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

Författarna har inga bekräftelser eller finansiella upplysningar.

Se till att varje patient granskas för lämplighet för forskningsstudien, och lämpliga patienter måste samtyckt att delta i studien enligt lokala IRK förfaranden. 1. Patient Urval för SEEG och forskning <ol><li> Patient Selektion för SEEG Obs: Epilepsi patienter måste kliniskt bedömas av ett multidisciplinärt team bestående av epileptologists, neuropsykolog och neurokirurger. <ol><li> Se till att patienten har medicinskt refraktär fokal epilepsi, definierat som inte svar...

I denna uppsats SEEG användes för att undersöka aktiviteten av lokala neuronala populationer inom DACC under ett beslutsuppgift hos människor. Tidigare arbete har undersökt aktiviteten av enskilda nervceller i DACC använder intraoperativa microelectode inspelningar 14 och visade att DACC aktivitet moduleras av tidigare verksamhet. Mikroelektrod studier möjliggör utredningen av tillsatta aktivitet enskilda nervceller. SEEG mäter LFPs, som är relaterade till de summerade synaptiska potentialer över e...

Epilepsi, en gemensam neurologisk sjukdom som kännetecknas av multipla återkommande anfall med tiden, svarar för 1% av den globala bördan av sjukdomar 1. Antiepileptiska läkemedel misslyckas med att kontrollera kramper hos 20 - 30% av patienterna 2,3. I dessa medicinskt svårbehandlade patienter, är epilepsi kirurgi ofta indikerade 4,5. Beslutet att gå vidare med operationen kräver lokalisera beslag fokus, en förutsättning för att formulera en kirurgisk plan. Initialt är icke-invasiva metoder som används för att lateralize och lokalisera beslag fokus. Elektroencefalografi (EEG), till exempel, åtgärder kortikal elektrisk aktivitet registrerats från elektroder placerade i hårbotten och kan ofta ge tillräcklig information om placeringen av beslag fokus. Dessutom kan magnetisk resonanstomografi (MRT) visar diskreta lesioner, såsom hippocampus skleros, den klassiska patologi ses i den vanligaste formen av medicinskt svår epilepsi, mesiala temporal lob epilepsi (MTLE). Ofta är dock den icke-invasiv upparbetning inte kan identifiera ett anfall fokus. I dessa fall är invasiv electrocorticography (ECOG) med intracerebrala elektroder som krävs för att lokalisera fokus och styra ytterligare kirurgisk behandling 6. ECOG är en neurofysiologisk teknik som används för att mäta elektriska aktivitet med användning av elektroder placerade i direkt kontakt med hjärnan. Galler eller remsor av ytan (subdural) elektroder placeras över ytan av hjärnan, en process som kräver en kraniotomi (avlägsnande av en benklaffen) och stor öppning av dura. Dessa ytelektroder kan placeras över den förmodade (n) i beslag debut. De distala ändarna av elektrod tunnlas genom små öppningar i huden och är ansluten till färdskrivaren i epilepsi övervakningsenhet (EMU). I EMU, är att patienten övervakas för kliniska anfallsaktivitet genom kontinuerlig video och ECOG inspelningar. Denna teknik is Används för att samla långsiktiga (dagar till veckor) inspelningar av ictal och Interiktal elektriska urladdningar över relativt stora områden av den kortikala ytan. Medan dessa intrakraniella inspelningar är ovärderliga kliniskt för att undersöka beslag fokus och förökning, de ger oss också möjlighet att undersöka kognitiv funktion och neurofysiologi hos människor som genomgår specifikt utformade beteende arbetsuppgifter. ECOG använder subdural gallerelektroder har använts för att undersöka olika aspekter av kortikal funktion, inklusive sensorisk och språkbehandling. Som ett av många exempel, Bouchard et al visade den tidsmässiga samordningen av den orala muskulaturen i bildandet av stavelser för talat språk i ventrala sensorimotor cortex, en region identifierats som mänskligt tal sensorimotor cortex 7. Dessutom ECOG med subdural galler placering har också använts för att studera de mekanismer genom vilka människan har möjlighet att attend till en särskild röst inom en folkmassa: det så kallade &quot;cocktailparty effekt&quot; 8,9. ECOG inspelningar visade att det finns två distinkta neuronala band som dynamiskt spåra tal strömmar, både låg fas frekvens och hög gamma amplitud fluktuationer, och att det finns tydliga behandlingsplatser - en modulering site som spårar både högtalare och en &quot;urvals&quot; webbplats som spårar deltog talker 5. En annan framväxande tillämpning av ECOG med subduralt elektrodplacering är potentialen för användning med Brain Computer Interface (BCIS), vilket &quot;avkoda&quot; neuronal aktivitet för att driva en extern utgång. Denna teknik har potential att låta patienter med svår hjärnan eller ryggmärgsskador att kommunicera med världen och manipulera proteser 10,11. Medan subduralt grid placering har starkt bidragit till vår förståelse av supergjord kortikala områden och är användbar vid identifiering kortikala epileptogena foci, gör denna teknik kräver en kraniotomi och dess åtföljande risker, och är i allmänhet begränsad till att studera den yttre ytan av hjärnan. Stereotaktisk elektroencefalografi (SEEG) är en teknik som gör det möjligt att bedöma djup epileptogena foci 12. Med en lång historia av användning i Frankrike och Italien, det är också i allt större utsträckning i USA 13. SEEG innebär placering av multipla elektroder (typiskt 10-16) djupt inom ämnet av hjärnan genom små (några mm) spiralborr Burr hål. Fördelar med SEEG över subduralt rutnät placering omfattar dess mindre invasiv art, hur lätt undersöka bilaterala halvklot vid behov, och förmågan att generera tredimensionella kartor över anfalls förökning. Dessutom är dessa elektroder möjliggör identifiering av djupa epileptogena foci som tidigare var svåra att identifiera med ytelektroder. Detta förfarande provid ocksåes möjlighet att undersöka neurofysiologi och funktion av djupa kortikala strukturer, såsom det limbiska systemet, den mesoparietal cortex, den mesotemporal cortex, och orbitofrontal cortex, som alla var tidigare svårt att direkt undersöka i människor. Denna uppsats visar hur SEEG kan utnyttjas för att undersöka den kognitiva funktionen i dorsal anterior cingulate cortex (DACC). Den DACC är en allmänt undersökt hjärnregion, men det är också en av de mest dåligt kända. Betraktas som en betydande region för mänsklig kognition, är det sannolikt att DACC är central för den dynamiska neurala bearbetning av beslut i samband med ständigt förändrade krav som ställs av omgivningen 14. Studier i både primater 15,16 och människor 17 antyder att DACC integrerar potentiella risker och fördelar av en given åtgärd, särskilt i situationer med flera samtidiga motstridiga krav 18-21, och modulates dessa beslut i samband med tidigare åtgärder och deras resultat 14,22,23. Multi-Source Interference Task (MSIT), ett Stroop-liknande beteende uppgift, används ofta för att undersöka konfliktbearbetning i DACC. Den MSIT uppgiften aktiverar DACC genom att rekrytera nervceller som är involverade i flera domäner för behandling regleras i DACC 24,25. Denna uppgift specifikt aktiverar DACC genom att testa funktionerna i beslutsfattandet, måldetektering, krimskrams upptäckt, felsökning, val svar, och stimulus / respons konkurrens. Dessutom introducerar MSIT uppgiften flera dimensioner av kognitiv störning, som används i denna studie för att undersöka DACC neurala reaktioner på samtidiga motstridiga stimuli med hjälp 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

Stereotaktisk Elektroencefalografi (SEEG) är en teknik som används för att lokalisera beslag härdar hos patienter med medicinskt svårbehandlad epilepsi. Detta förfarande involverar kronisk placering av flera djupelektroder in i regioner av hjärnan typiskt otillgängliga via subduralt gallerelektrodplacering. SEEG tillhandahåller således en unik möjlighet att undersöka hjärnans funktion. I denna uppsats visar vi hur SEEG kan användas för att undersöka vilken roll den dorsala främre cingulum cortex (DACC) i kognitiv kontroll. Vi inkluderar en beskrivning av SEEG förfarandet, vilket visar den kirurgiska placeringen av elektroderna. Vi beskriver komponenterna och process som krävs för att spela in den lokala fältpotential uppgifter (LFP) från samtyckande individer medan de är sysselsatta i en beteendevetenskaplig uppgift. I exemplet, ämnen spelar en kognitiv störning uppgift, och vi visar hur signaler registreras och analyseras från elektroder i den dorsala främre cingulum cortex, en intim areabart delaktiga i beslutsfattandet. Vi avslutar med ytterligare förslag på hur denna metod kan användas för att undersöka mänskliga kognitiva processer.

När en patient har valts för SEEG elektrodplacering, han / hon genomgår en volyme T2 och T1 kontrastförstärkt MRI. Seeg elektrod banor sedan planerade att använda stereotaktisk navigering av volymetriska MRI sekvenser (Figur 1). Denna teknik gör det möjligt för insamling av lokala fält potentialer från strukturer djupt inom cortex såsom rygg främre cingulum cortex (ljusorange bana, figur 1) som inte skulle vara möjligt med typiska ytelektrod placering. Postoperativt i EMU,...

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

Stereotaktisk Elektroencefalografi (SEEG) är en operationsteknik som används vid epilepsi kirurgi för att hjälpa lokalisera beslag härdar. Det ger också en unik möjlighet att undersöka hjärnans funktion. Här beskriver vi hur SEEG kan användas för att undersöka kognitiva processer i humana individer.

Undersöka Funktion av djupa kortikala och subkortikala strukturer Använda Stereotactic Elektroencefalografi: Lärdomar från främre cingulum 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

Undersöka Social kognition hos spädbarn och vuxna som använder Tät Array elektroencefalografi ( D EEG)

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 Elektroencefalografi, realtidsmätning av laktat koncentration och optogenetic Manipulering av neuronal aktivitet hos gnagare 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 Märkning för att studera struktur-funktions Förhållandet mellan individuella kortikala neuron

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

Analys av genuttryck Förändringar i Rat Hippocampus Efter Deep Brain Stimulation av Anterior Thalamic 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 Serotonerga Fibrer i ryggmärgen hos möss med hjälp av CLARITY / CUBIC teknik

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

Utforska rymden - avtäckning anatomi periventrikulär strukturer att avslöja de laterala ventriklarna i den mänskliga hjärnan

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

Samtidiga inspelningar av kortikala lokala fältet potentialer, elektrokardiogram, Elektromyogram och andas rytm från en fritt rörliga råtta

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

Kombinerade transkraniell magnetisk stimulering och elektroencefalografi av dorsolaterala prefrontala 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 Implantation av hela-kortikala Electrocorticographic matris i Marmosettapa

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

Stimulus-specifika kortikala visuella framkallat potentiella morfologiska mönster

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