Name: translational brain mapping at the university of rochester medical center: preserving the mind through personalized brain mapping
Uploaded: 2019-08-12T12:30:00
Duration: 13 min 12 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Translational Brain Mapping at the University of Rochester Medical Center: Preserving the Mind Through Personalized Brain Mapping at JoVE.com

وقد تم دعم هذا العمل من قبل منح المعاهد القومية للصحة R21NS076176، R01NS089069، R01EY028535، وNSF منحة BCS-1349042 إلى BZM، وجامعة روتشستر مركز العلوم البصرية زمالة التدريب قبل الدكتوراه (NIH التدريب منحة 5T32EY007125-24) إلى FEG. ونحن ممتنون لكيث بارسينز لعمله في تطوير StrongView، الذي كان مدعوما بمنحة أساسية P30EY00131 لمركز العلوم البصرية في كلية الطب بجامعة روتشستر. تم تأسيس برنامج رسم خرائط الدماغ الترجمة في جامعة روتشستر، جزئيا، بدعم من نورمان وآرلين لينهوت، وبمنحة من معهد ويلموت للسرطان للدكتورين كيفن والتر وبرادفورد ماهون. يمكن الاطلاع على معلومات حول برنامج رسم خرائط الدماغ الترجمة في المركز الطبي لجامعة روتشستر على الموقع: www.tbm.urmc.edu.

تم إيداع براءة اختراع مؤقتة (رقم براءة اختراع الولايات المتحدة المؤقت 62/917,258) 11/30/18 لـ "StongView: نظام متكامل للأجهزة/البرمجيات لتسهيل الاختبارات المعرفية أثناء جراحة الدماغ اليقظة ودعم التحليلات في الوقت الحقيقي في خدمة التنبؤ بنتائج المريض.

ويمكن استخلاص المعرفة المكتسبة من الخبرة المكتسبة من إنشاء برنامج رسم خرائط الدماغ الترجمة في جامعة روتشستر إلى عنصرين أساسيين. أولاً، تم إنشاء قنوات اتصال منظمة بين العلماء المعرفيين، وأخصائيي الأورام العصبية، وعلماء النفس العصبيين، وأخصائيي الصرع، وأخصائيي الفيزيولوجيا العصبية، وأخصائيي التخدير العصبي، وجراحي الأعصاب، ودعم كل منهم الفنيين والدعم الإداري. وهذا يسمح للمرضى، بما في ذلك المرضى الأورام عالية الدرجة العاجلة، أن تحال للتقييم قبل الجراحة مع الوقت الكافي لتحويل التحليلات حولها إلى الجراحين قبل الإجراء. وكان العنصر الثاني الحاسم لنجاح برنامج رسم خرائط الدماغ هو أضعاف في فرص التدريب لطلاب المرحلة الجامعية، طلاب الدراسات العليا (MS، دكتوراه) ، طلاب الطب، فضلا عن جراحة الأعصاب، والأعصاب والأشعة العصبية المقيمين و الزملاء. الجمع بين هذين العنصرين تعمل على إشراك جميع مقدمي الخدمات السريرية مع الأهداف العلمية لبرنامج رسم خرائط الدماغ، ويضمن أن تتشابك الأهداف العلمية الأساسية مع الهدف السريري المتمثل في تحقيق الاستفادة المثلى من نتائج كل مريض.

يجب أن توازن التدخلات الجراحية العصبية لإزالة أورام الدماغ أو الأنسجة الصرعية المجاورة لمناطق الدماغ التي تدعم الوظائف المعرفية الحرجة الهدف السريري للجراحة (إزالة أكبر قدر ممكن من الورم، أو الأنسجة الصرعية قدر الإمكان) ضد الأضرار التي لحقت الأنسجة السليمة التي يمكن أن تسبب العجز العصبي. في سياق جراحة أورام الدماغ، ويشار إلى هذا التوازن باسم التوازن الوظيفي. على الجانب 'onco' من التوازن، والجراحين يريدون إزالة أكبر قدر ممكن من الورم، كما ترتبط معدلات 'استئصال الورم الكلي الإجمالي' إلى البقاء على قيد الحياة لفترة أطول1،2. على الجانب "الوظيفي"، يمكن إزالة الأورام تلف ركائز القشرية وتحت القشرية من الإدراك. يمكن أن تنطوي صعوبات ما بعد الجراحة على اللغة أو العمل أو الرؤية أو السمع أو اللمس أو الحركة، وفقًا للنظام العصبي (العوامل العصبية) المتأثرة. التوازن بين الوظائف والأنفية أمر بالغ الأهمية لأن زيادة الاعتلال يرتبط بـ '1' انخفاض نوعية الحياة، '2' زيادة المضاعفات اللاحقة للعمليات الجراحية التي يمكن أن تزيد من الوفيات (على سبيل المثال، المرضى الذين لم يعودوا قادرين على التحرك في خطر أعلى من جلطات الدم3،4). التوتر الكامن في التوازن "الوظيفي" في إعداد جراحة أورام الدماغ يترجم كذلك إلى جراحة الصرع - هناك التوازن هو بين الهدف السريري لإزالة جميع الأنسجة التي تولد النوبات، في حين لا إزالة الأنسجة التي تدعم الوظائف الهامة.
على مستوى واسع، يتم تصنيف الأعصاب الوظيفية بشكل كبير من فرد إلى آخر. ومع ذلك، يمكن أن يكون هناك درجة عالية من التباين الفردي في الموقع الدقيق (أي من مم إلى مم) للوظائف القشرية العليا. وبالإضافة إلى ذلك، فمن المسلم به عموما أن وجود أمراض القشرية أو تحت القشرية يمكن أن تحفز إعادة تنظيم القشرية، على الرغم من أن المبادئ التي تدفع إعادة التنظيم هذه غير مفهومة جيدا5. التدخلات الجراحية العصبية المضي قدما ملليمتر بالمليمتر. وبالتالي فمن الأهمية بمكان رسم خريطة لدماغ كل مريض، بالتفصيل وبحساسية ودقة، من أجل فهم المناطق التي في هذا الدعم المريض محددة التي وظائف الحسية والمعرفية والحركية6.
وقد تم تصميم برنامج رسم خرائط الدماغ الترجمة في جامعة روتشستر لتلبية احتياجات رسم خرائط الدماغ شخصية في وضع ممارسة عالية من خلال وضع تمتد العديد من الجراحين الأكاديميين. الأهداف التآزرية لبرنامج رسم خرائط الدماغ هي لi) استخدام أدوات علم الأعصاب المعرفية لتعزيز الطب العصبي شخصية، في شكل خرائط الدماغ وظيفية خاصة بالمريض، و 2) استخدام الإعداد السريري لل التدخلات الجراحية العصبية لاختبار الفرضيات الميكانيكية حول كيفية عمل الدماغ البشري.

translational brain mapping at the university of rochester medical center: preserving the mind through personalized brain mapping

برنامج رسم خرائط الدماغ الترجمة في جامعة روتشستر هو جهد متعدد التخصصات يدمج العلوم المعرفية، والفيزيولوجيا العصبية، والتخدير العصبي، وجراحة الأعصاب. يتم دراسة المرضى الذين لديهم أورام أو أنسجة الصرع في مناطق الدماغ بليغة قبل الجراحة مع التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي والهيكلية، وداخل الجراحة مع رسم الخرائط التحفيز الكهربائي المباشر. تدابير النتائج العصبية والمعرفية بعد العملية الجراحية تغذي الدراسات العلمية الأساسية حول العوامل التي تتوسط جيدة مقابل نتائج سيئة بعد الجراحة، وكيف يمكن تحسين رسم خرائط الدماغ لضمان أفضل النتائج للمرضى في المستقبل. في هذه المقالة، نقوم بوصف سير العمل متعدد التخصصات الذي يسمح لفريقنا بتحقيق الأهداف التآزرية لتحقيق نتائج المريض المثلى والنهوض بالفهم العلمي للدماغ البشري.

Watch this Scientific Journal Video about Translational Brain Mapping at the University of Rochester Medical Center: Preserving the Mind Through Personalized Brain Mapping at JoVE.com

Translational Brain Mapping at the University of Rochester Medical Center: Preserving the Mind Through Personalized Brain Mapping

تقدم هذه المقالة لمحة عامة عن برنامج رسم خرائط الدماغ متعدد الوسائط المصممة لتحديد مناطق الدماغ التي تدعم الوظائف المعرفية الحرجة في مرضى جراحة الأعصاب الفردية.

رسم خرائط الدماغ الترجمة في المركز الطبي لجامعة روتشستر: الحفاظ على العقل من خلال رسم خرائط الدماغ الشخصية

The Translational Brain Mapping Program at the University of Rochester is an interdisciplinary effort that integrates cognitive science, neurophysiology, ...

الهدف من كل جراحة ورم الدماغ هو حقا للحصول على ما نسميه استئصال الجراحية آمنة القصوى. مما يعني أننا نريد إزالة كل الورم لكننا لا نريد أن يكون لدينا أي آثار سلبية على أنسجة الدماغ الطبيعية المحيطة. قبل أي عملية ورم في الدماغ في القشرة البليغة ، يتم قبول المريض في برنامج رسم خرائط الدماغ الترجمي.كل المعلومات التي نحصل عليها من التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي تستخدم في الواقع لتحسين نتائج المريض في وقت الجراحة. خضع هذا المريض بشكل خاص لـ fMRI قبل الجراحة وكشف هذا التقييم أن الورم كان يقيم داخل الجيروسكوبي المتفوق ، مباشرة أمام القشرة الحركية. وكشفت أنه لم يكن هناك تمثيل لغوي مباشر على الورم.وكشفت أن التمثيل اللغوي لمنطقة الحركة الحركية التكميلية كان محصورا في نصف الكرة الأرضية المقابل. وأخيرا، كشفت في تحليل DTI أن الجهاز العلوي الأمامي كان موجودا في الجبهة إلى الهامش الأمامي للورم. نبدأ دائمًا بمريض يعاني من استئصال ورم أمامي مسيطر مع المريض في وضع مفكك جانبي ، ولكن بعد ذلك نلف المريض إلى الخلف حتى لا يكون علينا وضع لفة إبطية.نضع الوسائد وغيرها من الأجهزة الرغوة حول المريض بحيث عندما يستيقظون ويقضون ساعة أو ربما ساعتين أثناء إجراء رسم الخرائط ، أن المريض سيكون مرتاحًا أثناء الإجراء. ثم علينا أن نضع حامل رأس مايفيلد ونضع حامل الرأس على فروة الرأس. ثم نقوم بحقن مخدر موضعي حيث سيتم وضع الدبابيس الثلاثة.نحن نُثبت جهاز مايفيلد على الطاولة والجمجمة ثم نقوم بتسجيل رأس المريض في التصوير بالرنين المغناطيسي قبل الجراحة باستخدام نظام الملاحة القحفية. في جامعة روتشستر نستخدم Brainlab للملاحة بين العمليات، وقد عملت النظام بشكل جيد للغاية بالنسبة لنا على عدد من المستويات.خطوة مهمة جدا من العملية هي تنفيذ كتلة مخدر موضعي. نستخدم على الأرجح 30-40cc من التخدير الموضعي في كل حالة. والمرحلة الأولى من الحصار هي حقن الشق على طول مداه بالكامل وصولاً إلى الجمجمة.ثم نقوم بتنفيذ الكتل الإقليمية التي تحجب، في هذه الحالة، العصب فوق المداري، العصب الصدغي، العصب القذالي الأكبر، ومن ثم نقوم بـ كتل عضلية عميقة تمنع عضلة الصدغية والمنطقة فوق الأذن. معاصر مع جهودنا لوضع مريح المريض فريق علم الفيزيولوجيا العصبية تستعد للرصد بين العمليات التي انهم ذاهبون الى القيام به. فريق العلوم المعرفية يعد معداتهمعندما يستيقظ المريض في غرفة العمليات، هناك شاشة صغيرة يتم وضعها أمامهم ومتعلقة بتلك الشاشة هي ميكروفون ومكبر صوت وكاميرا فيديو. وهذا يسمح لنا أن نسخ في غرفة العمليات كل ما نقوم به مع التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفية عندما ندرس المريض قبل الجراحة. ميزة الجدول العلوي هو أن طبيب التخدير والممرضة ممارس، فضلا عن عالم المعرفي وفريق علم الفيزيولوجيا العصبية، وكلها الوصول إلى المريض بأكمله خلال العملية.أعددنا عملية استئصال القحف التي كانت كبيرة بما يكفي للسماح لنا لرسم خريطة لغالبية القشرة الحركية. من شأنه أن يسمح لنا لرسم خريطة أي وظيفة اللغة داخل الجيروسكوبية الوسطى. و عملية استئصال القحف ستكون أيضاً كبيرة بما يكفي لتسمح لنا بالحصول على هامش أمامي من الورم في الجزء الأمامي من الجيروسكوبي الأعلىوهذا يميز نهجنا في هذه الحالة بالذات عن النهج الأكثر حدّة التي يتم فيها الحصول على ردود سلبية من منطقة استئصال الورم المباشر. مرة واحدة فروة الرأس مفتوحة تماما، أول شيء فعلناه في هذه الحالة هو وضع علامة على موقع الورم، لوضع علامة على خط الوسط، ومن ثم البدء في اتخاذ قرار أين سنضع ثقوب البور لدينا وأين يمكننا جعل قطع المنشار. بمجرد فتح الجافية بالكامل وحماية الأوردة الجسورة وفصلها عن الجانب الوسيط من الجافا ، كان الهدف التالي هو إرفاق جهاز الكتروكتيغرافيا بمشبك الجمجمة حتى نتمكن من اختبار عتبات التفريغ بعد التفريغ وإجراء التصوير الكهربائي خلال العملية بأكملها.قبل البدء في جزء رسم خرائط الدماغ من العملية، نسجل محفز ثنائي القطب في نفس الفضاء مثل التصوير بالرنين المغناطيسي قبل الجراحة باستخدام نظام الملاحة القحفية، في هذه الحالة، Brainlab. وهذا يسمح لنا لتسجيل إحداثيات ثلاثية الأبعاد لكل موقع من التحفيز الكهربائي المباشر. بعد الجراحة، يمكننا إجراء التحليلات الكمية التي تتصل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي قبل الجراحة مع عواقب رسم خرائط التحفيز بين العمليات الجراحية وفي نهاية المطاف مع نتيجة المريض.في بداية عملية رسم خرائط الدماغ نبدأ عادة برسم خرائط المحركات. بدءا في منطقة اللسان مع المريض جاحظ اللسان ومن ثم تحفيز على مستوى ميليمبيراج منخفضة جدا، وعادة 5 إلى 1.0 مللي أمبير، وتبحث عن تراجع اللسان أو حركات الوجه التي من شأنها أن تشير إلى أننا كنا بنجاح رسم الخرائط وظيفة المحرك. انظر إلى يدهالمعصم استدارة. أخبرني إذا كنت تشعر بأي شيء وينجل الكوع الأيمن؟الكوع الأيمن، مثالي. لقد قرأت الكتاب المدرسي أخبرني إذا كنت تشعر بأي شيء الآن وخز.آه، الرقبة اليمنى. في الأعلى هنا؟ أكثر من ذلك إلى الخلف.في هذا المجال يبدو أن الورم ينتهي هنا. هذا هو المحرك للاصبع واليد والمعصم والذراع. محرك الساق هو، في جميع الاحتمالات، هنا.وهذا كله حسي، كان لدينا استجابات حسية جيدة في اليد وعلى طول الطريق حتى الكتف والرقبة. وهكذا فإن الهدف الآن هو أن تأخذ الورم والاستمرار في رسم خريطة، مع مشاركته النشطة، لرسم خريطة النشاط الحركي القدم لأن هذا الهامش الخلفي للورم هو مجال رئيسي نريد إزالته دون التسبب في أي ضعف في الساق. لقد إنتخبنا أن نبدأ استئصال الورم في الهامش الخلفي للورم، مباشرة في الجزء الأمامي من القشرة الحركية.وكان الغرض من هذا القرار ، في حين كان المريض مستيقظا وتعاونية تماما ، لبدء إزالة الbulkingteriorly لتحديد بنك قشر الأمامي من قشرة محرك الساق إلى نعت بنك قشر الورم ، وربما تسللت المادة البيضاء ، ومع المريض أداء مهام مختلفة مع الطرفين العلوي والسفلى ، كنا قادرين على استئصال الورم تماما عند تقاطعه مع المنطقة رولانيك. وبمجرد الانتهاء من هذا التم استئصال الأولي، ثم كنا أحرار لبدء الجزء الأمامي من استئصال الورم، وفك التناسب من استئصال الورم في وقت ما بعديا. وإذ نعترف بأنه إذا كان ينبغي أن تتغير قدرة المريض على التعاون، فقد قمنا بالفعل بتنفيذ الجزء الأكثر خطورة من العملية بنجاح.الإبلاغ عن حركة المريض ، والإبلاغ عن براعة المريض ، بدقة ، هو في غاية الأهمية. وفي هذه الحالة بالذات، الممرضة ممارس، سوزان سميث، الذي عمل معنا في هذه العمليات لأكثر من 20 عاما، والذي لديه خبرة مع مئات العمليات المماثلة، تقاريرها يشكل جزءا هاما للغاية من فريق التشغيل. تفقد قدمهفليكس قدمك صعودا وهبوطا. تذبذب أصابع قدميك، ودفع أسفل على يدي، وسحب ما يصل الثابت، لطيفة وقوية. شكراً لكِ يا (سو)عفوًا. في حالات مماثلة حيث يقع الورم أكثر في الخلفية الأمامية في الجيروسكوبية المتفوقة، تمكنا من تحديد تورط الجهاز العلوي الأمامي على DTI قبل الجراحة، وقد تمكنا بنجاح من رسم خريطة المسالك الأمامية مع رسم خرائط التحفيز دون القشرية. المثلث الأصفر فوق الماس الأحمر.الدائرة الخضراء هي أعلاه.the. الاستمرار ونحن حذرنا من الواضح أن المريض وعائلته أن متلازمة SMA عابرة يمكن أن تحدث. لم نقوم بمحاولة لرسم خريطة لمنطقة المحركات التكميلية لأنها كانت متورطة تماماً مع الورم.وبالفعل ، بعد الجراحة كان المريض متلازمة SMA خفية مع بعض الحبسة التعبيرية وبعض الحساسية وفقدان طفيف جدا من السيطرة الحركية في الطرف العلوي الأيمن. ولكن هذا تلاشى بسرعة وبحلول وقت الخروج في اليوم 5 كان فحص المريض طبيعيًا. على مدى العامين الماضيين كما قمنا بتطوير برنامجنا لرسم خرائط الدماغ الترجمة، وكما عملنا بشكل وثيق على نحو متزايد مع زملائنا العلوم المعرفية، طورنا قدرة ذكيا لتكييف العملية ومكون رسم خرائط الدماغ من العملية لاحتياجات المريض اعتمادا على موقع الورم.ونتيجة لذلك، فقد طورنا الآن خبرة كبيرة في رسم خرائط للمعرفة بعدد الرياضيات. 53 + 18 يساوي 71.65 + 16 يساوي 81. وقد طورنا أيضا خبرة كبيرة في رسم خرائط الجوانب المختلفة لوظيفة اللغة، بما في ذلك التسمية والقراءة والتكرار.هنا هو في، inger. هذا فم ساخن كما طورنا في الآونة الأخيرة القدرة على رسم خريطة وظيفة الموسيقى في نصف الكرة الأرضية غير المهيمن.رسم خرائط الدماغ يسمح لنا حقا أن تكون كاملة بقدر ما نستطيع مع الجراحة مع الحفاظ على هامش من السلامة لأنسجة الدماغ حول الورم الذي نحاول الحفاظ عليه في نهاية القضية. في كل مرة نقوم فيها بعملية جراحية لمريض مصاب بورم في المخ أو مصاب بالصرع، في كل مرة نقوم فيها بعملية، لدينا فرصة لمعرفة المزيد عن الدماغ.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Double Fluorescence in situ Hybridization in Fresh Brain Sections

Double Fluorescence in situ Hybridization in Fresh Brain Sections

نقرا الإسفار في الموقع التهجين في أقسام المخ طازجة

Here we describe a modified version of a double fluorescence in situ hybridization (dFISH) method optimized for detecting two mRNAs of interest in fresh ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

التصوير الوظيفي للسمعي اللحاء في القطط الكبار باستخدام الحقل عالي الرنين المغناطيسي الوظيفي

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Subtype-selective Electroporation of Cortical Interneurons

-النوع الفرعي انتقائية Electroporation للمن القشرية Interneurons

The study of central nervous system (CNS) maturation relies on genetic targeting of neuronal populations. However, the task of restricting the expression ...

Whole-mount Imaging of Mouse Embryo Sensory Axon Projections

كله جبل التصوير من جنين فأر التوقعات الحسية أكسون

The visualization of full-length neuronal projections in embryos is essential to gain an understanding of how mammalian neuronal networks develop. Here we ...

Personalized Needles for Microinjections in the Rodent Brain

الإبر مخصصة لميكروينجيكشنز في الدماغ القوارض

Microinjections have been used for a long time for the delivery of drugs or toxins within specific brain areas and, more recently, they have been used to ...

Recording Synaptic Plasticity in Acute Hippocampal Slices Maintained in a Small-volume Recycling-, Perfusion-, and Submersion-type Chamber System

تسجيل اللدونة متشابك في شرائح هيبوكامبال الحاد تحتفظ في صغيرة الحجم-إعادة التدوير، ونضح-، وغمر من نوع نظام الدائرة

Even though experiments on brain slices have been in use since 1951, problems remain that reduce the probability of achieving a stable and successful ...

In Vivo Single-Molecule Tracking at the Drosophila Presynaptic Motor Nerve Terminal

In Vivo Single-Molecule Tracking at the Drosophila Presynaptic Motor Nerve Terminal

في فيفو تتبع في محطة Presynaptic الأعصاب الحركية المورفولوجية جزيء واحد

An increasing number of super-resolution microscopy techniques are helping to uncover the mechanisms that govern the nanoscale cellular world. ...

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

تعديل غير الغازية ورسم الخرائط الروبوتية من القشرة الحركية في الدماغ النامية

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...

In Vivo Imaging of Cerebrospinal Fluid Transport through the Intact Mouse Skull using Fluorescence Macroscopy

في التصوير في الجسم من نقل السائل الدماغي الشوكي من خلال جمجمة الماوس سليمة باستخدام التنظير الكلي الفلوري

Cerebrospinal fluid (CSF) flow in rodents has largely been studied using ex vivo quantification of tracers. Techniques such as two-photon microscopy and ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

رسم خرائط الدماغ بالرنين المغناطيسي الوظيفي في الوقت الحقيقي في الحيوانات

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a ...