Name: combined invasive subcortical and non-invasive surface neurophysiological recordings for the assessment of cognitive and emotional functions in humans
Uploaded: 2016-05-19T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans at JoVE

इस काम के काल-नेट न्यूरॉन / BMBF जर्मनी (Tymon) द्वारा समर्थित किया गया। प्रकाशन फीस विश्वविद्यालय अस्पताल डसेलडोर्फ से अनुदान द्वारा कवर कर रहे हैं। यहां इस्तेमाल गढ़ कार्य प्रो सी सर्वश्रेष्ठ द्वारा शुरू में प्रोग्राम किया संस्करण और उनके समूह के 47 से संशोधित किया गया था।

डीबीएस प्रक्रिया और आक्रामक रिकॉर्डिंग विश्वविद्यालय क्लिनिक डसेलडोर्फ, जर्मनी की नैतिकता आयोग द्वारा अनुमोदित किया गया। 1. प्रयोगात्मक प्रतिमान डिजाइन और मरीज की सहमति नोट: ए?...

खोपड़ी-ईईजी और एमईजी की तरह गैर इनवेसिव मस्तिष्क रिकॉर्डिंग तकनीकों के विपरीत, प्रस्तावित संयुक्त आक्रामक और गैर इनवेसिव neurophysiological रिकॉर्डिंग ढांचे संज्ञानात्मक भावनात्मक कार्यों के संबंध में cortical और ...

मानव में आक्रामक neurophysiological रिकॉर्डिंग मिर्गी सर्जरी और ट्यूमर अनुसंधान के दौरान 1 cortical क्षेत्रों से electrocorticographic रिकॉर्डिंग और सेरिबैलम को निशाना मौलिक अध्ययन के लिए वापस की तारीख। ऐसी रिकॉर्डिंग प्रक्रिया के आगे विकास में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर स्टीरियोटैक्टिक तकनीक है कि मानव मस्तिष्क 2 की गहरी संरचनाओं के लिए सुरक्षित और कुशल पहुँच प्रदान करता है की शुरूआत की गई है। चिकित्सीय उपचार के अलावा, मानव में मस्तिष्क आक्रामक दृष्टिकोण (बाहरी उत्तेजनाओं, विशेष रूप से गहरी मस्तिष्क उत्तेजना के दौर से गुजर रोगियों में अंतर और पोस्ट ऑपरेटिव आक्रामक रिकॉर्डिंग के मामले द्वारा संग्राहक दर्ज की गतिविधि पैटर्न के संबंध में मस्तिष्क समारोह का अध्ययन करने के लिए डीबीएस बल्कि एक अनूठा अवसर प्रदान ) प्रक्रियाओं। प्रयोज्यता और डीबीएस की उपयोगिता पार्किंसंस रोग (पीडी) से विभिन्न तंत्रिका विज्ञान और तंत्रिका-मनोविकार रोगों में संबोधित किया गया है बाध्यकारी विकार (ओसीडी) या Chro जैसी स्थितियों को जुनूनीचेतना (डॉक्टर) की एनआईसी विकारों। विशेष रूप से, डीबीएस पार्किंसंस रोग 3,4,5, आवश्यक कंपन 6, प्राथमिक / सामान्यीकृत कमानी dystonia 7,8,9, हंटिंग्टन रोग 10,11, उपचार प्रतिरोधी अवसाद 12,13, निकोटीन के उपचार में लागू किया गया है और शराब की लत 14, अल्जाइमर रोग 15,16, Tourette है सिंड्रोम 17 और चेतना (डॉक्टर) की पुरानी विकार 18,19,20। neuropsychiatry के दायरे के भीतर, डीबीएस जुनूनी बाध्यकारी विकार (ओसीडी) आंतरिक कैप्सूल (ALIC) के पूर्वकाल अंग को निशाना बनाने के लिए एक अनुमोदित / सीई-चिह्नित उपचार है और (वीसी / उपयोग उदर कैप्सूल / उदर स्ट्रिएटम / उदर पूंछवाला लक्षित करने में है वी एस), नाभिक accumbens (एनएसी) और सबथैलेमिक नाभिक (एसटीएन) 21। ओसीडी 22 में डीबीएस के बारे में, हाल के अध्ययनों से बाध्यकारी जांच के तंत्र में एसटीएन की भूमिका पर जोरस्मृति के आधार-मानदंड 23,24,25 के उपयोग के द्वारा हैैं। उल्लेखनीय है, संज्ञानात्मक और भावनात्मक अर्थ के साथ मानदंड के प्रभाव में मस्तिष्क की गतिविधियों के मॉडुलन डॉक्टर 26,27,28,29 में बल दिया गया है। इस प्रकार, डीबीएस प्रकाश डाला है न केवल पुरानी डॉक्टर के लिए एक संभावित उपचार के रूप में, लेकिन यह भी एक नैदानिक ​​प्रक्रिया केंद्रीय thalamic क्षेत्रों अंतर और बाद से स्थानीय क्षेत्र क्षमता (LFP) रिकॉर्डिंग से subcortical गतिविधि के मॉडुलन अध्ययन करने की संभावना को खोलता है कि के रूप में ऑपरेशन। डीबीएस में, इलेक्ट्रोड के न्यूरोसर्जिकल आरोपण, स्टीरियोटैक्टिक तकनीक है कि सुरक्षित रूप से मस्तिष्क संरचनात्मक बाधाओं के लिए खातों पर आधारित है, जबकि मरीज की उत्तेजना इंट्रा-ऑपरेटिव आवेग उत्तेजना परीक्षण के माध्यम से अनुकूलित किया जाता है। पोस्ट ऑपरेटिव LFP रिकॉर्डिंग डीबीएस इलेक्ट्रोड की प्रारंभिक आरोपण के बाद और आवेग जनरेटर के internalization से पहले संभव है। विशेष रूप से, वर्तमान प्रोटोकॉल centere हैपोस्ट ऑपरेटिव रिकॉर्डिंग पर घ। LFPs साथ संयोजन में, cortical मस्तिष्क की गतिविधियों के साथ रिकॉर्डिंग के गैर इनवेसिव electroencephalography (ईईजी) या magnetoencephalography (एमईजी) 30,31 द्वारा उदाहरण के लिए प्राप्त किया जा सकता है। इन दो गैर-आक्रामक तरीके से अपनी उत्कृष्ट समय संकल्प के कारण समर्थन कर रहे हैं। जबकि एमईजी खोपड़ी प्रभाव 32 से ईईजी से कम प्रभावित है, ईईजी लाभप्रद प्रतीत होता है क्योंकि यह कम धातु प्रत्यारोपण और सिर आंदोलनों की वजह से कलाकृतियों से प्रभावित है और यह रोगी के बिस्तर साइड 33 पर इस्तेमाल किया जा सकता है। लागू किया भावनात्मक संज्ञानात्मक मानदंड के जवाब में cortical-subcortical मस्तिष्क गतिविधि (LFP और ईईजी / एमईजी) के साथ रिकॉर्डिंग करके, मस्तिष्क दोलनों और व्यवहार के बीच संबंधों को अलग अलग समय आवृत्ति युग्मन के आधार पर स्थापित किया जा सकता है 34 का विश्लेषण करती है। बदले में, इस तरह के पैटर्न एक मरीज की व्यक्तिगत संज्ञानात्मक के भावी बायोमार्कर और भावनात्मक राज्यों और ओ करने के लिए ले जा सकता हैव्यक्तिगत सेटिंग्स पर विचार उपचार मापदंडों के ptimization। निम्नलिखित प्रोटोकॉल आक्रामक और संज्ञानात्मक और भावनात्मक समारोह के आकलन के लिए मानव में गैर इनवेसिव neurophysiological रिकॉर्डिंग लक्ष्य, विशेष रूप से cortical और subcortical स्तर पर (ईईजी और LFPs)। सबसे पहले, neurophysiological वीडियो रिकॉर्डिंग, कि वर्तमान प्रोटोकॉल के साथ जुडा में सचित्र कदम, आंदोलन विकार है कि तथाकथित गढ़ कार्य करता है (उदाहरण 1) के साथ एक उदाहरण के रोगी के साथ एक रिकॉर्डिंग के अनुरूप हैं। दूसरा, प्रोटोकॉल में कदम पुरानी डॉक्टर 26 में प्रकाशित एक डीबीएस उदाहरण से लिया विश्लेषण और नमूना परिणाम (उदाहरण 2) की कार्यप्रणाली पर ध्यान केंद्रित करके चर्चा कर रहे हैं। ये दो उदाहरण विभिन्न विकारों और विभिन्न प्रयोगात्मक मानदंड के साथ डीबीएस इलाज के रोगियों के लिए प्रस्तावित प्रोटोकॉल की प्रयोज्यता पर प्रकाश डाला।

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >BrainAmp Amplifier</td>
			<td >Brain Products GmbH, Gilching Germany</td>
			<td ></td>
			<td >Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >BrainVision Recorder Software</td>
			<td >Brain Products GmbH, Gilching Germany</td>
			<td ></td>
			<td >1 License&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >BrainVision Analyzer Software&#160;</td>
			<td >Brain Products GmbH, Gilching Germany</td>
			<td></td>
			<td >1 License&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Fiber Optic cables and USB connectors</td>
			<td >Brain Products GmbH, Gilching Germany</td>
			<td ></td>
			<td >These come with the above listed equipment</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Electrode Input box (64 channels)</td>
			<td >Brain Products GmbH, Gilching Germany</td>
			<td></td>
			<td >Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >EEG gel&#160;</td>
			<td >Natus Inc</td>
			<td></td>
			<td >Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Isopropyl alcohol</td>
			<td>Sch&#252;lke &#38; Mayr GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td >Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Skin preparation gel</td>
			<td >Weaver and Co, USA</td>
			<td></td>
			<td >Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MATLAB&#160;&#160;</td>
			<td>Math-Works, Natick, Massachusetts, USA</td>
			<td></td>
			<td >1 License</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >FieldTrip toolbox</td>
			<td>http://www.fieldtriptoolbox.org/</td>
			<td></td>
			<td>Open Source</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >INOMED MER system&#160;</td>
			<td>INOMED Corp., Emmendingen, Germany</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Macroelectrodes (model 3387 quadripolar DBS lead)</td>
			<td>Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Sterile percutaneous extension wires (model 3550-05)&#160;</td>
			<td>Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Twist lock cable (model 3550-03)&#160;</td>
			<td>Medtronic Inc., Minneapolis, MN, USA</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >custom made connectors to DIN 428092 touch proof connectors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Vercise Lead kit DB -2201&#160;</td>
			<td>Boston Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Contact extenion kit NM-3138&#160;</td>
			<td>Boston Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >O.R. cabel &#38; extension SC-4100 A&#160;</td>
			<td>Boston Scientific</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >connector &#160; to touch proof&#160;</td>
			<td>Twente Medical Systems International B.V.</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >CT scanner Modell PQ2000 (Postoperative CT scans)</td>
			<td>Philips Healthcare GmbH Hamburg</td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Presentation Software (Flanker Task)</td>
			<td>Neurobehavioral systems Inc.</td>
			<td></td>
			<td>1 License&#160;</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MEG System</td>
			<td>Elekta Neuromag Inc</td>
			<td></td>
			<td>Alternatively</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >High-density EEG sensor net (128 or 256 channels)</td>
			<td>Electrical Geodesics Inc (EGI), USA</td>
			<td></td>
			<td>Alternatively</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combined invasive subcortical and non-invasive surface neurophysiological recordings for the assessment of cognitive and emotional functions in humans

मानव मस्तिष्क की व्यवस्था के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी निकालने के लिए गैर इनवेसिव electroencephalography (ईईजी), चुंबक encephalography (एमईजी) और कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) को लागू करने में सफलता के बावजूद, इस तरह के तरीकों के बारे में शारीरिक जानकारी प्रदान करने के लिए अपर्याप्त रहने प्रक्रियाओं subcortical स्तर पर संज्ञानात्मक और भावनात्मक कार्यों को दर्शाती है। इस संबंध में, ऐसी गहरी मस्तिष्क उत्तेजना (डीबीएस) के रूप में मानव में आधुनिक आक्रामक नैदानिक ​​दृष्टिकोण, subcortical मस्तिष्क की गतिविधियों, अर्थात् स्थानीय क्षेत्र क्षमता (LFPs) स्थानीय बेसल ganglia या thalamic क्षेत्रों से तंत्रिका विधानसभाओं के सुसंगत गतिविधि का प्रतिनिधित्व रिकॉर्ड करने के लिए एक जबरदस्त संभावना की पेशकश । तथ्य यह है कि मानव में आक्रामक दृष्टिकोण केवल चिकित्सा संकेत के बाद लागू कर रहे हैं और इस प्रकार दर्ज आंकड़ों बदल मस्तिष्क सर्किट के अनुरूप होते हुए भी, बहुमूल्य अंतर्दृष्टि मस्तिष्क oscillatory के संबंध में बरकरार मस्तिष्क कार्यों की उपस्थिति के बारे में प्राप्त की जा सकती हैगतिविधि और प्रयोगात्मक संज्ञानात्मक मानदंड के जवाब में विकारों के pathophysiology। इस दिशा में, पार्किंसंस रोग (पीडी) के साथ रोगियों में डीबीएस के अध्ययन की बढ़ती संख्या न केवल मोटर कार्यों बल्कि ऐसी भावनाओं, निर्णय लेने, ध्यान, स्मृति और संवेदी धारणा के रूप में उच्च स्तर की प्रक्रियाओं को लक्षित। हाल ही में क्लिनिकल परीक्षण भी जुनूनी बाध्यकारी विकार (ओसीडी) चेतना (डॉक्टर) की पुरानी बीमारियों से लेकर neuropsychiatric विकारों में एक वैकल्पिक उपचार के रूप में डीबीएस की भूमिका पर जोर। नतीजतन, हम (संज्ञानात्मक और भावनात्मक प्रसंस्करण गर्त प्रयोगात्मक मानदंड में cortical-subcortical संरचनाओं की भूमिका का आकलन करने में संयुक्त आक्रामक (LFP) और गैर इनवेसिव (ईईजी) मानव मस्तिष्क रिकॉर्डिंग के उपयोग पर ध्यान केंद्रित करने जैसे। भावनात्मक अर्थ या मानदंड के साथ भाषण उत्तेजनाओं डीबीएस उपचार के दौर से गुजर रोगियों के लिए गढ़ कार्य के रूप में इस तरह के संज्ञानात्मक नियंत्रण), के।

डीबीएस-डॉक्टर मामले (उदाहरण 2), हम अब डीबीएस आरोपण के लिए लक्ष्य स्थानीयकरण पर डेटा प्रदान करते हैं LFP इलेक्ट्रोड और ईईजी की योजनाबद्ध चित्र की स्थापना की, ईईजी और LFP गतिविधि (कच्चे डेटा) और प्र...

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Combined Invasive Subcortical and Non-invasive Surface Neurophysiological Recordings for the Assessment of Cognitive and Emotional Functions in Humans

The present protocol aims at assessing cognitive-emotional functions in the basal ganglia by simultaneous neurophysiological recording of local field potentials and non-invasive brain cortical activity (EEG). The procedure is exemplified by the use of paradigms involving speech stimuli with emotional connotation or the Flanker task involving cognitive control.

मनुष्यों में संयुक्त इनवेसिव subcortical और संज्ञानात्मक के आकलन के लिए गैर इनवेसिव भूतल neurophysiological रिकॉर्डिंग और भावनात्मक कार्य

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging ...

The overall goal of this procedure is to assess cognitive and emotional functions of interacting brain structures through simultaneous recordings from both deep and surface neuronal sources. This method can help answer key questions in human neurophysiology. Such as, the relationship between brain activity patterns and brain function, especially regarding deep-seated, barely accessible brain areas.The main advantage of this technique is that it uses the framework of deep brain stimulated patients to extract live information of cortical and sub-cortical structures in humans during cognitive and emotional tasks. The recording steps in this section focus on a patient with a movement disorder performing a flanker task. The analysis steps in the next section, however, focus on a patient with chronic disorder of consciousness listening to a cognitive, emotional speech paradigm.Begin by setting up electroencephalography, or EEG equipment in the testing room. Connect the recording computer to the EEG system and start the EEG recording software. Click File, and then, New Workspace to define the workspace in the EEG recording software by specifying a sampling frequency of five kilohertz, a low cut-off and high cut-off frequency, EEG channels according to the international 10-20 system, and local field potential, or LFP channels.Click Monitor to verify that the specified channels are now set up for recording. Next, set up the stimulus computer and check the connection to the parallel port of the EEG system. Start the stimulus software.Click Run, to check the paradigm's functionality on the computer monitor. Ensure triggers from the stimulus computer are sent to the recording system by checking their appearance on the EEG recording software during presentation of stimuli, as well as during the subject's response. Mark the vertex of the patient's head as the midpoint between the nasion and inion by using a skin marker pen.Then, mark the chosen EEG electrode positions, according to the 10-20 system. Clean each selected location with an isopropyl alcohol pad and abrasive paste. Then, attach the EEG surface electrodes to the scalp.Alternatively, depending on space restrictions, a multi-channel EEG net may be used. Another high-end method to assess superficial brain activity would be be used magnetoencephalography, or MEG. Connect the percutaneous extension cable from deep brain stimulation, or DBS electrodes, to an external cable connector.Connect each electrode provided by the external cable connector to the EEG control box, according to the EEG recording setup. Connect the EEG scalp electrodes to the EEG control box. Next, provide the patient with instructions about the flanker task.Ensure that the patient is comfortable and instruct him to stop the experiment at any time for discomfort. Click Run on the stimulus software so that the patient is able to see the paradigm on the monitor. Perform a training session with the patient until they are comfortable with the task.Finally, start simultaneous recording of sub-cortical LFP and cortical EEG brain activity while the patient performs the flanker task. Begin by opening the EEG analysis software. Click New, to visualize the recorded data from the emotional cognitive speech paradigm by specifying the folder paths and data's name.Click Edit Channels, to select channels of interest. Then, click Channel Preprocessing, and then New Reference, to re-reference adjacent DBS contacts, which creates virtual bipolar context for the left and right hemispheres. Click Raw Data Inspection to screen data for physiological and equipment related artifacts with emphasis on motor jittering and equipment disturbances.Mark segments in which artifacts are present. Next, click Data Filtering, and then IIR Filters to specify a notch filter and choose Butterworth zero phase filters by specifying low and high cut-off parameters. Click Change Sampling Rate, to down sample the recording signals to a specified frequency, and also specify the interpolation type.Export bipolar channels of interest by clicking Export, and then Generic Data. Export data triggers by clicking Export, and then Markers. Name the files to be exported by selecting a T-X-T format.Next, start up MAT lab and click on Set Path to add the field trip folders path. Calculate the LFP spectral power for channels of interest by first specifying, in script one, the path and name of EEG and LFP files and by running this script to generate a file with the data structure required by script two. Second, run script two after specifying spectral analysis parameters, such as spectral method, frequency, time range of interest, and baseline correction, and statistical parameters, such as type of analysis and P value.Then, calculate coherence between sub-cortical and cortical brain signals by running script three, not before specifying segment length, overlap percentage, frequency of interests, and type of analysis. Finally, calculate cross-frequency phase amplitude coupling by running the software implementation available as a supplementary file in the reference seen here. This protocol assessed emotional cognitive functions in the thalamus during the paradigm shown here.With stimuli of neutral non-addressing speech and familiar-addressing speech. Here, stimulus locked modulation of oscillatory activity within the central thalamus, revealed a right-sided increase of beta power within the first second when contrasting neutral addressing versus familiar-addressing conditions. Analysis of power change corresponding to the LFP two three, revealed an early beta increase within the first second, as well as a late data modulation.Furthermore, a significant theta increase in the familiar addressing condition at four to six point five hertz, and time period two point six to two point eight seconds on the LFP two three was revealed. Once mastered, this technique can be done in one hour if it is performed properly. While attempting this procedure, it is important to remember that the spatial resolution of recordings provided by this technique is at the level of local field and EEG potentials.After watching this video, you should have a good understanding of how to perform combined invasive and non-invasive neurophysiological recordings in humans to assess cognitive and emotional functions.

Research

JoVE Journal

Behavior

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Simultaneous Scalp Electroencephalography EEG, Electromyography EMG, and Whole-body Segmental Inertial Recording for Multi-modal Neural Decoding

एक साथ खोपड़ी (ईईजी), Electromyography (EMG) और मल्टी मोडल तंत्रिका डीकोडिंग के लिए पूरे शरीर कमानी जड़त्वीय रिकॉर्डिंग

Recent  studies support the involvement of supraspinal networks in control of bipedal  human walking. Part of this evidence  encompasses studies, ...

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