Name: investigating the function of deep cortical and subcortical structures using stereotactic electroencephalography: lessons from the anterior cingulate cortex
Uploaded: 2015-04-15T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Investigating the Function of Deep Cortical and Subcortical Structures Using Stereotactic Electroencephalography: Lessons from the Anterior Cingulate Cortex a

Forfatterne har ingen bekreftelser eller økonomiske avsløringer.

Sørg for at hver pasient er anmeldt for egnethet for forskningsstudien, og riktige pasienter må samtykket til deltakelse i studien i henhold til lokale IRB prosedyrer. 1. Pasientvalg for SEEG og Forskning <ol><li> Pasient Utvalg for SEEG Merk: Epilepsi pasienter må være klinisk vurdert av et tverrfaglig team bestående av epileptologists, nevropsykologer og nevrokirurger. <ol><li> Sørg for at pasienten har medisinsk ildfast fokus epilepsi, definert som manglende svare på minst...

I denne utredningen SEEG ble brukt til å undersøke aktiviteten til lokale nevronale populasjoner innenfor DACC under en beslutnings oppgave hos mennesker. Tidligere arbeid har undersøkt aktiviteten til enkelte nevroner i DACC bruker intra microelectode opptak 14 og viste at DACC aktivitet er modulert av forrige aktivitet. Microelectrode studier muliggjøre etterforskningen av spiking aktiviteten til enkelte nerveceller. SEEG måler LFPs, som er relatert til de summerte synaptiske muligheter på tvers av en...

Epilepsi, en vanlig nevrologisk lidelse preget av flere tilbakevendende anfall over tid, står for 1% av den verdensomspennende byrden av sykdommer 1. Antiepileptiske medisiner ikke klarer å kontrollere anfall i 20 - 30% av pasientene 2,3. I disse medisinsk låste pasienter, er epilepsi kirurgi ofte indikert 4,5. Beslutningen om å gå videre med kirurgi krever finne beslaget fokus, en forutsetning for å formulere en kirurgisk plan. I utgangspunktet er ikke-invasive teknikker som brukes til å lateralize og lokalisere beslaget fokus. Elektroencefalografi (EEG), for eksempel tiltak kortikal elektrisk aktivitet fra elektroder plassert på hodebunnen og kan ofte gi tilstrekkelig informasjon om plasseringen av beslaget fokus. I tillegg kan magnetisk resonansavbildning (MRI) demonstrere diskrete lesjoner, slik som hippocampus sklerose, den klassiske patologi sett i den mest vanlige form for medisinsk intraktabel epilepsi, mesial temporal lapp epilepsi (MTLE). Ofte er imidlertid en ikke-invasiv opparbeidelse i stand til å identifisere et anfall fokus. I disse tilfellene er invasiv Elektrokortikografi (ECOG) med intracerebrale elektroder som kreves for å lokalisere fokus og veilede videre kirurgisk behandling 6. ECOG er en nevrofysiologisk teknikk som brukes til å måle elektrisk aktivitet ved hjelp av elektroder plassert i direkte kontakt med hjernen. Gittere eller strimler av overflaten (subdural) elektrodene er plassert over overflaten av hjernen, en prosess som krever en kraniotomi (fjerning av et bein klaff) og stor åpning av dura. Disse overflate elektroder kan plasseres over det antatte området (r) av beslaget utbruddet. De distale ender av elektrodene er tunnel gjennom små åpninger i huden og som er koblet til registreringsutstyret i epilepsi overvåkningsenhet (EMU). I EMU, er pasienten overvåkes for kliniske anfall aktivitet gjennom kontinuerlig video og ECOG innspillinger. Denne teknikken jegs nyttig for å samle langsiktige (dager til uker) opptak av ictal og interiktal elektriske utladninger over relativt store områder av kortikale overflate. Mens disse intrakranielle opptak er uvurderlig klinisk for å undersøke beslag foci og forplantning, de også gir oss mulighet til å undersøke kognitiv funksjon og nevrofysiologi hos mennesker som gjennomgår spesielt utviklet atferds oppgaver. ECOG ved hjelp av subdural gitterelektroder er blitt brukt til å undersøke ulike aspekter av kortikal funksjon, inkludert sensoriske og språkbehandling. Som ett av mange eksempler, Bouchard et al demonstrerte temp koordinering av den muntlige muskulaturen i dannelsen av stavelser for talte språket i ventral sensorisk cortex, en region identifisert som den menneskelige tale sensorimotor cortex 7. Videre ECOG med subdural gitter plassering har også blitt benyttet for å studere de mekanismer som mennesker er i stand til attend til en bestemt stemme i en folkemengde: den såkalte &quot;cocktail party effekten &#39;8,9. ECOG opptakene viste at det er to forskjellige nevrale band som dynamisk spore tale bekker, både lavfrekvente fase og høy gamma amplitudesvingninger, og at det er forskjellige områder for behandling - en &quot;modulasjon&quot; site som sporer både høyttalere og en &#39;utvalg&#39; nettsted som sporer deltok talker 5. En annen voksende anvendelse av ECOG med subduralt elektrodeplasseringen er potensialet for bruk med Brain Computer Interface (BCIs), som &quot;dekode&quot; neuronal aktivitet for å drive en ekstern utgang. Denne teknologien har potensial til å la pasienter med alvorlig hjerneskade eller ryggmargsskader til å kommunisere med verden og manipulere proteser 10,11. Mens subduralt grid plassering har bidratt sterkt til vår forståelse av superaktige kortikale områder og er nyttig for å identifisere kortikale epileptogene foci, gjør denne teknikken krever en kraniotomi og dens tilhørende risiko, og er vanligvis begrenset til å studere den ytre overflaten av hjernen. Stereo elektroencefalografi (SEEG) er en teknikk som gjør at vurderingen av dyp epileptogen foci 12. Med en lang historie med bruk i Frankrike og Italia, det er også i økende grad brukes i USA 13. SEEG innebærer plassering av flere elektroder (typisk 10-16) dypt inne i substansen i hjernen gjennom små (få mm) vri drill Burr hull. Fordeler med SEEG enn subduralt grid plassering inkludere sin mindre invasiv natur, den enkle undersøke bilaterale halvkuler når det er nødvendig, og evnen til å generere tredimensjonale kart av anfall forplantning. Videre disse elektrodene muliggjøre identifisering av dyp epileptogen fokus som tidligere var vanskelig å identifisere seg med overflateelektroder. Denne prosedyren også provides anledning til å undersøke nevrofysiologi og funksjon av dyp kortikale strukturer, slik som det limbiske system, mesoparietal cortex, den mesotemporal cortex og orbitofrontal cortex, alle som tidligere var vanskelig å undersøke direkte i mennesker. Dette papir viser hvordan SEEG kan anvendes for å undersøke kognitiv funksjon i det dorsale fremre cingulate cortex (DACC). Den DACC er en vidt undersøkt hjerneregion, men det er også en av de mest dårlig forstått. Regnes som en betydelig region for menneskelig kognisjon, er det sannsynlig at DACC er sentral i dynamisk nevrale behandling av vedtak i sammenheng med kontinuerlig endrede krav pålagt av miljøet 14. Studier i begge primater 15,16 og mennesker 17 tyder på at DACC integrerer potensiell risiko og avkastning knyttet til en gitt handling, spesielt i situasjoner med flere samtidige motstridende krav 18-21, og modulates disse beslutningene i sammenheng med tidligere handlinger og deres utfall 14,22,23. Multi-Source Interference Task (MSIT), en Stroop-lignende atferds oppgave, blir ofte brukt for å undersøke konfliktbehandling i DACC. Den MSIT oppgave aktiverer DACC ved å rekruttere nevroner involvert i flere domener av behandling regulert av DACC 24,25. Denne oppgaven spesifikt aktiverer DACC ved å teste funksjonene i beslutningsprosessen, måldetektering, nyhet deteksjon, feildeteksjon, respons utvalg, og stimulus / respons konkurranse. I tillegg introduserer MSIT oppgave flere dimensjoner av kognitive forstyrrelser som er benyttet i denne studien å undersøke DACC nevrale responser til samtidige motstridende stimuli ved hjelp SEEG.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Trigger I/O cable</td>
			<td>Natus Medical Inc.</td>
			<td>5029</td>
			<td>PS2 to BNC cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC cables for analog pulses</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Can be ordered from most electronics stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power strip with surge protection and battery backup</td>
			<td>Tripp Lite</td>
			<td>SMART500RT1U UPC</td>
			<td>Power source and backup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>National instruments multifunctional daq data acquisition box NI PCIe-6382 DAQ cards</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>PCIe-6382 w/ BNC 2090A</td>
			<td>PCI cards for behavioral control interface</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom made button box - human interface device</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Any human interface device with three buttons may be used. Alternatively, 3 keyboard buttons may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xltek 128 channel clinical intracranial EEG monitoring system EMU128FS</td>
			<td>Natus Medical Inc.</td>
			<td>002047c</td>
			<td>Clinical recording system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Subject monitor and associated cables for visual stimulus presentation</td>
			<td>Dell</td>
			<td>U2212HMc</td>
			<td>Most Monitors are adequate here.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Personal comptuer running behavioral software with DAQ cards installed</td>
			<td>Superlogics</td>
			<td>SL-2U-PD-Q87SLQ-BA</td>
			<td>Computer for recording neural data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mains cable for monitor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Usually comes with the monitor, can be purchased at any electronics store.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monkey Logic software which runs on Matlab 2010A</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Free from MonkeyLogic website</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB 2010a software with data acquisition toolbox</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td></td>
			<td>Matlab software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sEEG electrodes AD TECH or PMT</td>
			<td>AD TECH</td>
			<td>2102-##-101</td>
			<td>Platinum tip, diameter (0.89 mm, 1 mm, 1.1 mm), uninsulated length 2.3 mm; The ## in the catalog number indicates the number of contacts on the electrode (08, 10, 12, or 16)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cabrio connectors</td>
			<td>PMT</td>
			<td>2125-##-01</td>
			<td>The ## in the catalog number indicates the number of contacts on the electrode (08, 10, 12, or 16)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tucker Davis Technologies Amplifier</td>
			<td>Tucker Davs Technologies</td>
			<td>PZ5</td>
			<td>preamplifier for neural data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tucker Davis Technologies processor</td>
			<td>Tucker Davs Technologies</td>
			<td>RZ2</td>
			<td>Neural signal processor for neural data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TuckerDavis Technologies data streamer</td>
			<td>Tucker Davs Technologies</td>
			<td>RS4</td>
			<td>Data streamer and storage</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber optics cables to connect TDT systems</td>
			<td>Tucker Davs Technologies</td>
			<td>F05</td>
			<td>Fiber optic cables for connecting Tucker Davis Technologies&#39; prodcuts.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ribbon cable and snap serial connector for digital markers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Can be ordered from ost electronics stores.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>personal computer fro running TDT RPvdsEx and OpenEx software</td>
			<td>Superlogics</td>
			<td>SL-2U-PD-Q87SLQ-BA</td>
			<td>computer for behavioral control</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>middle atlantics server cabinet with casters</td>
			<td>Middle Atlantic Products</td>
			<td>PTRK-21</td>
			<td>Server case to house all of the research items</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tucker Davis Technologies splitter box to split clinical and research recrodings</td>
			<td>Tucker Davs Technologies</td>
			<td></td>
			<td>This splitter box is a semi-custom device. Researchers should consult the attending neurologists about splitting the research and clinical recordings in a way that doesn&#39;t interfere with clinical care.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Researcher monitor with requisite cables</td>
			<td>Dell</td>
			<td>U2212HMc</td>
			<td>Most Monitors are adequate here.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>button box power source - 5 volts, 2 amperes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Can be purchased at any electronics store.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TDT optical interface PCI card</td>
			<td>Tucker Davs Technologies</td>
			<td>P05</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

investigating the function of deep cortical and subcortical structures using stereotactic electroencephalography: lessons from the anterior cingulate cortex

Stereo Electroencephalography (SEEG) er en teknikk som brukes for å lokalisere anfall foci hos pasienter med medisinsk problematiske epilepsi. Denne prosedyren innebærer kronisk plassering av flere dybdeelektroder i regioner av hjernen vanligvis utilgjengelig via subduralt grid elektrodeplasseringen. SEEG gir dermed en unik mulighet til å undersøke hjernens funksjon. I denne artikkelen viser vi hvordan SEEG kan brukes til å undersøke hvilken rolle rygg anterior cingulate cortex (DACC) i kognitiv kontroll. Vi inkluderer en beskrivelse av SEEG prosedyre, demonstrere kirurgisk plassering av elektrodene. Vi beskriver komponentene og prosessen som kreves for å spille inn lokale feltet potensial (LFP) data fra samtykkende fagene mens de er engasjert i en atferds oppgave. I eksempelet gitt, fag spille en kognitiv forstyrrelse oppgave, og vi demonstrere hvordan signalene blir registrert og analysert fra elektroder i rygg anterior cingulate cortex, et område intimbart involvert i beslutningsprosessen. Vi konkluderer med ytterligere forslag til hvordan denne metoden kan brukes til å undersøke menneskets kognitive prosesser.

Når en pasient er valgt for SEEG elektrodeplassering, han / hun gjennomgår en volumetrisk T2 og T1 kontrastforsterket MRI. SEEG elektrode baner er deretter planlagt å bruke stereotaktisk navigasjon av volumetriske MR sekvenser (figur 1). Denne teknikken gjør det mulig for innsamling av lokale feltpotensialer fra strukturer dypt inne i hjernebarken som rygg anterior cingulate cortex (lys oransje bane, Figur 1) som ikke ville være mulig med typisk overflateelektrodeplasseringen. Post...

Watch this Scientific Journal Video about Investigating the Function of Deep Cortical and Subcortical Structures Using Stereotactic Electroencephalography: Lessons from the Anterior Cingulate Cortex a

Investigating the Function of Deep Cortical and Subcortical Structures Using Stereotactic Electroencephalography: Lessons from the Anterior Cingulate Cortex

Stereo Electroencephalography (SEEG) er en operativ teknikk som brukes ved epilepsi kirurgi for å hjelpe lokalisere anfall foci. Det gir også en unik mulighet til å undersøke hjernens funksjon. Her beskriver vi hvordan SEEG kan brukes til å undersøke kognitive prosesser i mennesker.

Gransker funksjons av Deep Kortikal og subkortikale strukturer ved hjelp Stereo Electroencephalography: Lærdommer fra Anterior cingulate cortex

Stereotactic Electroencephalography (SEEG) is a technique used to localize seizure foci in patients with medically intractable epilepsy. This procedure ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography (dEEG)

Investigating Social Cognition in Infants and Adults Using Dense Array Electroencephalography dEEG

Dense array electroencephalography (dEEG), which provides a non-invasive window for measuring brain activity and a temporal resolution unsurpassed by any ...

Simultaneous Electroencephalography, Real-time Measurement of Lactate Concentration and Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity in the Rodent Cerebral Cortex

Samtidig Electroencephalography, Real-time Måling av laktat Konsentrasjon og Optogenetic Manipulering av neuronal aktivitet i Rodent Cerebral Cortex

Although the brain represents less than 5% of the body  by mass, it utilizes approximately one quarter of the glucose used by the body  at rest1. The ...

Juxtasomal Biocytin Labeling to Study the Structure-function Relationship of Individual Cortical Neurons

Juxtasomal Biocytin Merking for å studere strukturen-funksjon forholdet mellom enkelt kortikale nevroner

The cerebral cortex is characterized by multiple layers and many distinct cell-types that together as a network are responsible for many higher cognitive ...

Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the Anterior Thalamic Nucleus

Analyse av genuttrykk Endringer i Rat Hippocampus Etter dyp hjernestimulering av fremre talamiske Nucleus

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Imaging Serotonergic Fibers in the Mouse Spinal Cord Using the CLARITY/CUBIC Technique

Imaging Serotonerge Fibers i Mouse Spinal Cord Bruke CLARITY / CUBIC Technique

Long descending fibers to the spinal cord are essential for locomotion, pain perception, and other behaviors. The fiber termination pattern in the spinal ...

Exploring Deep Space - Uncovering the Anatomy of Periventricular Structures to Reveal the Lateral Ventricles of the Human Brain

Utforsker rom - avdekke anatomi av Periventricular strukturer å avsløre sideventriklene av den menneskelige hjernen

Anatomy students are typically provided with two-dimensional (2D) sections and images when studying cerebral ventricular anatomy and students find this ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Samtidig opptak av kortikale lokale feltet potensialene, elektrokardiogram, eletromyografi og puste rytmen fra en fritt flyttende rotte

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...

Combined Transcranial Magnetic Stimulation and Electroencephalography of the Dorsolateral Prefrontal Cortex

Kombinert Transkraniell magnetisk stimulering og Elektroencefalogram på Dorsolateral Prefrontal cortex

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a non-invasive method that produces neural excitation in the cortex by means of brief, time-varying magnetic ...

Chronic Implantation of Whole-cortical Electrocorticographic Array in the Common Marmoset

Kronisk implantering av hele-kortikale Electrocorticographic matrise i den vanlige Marmoset

Electrocorticography (ECoG) allows the monitoring of electrical field potentials from the cerebral cortex with high spatiotemporal resolution. Recent ...

Stimulus-specific Cortical Visual Evoked Potential Morphological Patterns

Stimulans-spesifikke kortikale Visual fremkalt potensiell morfologiske mønstre

This paper presents a methodology for the recording and analysis of cortical visual evoked potentials (CVEPs) in response to various visual stimuli using ...