalamanın nöroanestezisi ve ergonomisi

1. Uyanık kraniotomiler için anestezik teknikler kullanın^48,49,50; Rochester Üniversitesi'nde, uyanık kraniyotomiler genellikle uykuda uyanık-uykuda bir yaklaşım kullanılarak yapılır.
2. Onlar bilişsel işlevi bozabilir ve ortaya çıkış deliryum katkıda bulunabilir gibi antikonvülzanlar ve anksiyolitikler gibi predrugs kaçının.
3. Standart monitörler (EKG, NIBP, pulse oksimetri) uygulayın ve intravenöz fentanil (0.5 mg/kg), lidokain (1-1.5 mg/kg) ve propofol (1-2 mg/kg) ile genel anestezi uygulayın.
4. Mekanik ventilasyon için supraglottik hava yolu kullanın.
5. Hastayı, kafası sabitlenmiş bir çerçevede sabitlenmiş olarak yanal veya yarı yanal olarak yerleştirin; videoda açıklandığı gibi, hasta konumlandırmale zyonvesin konumuna ve planlanan kraniyotomi penceresine bağlıdır, aynı zamanda hastanın ameliyat sırasında uyanık bir kez yapması istenecektir bilişsel test türleri de göz önünde bulundurularak.
6. Pin ve insizyon yerinde analjezi uygulayın (30 mL % 0.5 Lidokain, 30 mL % 0.5 Sensorcaine düz, sodyum bikarbonat 6 mL). Bu süre zarfında, test ekipmanını (küçük monitör, video kameralar, yön mikrofonları) yerleştirin.
7. Kraniyotomi penceresinin boyutunu, hastanın beyninin ameliyat öncesi klinik haritalama sonuçlarına, fonksiyonel beyin haritalama çalışmalarının ve intraoperatif haritalama planına göre ağırlıklarında farklılık gösteren birden fazla faktöre göre belirleyin. Videoda açıklanan durumda, katılan cerrah (Dr Pilcher) baskın yarımkürede harita pozitif dil ve motor sitelerine tam erişim için büyük bir kraniyotomi seçti.
8. Uyanık fazın başında, sedasyon unkesit (insizyondan önce lokal analjezikler uygulanır).
9. Hasta bilincini geri kazandıktan sonra supraglottik hava yolunu çıkarın. Uyanıklık evresinde sedasyon yoktur veya minimaldir.
10. DES düzeylerinin deşarj sonrası eşiğin hemen altında olduğundan emin olmak için deşarj sonrası (kortikal uyarılmanın neden olduğu subklinik epileptiform deşarjları) izlemek için elektrokortikografi (ECoG) kullanın. DES haritalama yordamı, deşarj sonrası eşiğini bularak ve stimülasyon genliğini ayarlayarak (0,5 milimetrelik adımlarla) başlatır.
11. Uzman cerrahın takdirine bağlı olarak haritalama seansı boyunca (2 ila 15 mA) stimülasyon genliğini ayarlayın. Hastalar uyarıcıları monitörde görebilir ler ve ön kollarını ve ellerini hareket ettirebilirler.

5. İntraoperatif direkt elektriksel stimülasyon haritalama sırasında araştırma sınıfı verilerin elde edilmesine ilişkin prosedürler

1. Tüm intraoperatif bilişsel testleri, www.openbrainproject.org'da bulunan 'StrongView' adı verilen özel olarak oluşturulmuş bir donanım/yazılım sisteminde çalıştırın. Donanım ayak izi küçük bir sepetüzerinde kendi kendine yeten ve bağımsız bir yedek pil güç kaynağı, hoparlörler, klavye ve dokunmatik ekran ile donatılmıştır. Bilişsel testi çalıştırmakla görevli kişi, uyarısunumlarını başlatabilir, durdurabilir ve duraklatabilir, aynı süre zarfında (ses ve video) kaydedebilir.)
2. Sepette, hastanın ağzında eğitilmiş ve bölücüden beslenen yön mikrofonu gibi bir ses sistemi kullanın. Bölücüden çıkan bir kanal bir amplifikatörden geçip doğrudan hoparlöre gidiyor. Bu, cerrahların ve araştırmacıların hastanın ameliyathanenin arka plan gürültüsüne karşı verdiği tepkileri sıfır algılanabilir gecikmeyle kolayca duymalarını sağlar (örn. 'yankı' etkilerini ortadan kaldırır). Ayırıcıdan ikinci kanal, zaman damgalı, kaydedilmiş ve depolanan (bu dosyalar çevrimdışı çözümleme için kullanılır) mobil sepetteki bilgisayara gider. StrongView ayrıca hasta üzerinde eğitilmiş ikinci bir yön mikrofonu, cerrahlar üzerinde eğitilmiş bir yön mikrofonu ve oda tonlarını örneklemek için ameliyathanenin bir köşesinde ki 'gürültü' mikrofonundan oluşan ayrı (tek başına) bir ses sistemine sahiptir. ana ses dosyalarından çıkarma için. Bu üç ses kanalı bir MIDI'ye ve her kanalı ayrı ayrı kaydeden ikinci bir bilgisayara beslenir. Bu ikinci ses sistemi, birincil sistem başarısız olursa fazlalık sağlar, hastanın tüm sözlü yanıtları çevrimdışı analiz için kullanılabilir olacaktır.
3. Or masa kelepçesi kullanarak ameliyathane (VEYA) masasına ticari olarak kullanılabilen bir eter ekranı L-braketi takın. Eter ekranına mafsallı kollar (örneğin, Manfrotto 244 Değişken Sürtünme Sihirli Kolları) takın ve bu eklemli kollar hasta monitörünü, yön mikrofonlarını, hastanın yüzünde eğitilmiş video kamerayı ve yardımcı monitörü bir araştırma ekibi üyesinin veya ameliyathane hemşiresinin hastayla etkileşimde yken hastanın ne gördüğünü kolayca görmesine izin verin.
4. Ekranlar, mikrofonlar ve kamera için gerekli tüm kabloları kol boyunca çalıştırın ve Cırt cırt ile sabitlenmiş plastik borularla koruyun.
   NOT: Bu ekipmanların hiçbirinin alanın steril olmayan tarafında (sadece hiç) olduğu gibi sterilize edilmesi gerekmektedir (Şekil1). Uyarıcı sunum ve tepki kayıt ekipmanlarının bu şekilde desteklenmesi, duruma göre değişen hasta konumlandırmasına göre bilişsel testlerin farklı ergonomisini dikkate almak için maksimum esneklik sağlar, ancak güvenilir bir ve ekipman takmak için hangi istikrarlı bir platform. Ayrıca, ve daha da önemlisi, tüm monitörler, mikrofonlar ve kameralar tek bir cihaz (eter ekranı L-braketi) üzerinden OR tablosuna bağlı olduğundan, tablonun konumlandırılması durumda bu test kurulumunu etkilemez ayarlanır. (Şekil 1'de gösterilen kurulumun, zemine monte edilmiş bir standın hasta ekranı, mikrofon ve video kamerasını desteklediği önceki nesil bir kurulumdan geldiğini unutmayın; bu zemine monte edilmiş stand 2018 yılından bu yana eter ekranı L-braketi ile değiştirilmiştir). Ayrıca, hasta güvenliği için de, bilişsel test için tüm kurulum, hastaya tam ve engelsiz erişimi zorunlu kılan acil bir durumun mevcut olması durumunda, durum sırasında 20 saniyeden daha kısa bir sürede bozulabilir (örn. hastanın hava yolu).
5. StrongView'in kalbi, hastalara uyaranları (görsel, işitsel) sunmak ve hasta yanıtlarını (sözel, düğme yanıtı, video), ii) zamansal olarak tüm deneysel olarak ilgili olayları kaydetmek ve önlemler (uyarıcı, ECoG, doğrudan elektriksel uyarıcı probun beyni ile temas, hasta yanıtları); iii) ve doğrudan elektrikstimülasyon her uygulama için 3 boyutlu koordinat elde etmek için kranial navigasyon sistemleri ile iletişim. StrongView, uyarıcı süresi, uyarıcılar arası aralıklar, randomizasyon, tekrar sayısı veya uyaran blokları ve hasta video ve ses kanallarının kontrolü gibi deneysel değişkenlerin çevrimiçi olarak yeniden kalibrasyonuna olanak tanır. StrongView hastanın video kamerasını, çevrimiçi ECoG verilerini ve hastanın şu anda gördüğü/duyduğu uyarıyı bir masaüstü ekrana aktarıyor, bu da cerrahın görüş alanında olan büyük bir monitöre yansıtılır.
6. Hasta monitörüne bir fotodiyot takın ve ECoG amplifikatöründeki açık bir kanala yedirin. Bu çevrimdışı analiz için her uyarıcı ve ECoG sunumu arasında zamansal bir senkronizasyon sağlar.
7. Ameliyat öncesi MRG'ye dayalı intraoperatif kraniyal navigasyon için cerrahi ekip tarafından her durumda kranial navigasyon donanım ve yazılımını (Rochester Üniversitesi, BrainLab Inc., Münih, Almanya)'da kullanın. Bu, çalışma alanını görüntüleyen ve ameliyat masasına yapıştırılmış sabit bir kayıt yıldızı aracılığıyla hastanın kafasını kaydeden bir dizi kameradan oluşan bir optik sistemdir (Bkz. Şekil1).
   1. Özellikle, hasta headholder ayarlanır sonra, ancak draping önce, preoperatif MRI hastanın başını kaydetmek için hastanın yüz fizyomisini kullanın. Bu ameliyat öncesi MRI sağlar (fonksiyonel ve yapısal) ameliyat masasında hastanın beyin ile doğrudan uyum içine getirilmelidir.
   2. İki kutuplu uyarıcıya ikinci (çok daha küçük) bir kayıt yıldızı takın (Bkz. Şekil1) ve uyarıcının alanını ve konumunu kaydetmek için kullanın. Bu, araştırma ekibinin her bir stimülasyon noktasının kesin yerini ve rezeksiyonun kenar boşluklarını ameliyat öncesi MRG'ye göre elde etmesini sağlar. Yukarıda belirtildiği gibi, StrongView kranial navigasyon sistemi ile bağlı (Rochester Üniversitesi, BrainLab, IGT bağlantısı üzerinden bağlantı) doğrudan elektrikstimülasyon haritalama koordinatlarının gerçek zamanlı akış (ve zaman damgalama) için izin vermek için. StrongView şu anda diğer kranial navigasyon sistemleri (örneğin, Stryker) ile arayüz için geliştirilmiştir.
      NOT: StrongView'in bilişsel ve fMRI denemeleri sırasında yönetimi ve veri toplamayı destekleyen yönleri ve bir test kütüphanesi yle birlikte OpenBrainProject.org'da kullanılabilir (açık erişim). Beta sürümleri, tam sürümden önce ilgili yazarla iletişime geçerek kullanılabilir. Elektrokortikografi ve kranial navigasyon yazılımı ile entegre donanım sistemleri içeren tüm StrongView paketi, ilgili yazar ile irtibata geçerek klinisyenler ve bilim adamları için kullanılabilir. Bu veri toplama araçları, 2020 yılında OpenBrainProject.org'da başlatılacak olan işleme sonrası boru hattı ve açık veri konsorsiyumu ile birlikte kullanılacak.

Sonuçlar

Şekil 2, Şekil 3, ve Şekil 4 beynin anlamlı bölgelerine bitişik tümörlü üç hasta için preoperatif fonksiyonel ve yapısal haritalamanın temsili sonuçları. Şekil 2, Şekil 3ve Şekil 4'te gösterilen bulgular, her hasta için oluşturulan harita türlerinin açıklayıcı (ayrıntılı bir özeti yerine) olarak tasarlanmıştır. Şekil 2 , Şekil 3ve Şekil 4'te sunulan olgularla ilgili ayrıntılar şu şekilde bulunabilir: Şekil 2 (Chernoff, Teghipco, Garcea, Sims, Belkhir, Paul, Tivarus, Smith, Hintz, Pilcher, Mahon, bas⁵¹), Şekil 3 (Chernoff, Sims, Smith, Pilcher ve Mahon, 2019⁵²), ve Şekil 4 (Garcea vd., 2017¹⁶). Glioma hastalarının tek tip bir protokole ardışık olarak alınmasının önemli bir sonucu, beyin tümörlerinin ağ fonksiyonu ve organizasyonu üzerindeki etkisini değerlendiren grup düzeyinde analizler yapmaktır. Bu tür analizlere örnek olarak Şekil 5, sol parietal korteksteki tümörlerin temporal lobdaki 'araçlara' (küçük maniüllenebilir nesneler) sinirsel yanıtları modüle ettiğini ortaya çıkaran yeni bir çalışma ^14'ten elde edilen sonuçları dinamik diyaschesis⁵³olarak adlandırılan daha genel bir olgu .

Şekil 1. Ekstra operatif ve intraoperatif bilişsel testler için kullanılan ekipmana genel bakış. (A) Rochester Üniversitesi Tıp Merkezi Nöroşirürji Anabilim Dalı'nda Çevirisel Beyin Haritalama Programı tarafından uygulanan yüksek uygulamalı bilişsel nöropsikolojik testler için örnek kurulum. İşe alınan tüm hastaların tüm planlanan testleri tamamlayabilmesini sağlamak için temel unsurlar şunlardır: i) hastaların oturup her hastanın boyutuna göre tamamen ayarlanabilir testleri tamamlayabileceği bir yer, özellikle azaltmak için tasarlanmış bir sandalye de dahil olmak üzere yorgunluk, ve ii) bilişsel /davranışsal testlerin fiziksel olarak MRI'a bitişik olduğunu tespit eder. Bu unsurlar hastaların tesisi ziyaret etmelerine ve temel davranışsal veriler ölçüldüğü aynı oturumda fonksiyonel ve yapısal MRG'lerini tamamlamalarına olanak sağlar. Katılımcılar, özellikle uzun süre oturmayı rahatsız eden diğer komorbiditelere sahip yaşlı katılımcı popülasyonlar için, rahat olmaları durumunda daha iyi performansla daha fazla deneme yitamamlar. (B) İntraoperatif haritalama sırasında kullanılan ekipmanlar. Soldaki görüntü dökümlü olmadan önce bir hasta gösterir (sağ draping sonra). Draping önce, bilişsel bilim ekibi hastanın ses ve video kaydediciler de dahil olmak üzere ekipman kurar, hastanın görüş hattının önünde konumlandırılmış bir monitör, ve hasta ile çalışan kişinin kolayca görebilirsiniz böylece konumlandırılmış ikinci bir monitör hastanın şu anda bakmakta olduğu uyarıcıya bakın (ayrıntılar için 'Prosedür'e bakın). (C) Preoperatif MRI DICOM uzayında intraoperatif stimülasyonun kayıt noktalarına bağlı kayıt yıldızı olan bipolar uyarıcı. Genellikle dura geri çekilen ve hasta genel anestezi uyandırılan olduğu cerrahi noktada, hangi alana bipolar uyarıcı kayıt için birkaç dakika vardır. Bu durum (yani, katılan veya yerleşik cerrah ya da bir scrub tech / hemşire) için ovuşturdu bir ekip üyesi tarafından yapılmalıdır. Bu bipolar uyarıcı küçük bir kayıt yıldızı ekleyerek ve sahada yeni bir araç kayıt kranial navigasyon sisteminde talimatları izleyerek gerçekleştirilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2 . Ameliyat öncesi fonksiyonel MRG ve Difüzyon Tensor Görüntüleme (DTI) arcuate fasciculus infiltrasyon sol inferior parietal glioma ile hasta AH. (A) Preoperatif T1 MRG ve sol arcuate fasikül ve glioma 3D rekonstrüksiyonu. Arcuate fasciculus mavi yeniden tümör ile% 5 eşik turuncu gösterilir. (B) Preoperatif fonksiyonel MRG. Hasta, her biri cerrahi müdahale alanına bitişik olması beklenen bir fonksiyonun haritasını çıkarmak için tasarlanmış birkaç adet fonksiyonel MRG seansını tamamladı. Tüm haritalar FDR q < 0,05 veya daha iyi eşikli. Mavi olarak hayvanlara göre adlandırma araçları diferansiyel nöral tepkiler sergileyen voxels vardır; aynı uyaranları kullanarak laboratuarımızdan önceki çalışmalar doğrultusunda, sağlam bir ağ premotor içeren tespit edilir, parietal, ve lateral ve ventral temporal alanlar^{7,8,9,10, 14,15,17,18,19,20,21,22,28}. Hastadan ayrıca iki nokta bulutundan hangisinin daha fazla nokta olduğuna karar vermek zorunda kaldığı bir numerosity görevi yapması istendi; nokta iki bulutlar ya nokta benzer sayıda olabilir (sabit karşılaştırma, oran = 0.8) veya nokta çok farklı sayılar (kolay karşılaştırma, oran = 0.25). Yeşil olarak sabit oranlı uyaranlar (oran = .8) kolay uyaranlar (oran = .25 ^54,55)ile karşılaştırıldığında görev gerçekleştirirken diferansiyel nöral yanıtlar sergileyen voxeller vardır. Hastadan ayrıca ellerini ve ayaklarını hareket ettirmesi istendi (ya esneme/uzatma ya da^25'idöndürün). Kırmızı da sağ ayak hareketlerine göre sağ el hareketlerine diferansiyel nöral yanıtlar sergileyen voxels vardır. Son olarak, hastadan 30 saniye içinde düşünebildiği kadar çok öğe üretmesi istendi (örneğin, 'mutfakta yaptığınız şeyler', 'hayvanlar', 'F' ile başlayan kelimeler, vb.). Mor olarak fiksasyon / dinlenme ile karşılaştırıldığında overt kelime üretimi için diferansiyel nöral aktivite sergileyen voxels vardır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3 . Frontal Aslant Yolu ve komşu u şekilli liflerin ameliyat öncesi beyaz madde yolu. Ön aslant yolu ile bitişik gliomas olan hastalarda beyin haritalama ile Çevirisel Beyin Haritalama Programı (Chernoff vd., 2017⁵⁶⁾önceki deneyim bu yolun (hatta kısmi) tradbölümü ilişkili olabileceğini gösterdi spontan konuşmada dysfluencies ile, konuşulan dilin tekrarı bozulmadan kalabilir iken. Bu önceki deneyim hasta AI¹¹frontal aslant yolu preoperatif haritabilgilendirmek için kullanılmıştır. (A) Ön aslant yolu (mavi-açık mavi) ve siz şekilli lifleri (kırmızı-sarı) gösteren koronal dilimler. Frontal aslant yolu glioma sadece anterior ve medial geçer. (B) Frontal aslant yolu (mavi) ve tümörün (kırmızı) birden fazla perspektiften 3Boyutlu görüntülemi. Ameliyat öncesi anatomik çalışmalar (Panel A ve B) tümör rezeksiyonu sonunda, doğrudan elektriksel stimülasyon haritalama kullanarak tümörün ön marjını tanımlamak mümkün olacağını göstermiştir. Böylece, özellikle frontal aslant yolu uyarılmasının gramer deyimlerinin sınırlarında cümle üretimini bozup bozmadığını test etmek için, önceki deneyimlerimize dayalı yeni bir dil görevi tasarladık. (C) Frontal aslant yolu doğrudan elektriksel uyarılması gramer ifadelerinin sınırlarında cümle üretimini farklı olarak bozar. Videodaki ekran görüntüsü (Panel C, solda) hastayı, kendisine sunulduğu uyarıcıyı, tümörün ön boşluğunda bipolar uyarıcıyı tutan cerrahın elini ve koronal ve frontal aslant yolu (mavi) ile ilgili olarak mevcut stimülasyon yeri (kırmızı nokta) sagittal dilimleri. Hastanın görevi, bir referans şeklin konumuyla ilgili olarak hedef şeklin mekansal ilişkisini tanımlamaktı (gösterilen deneme için doğru yanıt: "Kırmızı kare kırmızı elmasın altındadır"). Frontal aslant yolu stimülasyonunun cümle üretimini sekteye uğrattığunu ve farklı olarak yeni gramer ifadelerinin başlangıcında (Panel C, grafik sağda; bu hastada intraoperatif haritalama prosedürünün videosu için bkz. www.openbrainproject.org). Bu gözlem, cümle üretiminde frontal aslant yolu rolü hakkında yeni bir hipotezi motive eder: Konumsal Elemanlar Üzerindeki Sintagmatik Kısıtlamalar (SCOPE) hipotezi¹¹. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. 

Şekil 4. Sağ posterior temporal lobda glioma olan profesyonel bir müzisyende ameliyat öncesi fonksiyonel ve yapısal MRG ve intraoperatif direkt elektriksel stimülasyon haritalama.(A) Üst düzey görsel işleme, dil üretimi ve araç bilgisinin ameliyat öncesi fMRI haritalaması. Tümör, sarı gölgeli, sağ temporal lob, sağ superior temporal sulkus ile görülebilir (sulci biraz görselleştirme kolaylaştırmak için genişletilmiş). Tümör lateral temporal kortekste hareket işleme alanlarına yakın bulunduğundan, hasta sabit noktalardan kaynaklanan hareketli nokta dizilerine katıldığında nöral aktiviteyi karşılaştırarak MT/V5 lokalize; statik noktalarla karşılaştırıldığında hareket için diferansiyel nöral yanıtlar sergileyen voxeller mor-beyaz renk skalasında çizilir (bu fonksiyonel lokalizeleştiricinin geliştirilmesinde yardımcı olduğu için Duje Tadin'e müteşekkiriz). Çevirisel Beyin Haritalama Programında çalışılan diğer tüm olgularda olduğu gibi (örn.Şekil 2,Şekil 3), ortak resimleri adlandırmak için diferansiyel nöral yanıtlar sergileyen voxeller, aynı görüntülerin faz şifreli sürümlerini görüntüleme nin temel çizgisiyle karşılaştırılır; bu yeşil-beyaz renk skalası üzerine çizilir. Bu kontrast, bilateral lateral oksipital kompleks, bilateral orta/superior temporal girus ve motor korteks (konuşma motor aktivitesi ile ilişkili) tanımlanmıştır. Ayrıca olduğu gibiŞekil 2, Sol inferior parietal lobül, bilateral superior parietal/dorsal oksipital kortekste ve sol posterior orta/inferior temporal girusta (mavi-beyaz renk skalası) 'araçlar' adlandırırken diferansiyel nöral yanıtlar sergileyen vokeller bulundu. Son olarak, ve tekrar olduğu gibiŞekil 2, hastadan sözel akıcıkelime üretim görevini tamamlaması istendi. Dinlendirme taban çizgisiile karşılaştırıldığında kelime üretimi ile ilişkili voxels kırmızı-beyaz renk skalası üzerinde çizilmiş ve sol inferior frontal girus bulundu (Broca alanı), üstün temporal / inferior parietal korteks, ve konuşma motor sistemi. (B) Hasta, müzik işlemeyi haritalamak için ameliyat öncesi birden fazla fonksiyonel MRI deneyi tamamlamıştır. Bir deneyde, Greg Hickok'un laboratuvarındaki önceki çalışmalardan sonra modellenmiştir.⁵⁷, hasta kısa piyano melodileri duydum ve geri melodi mırıldanmak zorunda kaldı, ya da kısa cümleler duydum ve cümleleri tekrarlamak zorunda kaldı. Kırmızı-mor renk skalası üzerinde beyin üzerinde çizilmiş dil için daha müzik için diferansiyel nöral aktivite sergileyen voxels vardır. Dört Eastman Müzik Okulu yüksek lisans öğrencisi aynı fMRI deneyini tamamladı; eşleşen sağlıklı kontrollerde aynı işlevsel kontrast için tanımlanan bölgenin sınırı yeşil anahat çizilir. Buna ek olarak, diğer 10 nöroşirürji hastası da tedavilerinin ameliyat öncesi aşamasında aynı deneyi tamamlamıştır. Bu 10 hastada en yakın hedef dile duyarlı alanları (dil > müziğin zıtlığını) belirlemek iken, müziğin zıtlığı>dilin zıtlığı sağ superior temporal girusun çok benzer bir bölgesini tanımlar (işlevsel sınırların sınırları 10 kontrol nöroşirürji hastalarından bölge açık mavi) çizilir. (C) Hasta AE tümörüile ilişkili olarak doğru akustik radyasyon ve arcuate fasciculus gösteren DTI verileri üzerinde preoperatif olasılıksografisi (%5 eşik, yerli T2 ağırlıklı görüntü üzerine overlaid). (D) Ameliyat sırasında hasta AE, kısa piyano melodilerini dinleyip mırıldanarak, ya da kısa bir cümle yle tekrarlamak zorunda kaldığı fMRI sırasında ki görevi yerine getirerek aynı görevi yerine getirmiş. Bu sağ posterior üstün temporal girus doğrudan elektrikstimülasyon melodiler üzerinden yapıldığında tekrarlama görevinde performansı bozdu bulundu (bazı denemeler için), ama aynı tekrarlama görevi için performansı etkilemedi (herhangi bir denemede) cümleler üzerinde gerçekleştirilir (intraoperatif müzik haritalama videoları için www.openbrainproject.org bakınız).Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5 . Etki alanına özgü diyasezin gösterimi: Çeviri beyin programında preoperatif olarak çalışılan bir grup glioma hastası arasında lezyon yeri ve uyarıcı e-stimülasyonlu nöral aktivite ilişkisinin analizi. Rochester Üniversitesi Tıp Merkezi'nde Çeviribeyin Haritalama Programı'ndan geçen tüm hastalara ortak bir dizi fonksiyonel MR Ve davranışsal çalışma uygulanmasının önemli bir sonucu da grup düzeyinde ardışık olarak çalışılan daha büyük hasta kümeleri üzerinde analizler. Örnek olarak, Şekil 5, temporal lobdaki 'araçlara' verilen sinirsel yanıtların parietal korteksten gelen girişler ile çevrimiçi olarak modüle edildiklerine dair temel bilim hipotezinin bir testinin sonuçlarını göstermektedir. Bu hipotez doğruysa, parietal korteksteki lezyonlar (tümörler) temporal lobdaki nöral yanıtları 'araçlara' göre değiştirmeli ve nöral aktivitedeki hastalar arasında temporal lobdaki 'araçlara' varyans lezyonların varlığı ile korelasyon olmalıdır ( tümörler) parietal kortekste. (A) parietal kortekse lezyonlar grup düzeyinde tahmin edilir (lojistik regresyon) temporal lob ventral yüzeyinde medial fusiform girus nöral yanıtlar da hastalar arasında varyans. (B) Medial fusiform girustaki aletlere nöral tepkiler grup düzeyinde (lojistik regresyon) lezyon/tümörün anterior İntraparietal Sulcus (aIPS) olup olmadığı konusunda varyanstan tahmin edilmektedir. A ve B panellerinde özetlenen bulgular dinamik diyasez⁵³örneğini temsil eder , bu durumda 'etki alanına özgü' dinamik diyasezis, çünkü lezyon lokasyonunun nöral aktiviteile ilişkisi işlenen uyarıcının türüne göre modüle edilir ( yani, ilişki araçlar için mevcut değil, yerler, yüz veya hayvanlar için) -tam ayrıntılar için Garcea ve meslektaşları¹⁴bakın . Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. 

Tartışmalar

Rochester Üniversitesi'nde Çeviribeyin Haritalama Programı'nı kurma deneyiminden elde edilen bilgiler iki temel unsura dönüştürülebilir. İlk olarak, bilişsel bilim adamları, nöro-onkologlar, nöropsikologlar, epileptologlar, nörofizyologlar, nöroanestezistler, nöro-anestezistler, nörocerrahlar ve bunların destekleyicileri arasında yapılandırılmış iletişim kanalları kurulmuştur. teknisyenler ve idari destek. Bu, acil yüksek dereceli tümör hastaları da dahil olmak üzere hastaların ameliyat öncesi değerlendirmeye sevk edilmesine ve analizlerin ameliyattan önce cerrahlara yönlendirilmesine olanak sağlar. Beyin Haritalama Programı'nın başarısı için kritik olan ikinci bileşen ise lisans öğrencileri, yüksek lisans (Yüksek Lisans, Doktora) öğrencileri, tıp öğrencileri, nöroşirürji, nöroloji ve nöroradyoloji asistanları ve Fellows. Bu iki unsurun birleşimi, tüm klinik sağlayıcıların Beyin Haritalama Programı'nın bilimsel hedefleri ile etkileşime girmelerine hizmet eder ve temel bilim hedeflerinin her hastanın sonucunu optimize etme gibi klinik hedeflerle iç içe olmasını sağlar.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
	NA	NA	NA