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

עבודה זו נתמכה על ידי NIH מענקים R21NS076176, R01NS089069, R01EY028535, ו NSF להעניק BCS-1349042 כדי BZM, ועל ידי אוניברסיטת מרכז רוצ'סטר עבור מלגת הכשרה למדעי המדע של מדעי העין (NIH הכשרה 5T32EY007125-24) כדי FEG. אנו אסירי תודה לקית ' פרקינס על עבודתו בפיתוח המרכז למחקר ויזואלי, שנתמך על-ידי מענק הליבה P30EY00131 בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת רוצ'סטר. התוכנית עבור מיפוי המוח Translational באוניברסיטת רוצ'סטר הוקמה, בין השאר, עם תמיכה של נורמן וארלין Leenhouts, עם מענק של ווילמות סרטן המכון לד"ר. קווין וולטר וברדפורד הון. מידע על התוכנית למיפוי המוח טרנסלtional באוניברסיטת רוצ'סטר המרכז הרפואי ניתן למצוא ב: www.tbm.urmc.edu.

הפעילויות המוצגות בסרטון ומתוארות בזאת במסגרת IRB גדול מ-מינימלי-סיכון באוניברסיטת רוצ'סטר במרכז הרפואי.
1. גיוס והתייצבות
<ol><li>להקים תוכנית גבוהה באמצעות לשים להערכה קוגניטיבית מראש ו-MRI הערכה לתפוס חולים מכל הספקים המפנה באופן מתוזמן ויעיל. לערב את הצוות הניהולי והקליני במאמץ הרחב. הערה: צעד בטון שהוכח כיעיל היה הקמת רשימת דואר אלקטרוני קבוצתית שנשלחת באופן אוטומטי על ידי המנתח המטפל (או מישהו בצוות התמיכה שלהם) כאשר מטופל חדש מציג למרפאה אשר עשוי להיות מועמד לגיוס למוח תוכנית מיפוי.</li>
</ol>2. מיפוי MRI לפני הניתוח
<ol><li>לרכוש נתוני MRI על סורק ה-MRI 3T עם סליל 64-channel הראש במרכז לדימות המוח המתקדם ונוירופיזיולוגיה (ידוע רשמית בשם ' מרכז רוצ'סטר לדימות המוח ') באוניברסיטת רוצ'סטר בית הספר לרפואה. השתמש ברצפים סטנדרטיים עבור MRI מודגש ו dti המאפשר דימות מוחי מלאה, כפי שמתואר בפרסומים קודמים7,8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21,22 ,23,24,25.</li>
	<li>קיבוע מוניטור, ולהקליט נשימה וקצב לב שנאסף במהלך כל fMRI לרגרסיה של רעש מבלבל26,27. הערה: במהלך 10 השנים האחרונות, פיתחנו ספריה של ניסויים MRI פונקציונלי למפות שפה (מדוברת, שמיעתי, מילים בודדות, משפטים שלמים), פונקציה מוטורית (מתוך האצבע החוצה, תנועות הלשון והרגל לפעולות ברמה גבוהה), מוסיקה יכולת, מתמטיקה וידע מספרי, ותפקוד חושי בסיסי (לדוגמה, מיפוי retinotopic למיפוי של עיבוד חזותי ברמה נמוכה11,14,24). כל הניסויים, החומרים וסקריפטים הניתוח זמינים בwww.openbrainproject.org.</li>
</ol>3. בדיקות נוירופסיכולוגיות
<ol><li>שמור על עצמך במהלך כל הבדיקות הקוגניטיביות כדי להבטיח כי המטופלים הם נוחים, מובטחת באמצעות התקנה אופטימיזציה ארגונומית (איור 1) ועל ידי בניית הפסקות תכופות (כל 8 דקות) לתוך המבנה של כל הבדיקות.</li>
	<li>יש את כל המטופלים הגידול נמוך כיתה להשלים את המבחנים הבאים 1 חודש לפני הניתוח, 1 חודש לאחר הניתוח, ו 6 חודשים לאחר הניתוח (בדיקות 12 ו -13 הושלמו רק בטרום הפעילות 6 חודשים נקודות זמן שלאחר הניתוח)28,29 ,30,31,32.<ol>
<li>דיבור ספונטני (גניבת עוגיות תמונה33, סינדרלה סיפור34,35,36).</li>
		<li>שטף קטגוריות (פעולות, קטגוריות סמנטי, מילים המתחילות ב-F, A, S).</li>
		<li>קריאה וחזרה של Word (שמות עצם, פעלים, תארים מסוימים, לא מילים, מתאימים לאורך ולתדר).</li>
		<li>שמות אובייקטים של סנודגראס (n = 26037).</li>
		<li>שמות שמיעתי (n = 6038).</li>
		<li>השלמת משפט באיכות גבוהה (30 דקות).</li>
		<li>סוללת זיהוי אובייקט של ברמינגהאם (BORB, כולל אורך | גודל | כיוון הדפסה | התאמת פערים | דמויות חופפות | מקוצר תצוגה | החלטת המציאות של האובייקט39).</li>
		<li>אפליה מינימלית של זוג שמיעתי (לדוגמה, pa vs. da, ga vs. ta31,40).</li>
		<li>התאמת תמונה משפט (כוללב40הפיך).</li>
		<li>שמות צבע ו פארנסוורת מונמכור גוון מיון41.</li>
		<li>מבחן פנים קיימברידג '30,42.</li>
		<li>מבחן למידה מילולית של קליפורניה (43)</li>
		<li>ווסלר IQ (44,45,46). האמצעים המרכזיים להערכת תוצאת השפה הם בדיקות 4-6; אפיון יכולות רחבות יותר מבטיחה ליקויים בבדיקות מתן שמות אינם נובע מירידה כללית בביצועי47. הערה: בעבר, השתמשנו בשילוב של פלטפורמות של מצגת תוכנה כדי לשלוט בהצגת הגירוי ובהקלטת התגובה במהלך בדיקות טרום ושלאחר הניתוח. אנחנו כרגע מעצב פלטפורמת הכנס-הפעל יחיד כדי לתמוך בכל בדיקות קוגניטיביות (טרום, פנים ולאחר הניתוח בדיקות) כמו גם הצגת גירוי והקלטת תגובה במהלך MRI פונקציונלי (ראה להלן לתיאור של השקפה של התמיכהTM ). עם זאת, יחד עם בדיקות נוירופסיכולוגיות מובנות יהיו זמינות להורדה (רישיון פתוח) ב-www.openbrainproject.org.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. נוירוהרדמה וארגונומיה של מיפוי שפה פנים-אופרטיבית
<ol><li>השתמש בטכניקות הרדמה עבור כריתת גולגולת ערה48,49,50; באוניברסיטת רוצ'סטר, בדרך כלל מתבצעות כריתת גולגולת ערה באמצעות גישה ישנה וישנה.</li>
	<li>הימנע תרופות מראש כגון antiפרכוסים ו-נוגד את היכולות לפגוע בתפקוד הקוגניטיבי ולתרום להזיות הופעתה.</li>
	<li>החלת צגים סטנדרטיים (אק ג, NIBP, הדופק אוקסימטריה) ולגרום הרדמה כללית עם ורידי פנטניל (0.5 מ"ג/ק"ג), לידוקאין (1-1.5 מ"ג/ק"ג) ו ההצעת (1-2 מ"ג/ק"ג).</li>
	<li>השתמש בנתיב אוויר של supraglottic לאוורור מכני.</li>
	<li>הצב את המטופל משמאל למטה או למחצה עם הראש מאובטח במסגרת מוצמדת; כפי שמתואר בסרטון, מיצוב המטופל תלוי במיקום הנגע ובחלון פתיחת הגולגולת המתוכנן, תוך התחשבות בסוגי הבדיקות הקוגניטיביות שהמטופל יתבקש לבצע פעם אחת במהלך הניתוח.</li>
	<li>החל כאבים באתר הסיכה והחתך (30 מ ל 0.5% לידוקאין, 30 מ ל של 0.5% במישור Sensorcaine, 6 מ ל של נתרן ביקרבונט). במהלך תקופה זו, הצב את ציוד הבדיקה (צג קטן, מצלמות וידאו, מיקרופונים כיוונים).</li>
	<li>לקבוע את גודל חלון פתיחת הגולגולת על ידי גורמים מרובים, אשר משתנים במשקל שלהם בהתאם לתוצאות של מיפוי קליני טרום הניתוח של המוח של המטופל, לימודי פונקציונלי מיפוי המוח, ואת התוכנית למיפוי פנים-אופרטיבית. במקרה שמתואר בסרטון, המנתח המטפל (ד ר פילצ'ר) בחר בפתיחת גולגולת גדולה כדי לקבל גישה מלאה למפות שפה חיובית ואתרים מוטוריים בחצי הכדור הדומיננטי.</li>
	<li>בתחילת השלב הער, להפסיק את ההרדמה (משככי כאבים מקומיים מוחלים לפני החתך).</li>
	<li>להסיר את דרכי הנשימה supraglottic ברגע המטופל חוזר ההכרה. אין הרדמה או מינימלית במהלך השלב הער.</li>
	<li>השתמש electrocorticography (ECoG) כדי לנטר לאחר הפרשות (הפרשות אפילפטית קליניות הנגרמת על ידי גירוי קליפת הבית) כדי להבטיח כי רמות DES מוגדרות ממש מתחת לסף פריקה לאחר. הליך המיפוי של DES יוזם על-ידי מציאת הסף לאחר הפריקה, והתאמת משרעת הגירוי (בשלבים של .5 מיליאמפר).</li>
	<li>להתאים משרעת גירוי במהלך הפעלת מיפוי (2 כדי 15 mA) על פי שיקול דעתה של המנתח המטפל. המטופלים מציגים גירוי בצג ויכולים לדבר ולהזיז את האמות והידיים.</li>
</ol>5. הליכים לרכישת נתונים ברמת מחקר במהלך מיפוי גירויים חשמליים ישירים
<ol><li>הפעל את כל הבדיקות הקוגניטיביות הפנים על מערכת חומרה/תוכנה שנבנתה בהתאמה אישית, הזמינה ב-www.openbrainproject.org. טביעת הרגל של החומרה היא עצמית הכלול על עגלה קטנה, והוא לבוש עם סוללה גיבוי עצמאי מקור כוח, רמקולים, מקלדת ותצוגת מגע. האדם שהואשם בהפעלת הבדיקות הקוגניטיביות יכול להתחיל, לעצור ולהשהות את הצגת הגירוי, תוך הקלטה רציפה (שמע ווידאו) במהלך המקרה.</li>
	<li>השתמש במערכת שמע על העגלה, כגון מיקרופון כווני המיומן על פיו של המטופל, הניזון ממפצל. ערוץ אחד יוצא מהמפצל עובר דרך מגבר וישיר לרמקול. זה מאפשר למנתחים וחוקרים לשמוע בקלות את התגובות של המטופל נגד רעש הרקע של חדר הניתוח עם השהיה אפס הניתן לביטול (כלומר, חיסול השפעות "הד"). הערוץ השני מהמפצל עובר למחשב בעגלה הניידת, היכן שהוא מוטבע בזמן, מוקלט ומאוחסן (קבצים אלה משמשים לניתוח לא מקוון). בנוסף, מערכת השמע העצמאית מורכבת ממיקרופון כווני שני המתמחה גם על המטופל, מיקרופון כווני התאמן על המנתחים, ומיקרופון ' רעש ' בפינה של חדר הניתוח כדי לדגום את הטון בחדר לחיסור מקבצי השמע העיקריים. שלושת ערוצי השמע מזינים ל-MIDI ולמחשב שני הרושם כל ערוץ בנפרד. מערכת שמע שנייה זו מספקת יתירות כאשר המערכת הראשית נכשלת, כל התגובות המילולית של המטופל יהיה זמין לניתוח לא מקוון.</li>
	<li>הצמדת מסך אתר זמין מסחרית לתוך הטבלה ' חדר ההפעלה ' (OR) באמצעות מתפס טבלה OR. הצמד זרועות מידיים (למשל, manfrotto 244 משתנה החיכוך הקסם זרועות) למסך האתר למעלה, והזרועות המרופמות תומכות במוניטור המטופל, מיקרופונים כיוונים, מצלמת וידאו שהוכשרה על פניו של המטופל, ומוניטור עזר ל אפשר לחבר צוות מחקר או לאחות בחדר הניתוח לראות בקלות מה המטופל רואה במהלך האינטראקציה עם המטופל.</li>
	<li>הפעל את כל הכבלים הדרושים עבור המסכים, מיקרופונים, ומצלמה לאורך הזרוע ולהגן על ידי אבובים פלסטיק מאובטח עם סקוטש. הערה: אף אחד מהציוד אינו צריך להיות מעוקר כפי שהוא (רק אי פעם) בצד הלא סטרילי של השדה (איור 1). דרך זו של תמיכה מצגת גירוי ציוד ההקלטה מספק גמישות מירבית לקחת בחשבון את הארגונומיה השונות של בדיקות קוגניטיביות על פי מיצוב המטופל אשר משתנה מקרה במקרה, אך מספק מהימן ויציבה על מנת לחבר ציוד. כמו כן, וחשוב מכך, כיוון שכל הצגים, המיקרופונים והמצלמות מחוברים לטבלה OR באמצעות התקן יחיד (רשת האתר L-סוגר), אם מיקום הטבלה מותאם במקרה זה אינו משפיע על הגדרת הבדיקה. (שים לב שההתקנה המוצגת באיור 1 היא מכיוונון הדור הקודם בו תמך על המסך, המיקרופון ומצלמת הווידיאו; המעמד שנטען מהרצפה הוחלף מאז 2018 עם מסך האתר L-סוגר). כמו כן, והכי חשוב עבור בטיחות החולה, ההתקנה כולה לבדיקות קוגניטיביות ניתן לשבור בתוך פחות מ 20 שניות במהלך המקרה יש מצב מתהווה מהווה את עצמה המנדטים גישה מלאה ללא הפסקה של המטופל (למשל, אל המטופל דרכי הנשימה).</li>
	<li>הלב של הנושא הוא מערכת תוכנה גמישה עבור i) הצגת גירויים (חזותי, שמיעתי) לחולים והקלטה תגובות המטופל (מילולית, תגובה לחצן, וידאו), ii) רישום באופן זמני כל האירועים הרלוונטיים הניסויים ו אמצעים (גירוי, ECoG, מגע עם המוח של בדיקה ישירה מגירוי חשמלי, תגובות המטופל); iii) ותקשורת עם מערכות ניווט הגולגולת כדי להשיג את הקואורדינטות תלת מימדי עבור כל יישום של גירוי חשמלי ישיר. היחידה מאפשרת כיול מחדש של משתנים ניסיוניים כגון משך הגירוי, בין גירוי-מרווחי, אקראיות, מספר חזרות או בלוקים של גירויים, ושליטה של המטופל ערוצי וידאו ושמע. הזרם הגדול הנחלים מצלמת וידאו החולה, נתונים ECoG מקוונים, ואת הגירוי כי המטופל כרגע לראות/שמיעה להציג שולחן העבודה, אשר גם שיקוף על צג גדול כי הוא בקו הראיה של המנתח.</li>
	<li>חבר פוטודיודה לצג החולה והזנה לערוץ פתוח במגבר ECoG. זה מספק סנכרון זמני בין המצגת של כל גירוי ו-ECoG לניתוח לא מקוון.</li>
	<li>השימוש בחומרה ניווט הגולגולת והתוכנה (באוניברסיטת רוצ'סטר, המוח מעבדה Inc., מינכן, גרמניה) בכל המקרים על ידי צוות כירורגי עבור ניווט פנים-אופרטיבית מבוסס על MRI מראש הפעיל. זוהי מערכת אופטית המורכבת מסדרה של מצלמות המראה את שדה ההפעלה ולרשום את ראשו של המטופל באמצעות כוכב רישום קבוע המוצמדת לטבלת ההפעלה (ראה איור 1).<ol>
<li>באופן ספציפי, לאחר המטופל מוגדר הראש, אבל לפני החבטות, השתמש פיזיונומיה הפנים של המטופל לרשום את ראשו של המטופל ל-MRI הקדם. דבר זה מאפשר ל-MRI שלפני הניתוח (פונקציונלי ומבני) להיות מובא ליישור ישיר עם מוח המטופל על שולחן הניתוחים.</li>
		<li>הצמד את כוכב הרישום השני (הרבה יותר קטן) אל הגירוי הדו (ראה איור 1) והשתמש ברישום האורך והמיקום של הגירוי בשדה. הדבר מאפשר לצוות המחקר לרכוש את המיקום המדויק של כל נקודת גירוי, כמו גם את שולי הניתוח, ביחס ל-MRI מראש. כפי שצוין לעיל, חברת המחקר מקושרת עם מערכת הניווט הגולגולתית (באוניברסיטת רוצ'סטר, מעבדת המוח, חיבור דרך הקישור IGT) כדי לאפשר זרימה בזמן אמת (ו החתמת זמן) של הקואורדינטות של מיפוי גירוי חשמלי ישיר. התחום מתפתח כעת לממשק עם מערכות ניווט גולגולתית אחרות (למשל, סטרייקר). הערה: היבטים של השקפה תומכת התומכים בניהול ואיסוף נתונים במהלך ניסויים קוגניטיביים וfMRI, יחד עם ספריית בדיקות, יהיו זמינים (גישה פתוחה) בOpenBrainProject.org. גירסאות ביתא זמינות לפני השחרור המלא על-ידי פנייה למחבר המתאים. חבילת התצוגה המלאה, הכוללת מערכות חומרה להשתלב עם תוכנת ניווט Electrocorticography ו הגולגולת, זמין לרופאים ומדענים על ידי פנייה למחבר המקביל. כלים אלה לרכישת נתונים יהיה שוטף עם צינור לאחר עיבוד וקונסורציום הנתונים הפתוחים, להיות השיקה ב 2020 ב OpenBrainProject.org.</li>
	</ol></li>
</ol>

פטנט זמני (בארה ב. הזמנית פטנט מספר 62/917258) הוגשה 11/30/18 עבור "StongView: מערכת חומרה/תוכנה משולבת כדי להקל על בדיקות קוגניטיביות במהלך ניתוח המוח ער לתמוך ניתוחים בזמן אמת בשירות של חיזוי התוצאה של החולה. "

הידע שנרכש מהחוויה של הקמת התוכנית למיפוי המוח טרנסלtional באוניברסיטת רוצ'סטר יכול להיות מזוקק לתוך שני יסודות הליבה. ראשון, ערוצים מובנים של תקשורת הוקמו בקרב מדענים קוגניטיביים, נוירוקולוגים, נוירופסיכולוגים, epileptologists, נוירופיזיולוגיה, נוירו מרדימים, מנתחים נוירולוגים ותמיכה בהתאמה שלהם טכנאים ותמיכה ניהולית. זה מאפשר למטופלים, כולל דחוף בדרגה גבוהה חולים הגידול, להיות התייחס הערכה טרום הניתוח עם זמן מספיק כדי להפוך ניתוחים סביב למנתחים לפני ההליך. המרכיב השני הקריטי להצלחת התוכנית מיפוי המוח כבר לקפל הזדמנויות הדרכה לסטודנטים לתואר ראשון, בוגר (MS, PhD) סטודנטים, סטודנטים לרפואה, כמו גם נוירוכירורגיה, נוירולוגיה ותושבים נוירולוגיה ו חורים. השילוב של שני אלמנטים אלה לשמש לעסוק בכל הספקים הקליניים עם המטרות המדעיות של תוכנית מיפוי המוח, ומבטיח כי מטרות המדע הבסיסי הם שזורים עם המטרה הקלינית של אופטימיזציה של התוצאה של כל מטופל.

התערבויות נוירוכירורגית כדי להסיר גידולים במוח או רקמה epileptogenic סמוך לתחומי המוח התומכים פונקציות קוגניטיביות קריטי חייב לאזן את המטרה הקלינית של הניתוח (להסיר את הגידול ככל האפשר, או epileptogenic רקמות ככל הניתן) נגד נזק לרקמה בריאה שעלולה לגרום לפגיעות נוירוולוגית. בהקשר של ניתוח הגידול במוח, האיזון הזה הוא התייחס בתור האיזון התפקודי של onco. על הצד ' onco ' של האיזון, מנתחים רוצים להסיר כמה שיותר הגידול ככל האפשר, כמו שיעורי ' הסרת גידול גרוס סה ' מקושרים להישרדות ארוכה1,2. על "פונקציונלי" צד, הסרת גידולים עלולים להזיק הקורטידית מצעים תת-קורטיקלית של הכרה; קשיים שלאחר הניתוח יכולים לכלול שפה, פעולה, חזון, שמיעה, מגע או תנועה, בהתאם למערכת העצבית (עם) המושפעים. המאזן onco-פונקציונלי חשוב באופן ביקורתי מכיוון התחלואה מוגברת קשורה אני) האיכות הנמוכה ביותר של החיים, ii) מוגברת לאחר הניתוח סיבוכים שיכולים להגדיל את התמותה (למשל, חולים שלא יכולים לזוז עוד בסיכון גבוה יותר של קרישי דם3,4). המתח הגלום במאזן ' onco-פונקציונלי ' בקביעת ניתוח גידול במוח מתרגמת גם ניתוח אפילפסיה — שם האיזון הוא בין המטרה הקלינית של הסרת כל הרקמה כי הוא מייצר התקפים, בעוד לא הסרת רקמות התומכות בפונקציות קריטיות.
ברמה רחבה, נוירואנטומיה תפקודית היא מאוד סטריאוטיפית מן הפרט לפרט. עם זאת, יכול להיות מידה גבוהה של שינויים בודדים בדיוק (כלומר, מ"מ-mm) מיקום של פונקציות הקורטיקלית גבוה יותר. בנוסף, הוא מוכר בדרך כלל כי נוכחות של מחלות קליפת התחת או מחלה תת-קורטיקלית יכולה לדרבן התארגנות קורטיקלית, אם כי העקרונות הנוהגים בארגון משנה כזאת מובנים בצורה עלובה5. התערבויות נוירוכירורגית. ממשיכים מילימטר במילימטר זה קריטי למפות את המוח של כל מטופל, בפרוטרוט ועם רגישות ודיוק, על מנת להבין אילו אזורים באותו מטופל תומך בפונקציות החישה, הקוגניטיבית והמוטורית6.
התוכנית עבור מיפוי המוח טרנסלtional באוניברסיטת רוצ'סטר כבר תוכנן לענות על הצרכים של מיפוי המוח אישית בהגדרה של אימון גבוה באמצעות לשים פורש מנתחים אקדמיים מרובים. המטרות הסינגיסטיות של תוכנית מיפוי המוח הם אני) להשתמש בכלים של מדעי המוח הקוגניטיבית כדי לקדם נוירונומטין אישית, בצורה של המטופל ספציפי מפות המוח תפקודית, ו ii) להשתמש בהכנה הקלינית של התערבויות נוירוכירורגית לבדיקת השערות מכניסטיות על האופן בו מתפקדת המוח האנושי.

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

התוכנית מיפוי המוח טרנסלtional באוניברסיטת רוצ'סטר הוא מאמץ בין-תחומי המשלב מדע קוגניטיבי, נוירופיזיולוגיה, נוירוהרדמה, ונוירוכירורגיה. חולים שיש להם גידולים או רקמה epileptogenic בתחומי המוח רהוט נלמדים מראש עם MRI פונקציונלי מבניים, ו בשיתוף עם ישירה מיפוי גירוי חשמלי. לאחר ניתוח התוצאה העצבית הקוגניטיבית אמצעי דלק בסיסי לימודי מדעים על הגורמים המתווכים טובים לעומת התוצאה הגרועה לאחר הניתוחים, ואיך מיפוי המוח יכול להיות ממוטב נוסף כדי להבטיח את התוצאה הטובה ביותר עבור חולים עתידיים. במאמר זה, אנו מתארים את זרימת העבודה הבין-תחומית המאפשרת לצוות שלנו לענות על המטרות הסינגיסטיות של אופטימיזציה של תוצאות המטופל וקידום ההבנה המדעית של המוח האנושי.

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

מאמר זה מספק סקירה של תוכנית מיפוי המוח רב מודאלי שנועד לזהות אזורים של המוח התומכים פונקציות קוגניטיביות קריטי בחולי נוירוכירורגיה בודדים.

טרנסלtional מיפוי המוח באוניברסיטת רוצ'סטר המרכז הרפואי: שמירה על המוח דרך מיפוי המוח אישית

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

המטרה של כל ניתוח גידול במוח היא באמת כדי לקבל את מה שאנו מכנים כריתה כירורגית בטוחה מקסימלית. מה שאומר שאנחנו רוצים להסיר את כל הגידול אבל אנחנו לא רוצים להיות כל השפעות שליליות על רקמת המוח הנורמלית שמסביב. לפני כל ניתוח גידול במוח בקליפת המוח רהוטה, המטופל מאושפז בתוכנית למיפוי מוח תרגום.כל המידע שאנו מקבלים מסריקת MRI תפקודית משמש למעשה כדי לשפר את התוצאה של המטופל בזמן הניתוח. חולה מסוים זה עבר fMRI לפני הניתוח והערכה זו גילתה כי הגידול שכן בתוך gyrus הקדמי מעולה, מיד קדמי קליפת המוח המוטורית. הוא גילה כי לא היה ייצוג שפה ישיר על הגידול.הוא חשף כי הייצוג המשלים של שפת האזור המוטורי היה מוגבל בחצי הכדור הנגדי. ולבסוף, הוא גילה בניתוח DTI כי דרכי aslant הקדמי היה ממוקם קדמי בשוליים הקדמיים של הגידול. אנחנו תמיד מתחילים עם חולה שיש לו ניתוב גידול חזיתי דומיננטי עם המטופל בתנוחת דטוביטוס מצד שני, אבל אז אנחנו מגלגלים את המטופל בחזרה, כך שאנחנו לא צריכים למקם גליל בית שימוש.שמנו כריות והתקני קצף אחרים סביב המטופל, כך שכאשר הם מתעוררים ומבלים שעה או אולי שעתיים במהלך הליך המיפוי, כי המטופל יהיה נוח במהלך ההליך. אז אנחנו צריכים למקם את מחזיק הראש של מייפילד ואנחנו ממקם את מחזיק הראש מעל הקרקפת. לאחר מכן אנו מזריקים הרדמה מקומית היכן ששלושת הפינים יוצבו.נקבע את מתקן מייפילד לשולחן ולגולגולת. לאחר מכן אנו רושמים את ראשו של המטופל ל- MRI טרום הניתוח באמצעות מערכת ניווט גולגולתית. באוניברסיטת רוצ'סטר אנו משתמשים ב- Brainlab לניווט בין-אופרטיבי והמערכת עבדה טוב מאוד עבורנו במספר רמות.צעד חשוב מאוד של המבצע הוא לבצע את בלוק ההרדמה המקומי. אנו משתמשים כנראה 30 - 40 סמ"ק של הרדמה מקומית בכל מקרה. וה השלב הראשון של המצור הוא להזריק את החתך לאורך כל היקפו כל הדרך לגולגולת.ואז אנחנו מבצעים בלוקים אזוריים שחומים, במקרה זה, את העצב על-הפתאלי, את העצב האוריסקולוטמפוראלי, את העצב העורפי הגדול יותר, ואז אנחנו מבצעים חסימות שרירים עמוקות שחוסמות את שריר הטמפורליס ואת האזור ממש מעל האוזן. זהה למאמצינו למקם בנוחות את המטופל שהצוות הנוירופיזיולוגי מתכונן לניטור הבין-אופרטיבי שהם הולכים לבצע. צוות המדע הקוגניטיבי מקים את הציוד שלהם.כשהמטופל מתעורר בחדר הניתוח, יש צג קטן שממקם לפניהם ומוצמד לצג הזה הוא מיקרופון ורמקול ומצלמת וידאו. וזה מאפשר לנו לשכפל בחדר הניתוח את כל מה שאנחנו עושים עם MRI תפקודי כאשר אנו לומדים את המטופל לפני הניתוח. היתרון של הטבלה העליונה הוא שלרופא ההרדמה ולאחות המטפלת, כמו גם למדען הקוגניטיבי ולצוות הנוירופיזיולוגיה, יש גישה למטופל כולו במהלך הניתוח.הכנו גולגולתית גדולה מספיק כדי לאפשר לנו למפות את רוב קליפת המוח המוטורית. זה יאפשר לנו למפות כל פונקציית שפה בתוך הג'ירואים הקדמיים האמצעיים. והגולגולת תהיה גם גדולה מספיק כדי לאפשר לנו להשיג שוליים קדמיים של גידול בחלק הקדמי של gyrus הקדמי מעולה.זה מבדיל את הגישה שלנו במקרה מסוים זה מפני גישות מינימליסטיות יותר שבהן תגובות שליליות נרכשות מאזור של ניתוק גידול ישיר. ברגע הקרקפת פתוחה לחלוטין, הדבר הראשון שעשינו במקרה זה היה לסמן את המיקום של הגידול, כדי לסמן את קו האמצע, ולאחר מכן להתחיל להחליט איפה היינו למקם חורי בר שלנו ואיפה היינו עושים את המסור לחתוך. לאחר שהדורה נפתחה לחלוטין והוורידים המפרידים היו מוגנים ומופרדים מההיבט המדיאל של הדורה, המטרה הבאה הייתה לחבר את מכשיר האלקטרוקורטיגרפיה למהדק הגולגולת כך שנוכל לבדוק לאחר ספי פריקה ולבצע אלקטרוקורטיגרפיה במהלך כל ההליך.לפני תחילת חלק מיפוי המוח של הניתוח, אנו רושמים את המריצה הדו קוטבית באותו חלל כמו ה- MRI טרום הניתוח באמצעות מערכת הניווט הגולגולתית, במקרה זה, Brainlab. זה מאפשר לנו להקליט קואורדינטות תלת מימדיות לכל מיקום של גירוי חשמלי ישיר. לאחר הניתוח, אנו יכולים לבצע ניתוחים כמותיים המתייחסים MRI תפקודי טרום ניתוחי עם ההשלכות של מיפוי גירוי בין ניתוחי ובסופו של דבר עם תוצאת המטופל.ממש בתחילת הליך מיפוי המוח אנחנו בדרך כלל מתחילים עם מיפוי מוטורי. החל באזור הלשון עם המטופל בולט הלשון ולאחר מכן מגרה ברמה מיליאמפראז נמוכה מאוד, בדרך כלל 5 עד 1.0 מיליאמפר, ומחפש נסיגת לשון או תנועות פנים אשר יצביעו על כך שאנחנו בהצלחה מיפוי תפקוד מוטורי. אה, תסתכל על היד שלו.פרק כף היד הסתובב. תגיד לי אם אתה מרגיש משהו מנוזל. מרפק ימני?מרפק ימני, מושלם. קראת את ספר הלימוד. תגיד לי אם אתה מרגיש משהו עכשיו מבעבע.אה, צוואר ימין. כאן למעלה? יותר מאחור.באזור זה נראה שהגידול נגמר ממש כאן. זהו מנוע לאצבע וליד ולפרק כף היד והזרוע. מנוע הרגל הוא, ככל הנראה, ממש כאן.וכל זה חושי, היו לנו תגובות חושיות ממש טובות ביד וכל הדרך עד הכתף והצוואר. אז עכשיו המטרה היא לקחת את הגידול ולהמשיך למפות, בהשתתפותו הפעילה, כדי למפות את הפעילות המוטורית ברגל כי זה שוליים אחוריים של הגידול הוא אזור מפתח שאנחנו רוצים להסיר מבלי לגרום לחולשה ברגל. בחרנו להתחיל את ניתור הגידול בשוליים האחוריים של הגידול, מיד לפני קליפת המוח המוטורית.והמטרה של החלטה זו הייתה, בעוד החולה היה ער ושיתופי פעולה מלא, היה להתחיל debulking האחורי כדי לזהות את בנק הקליפה הקדמית של קליפת המוח המוטורית הרגל כדי לבלום את בנק הקליפה של הגידול, ואולי הסתנן חומר לבן, ועם המטופל ביצוע משימות שונות עם הגפיים העליונות והתחתונות, אז הצלחנו לנתח לחלוטין את הגידול בצומת שלה עם האזור רולנדי. לאחר שהניתור הראשוני הושלם, היינו חופשיים להתחיל את החלק הראשון של ניתוב הגידול, ואת deproportion של ניתור הגידול לפני הניתוח. מתוך הכרה שאם יכולתו של המטופל לשתף פעולה צריכה להשתנות, כבר ביצענו את החלק המסוכן ביותר של הניתוח בהצלחה.הדיווח על תנועת המטופלים, הדיווח על קריטריונות המטופל, בדייקנות, חשוב ביותר. במקרה הספציפי הזה, המטפלת האחות, סוזן סמית, שעבדה איתנו במבצעים האלה למעלה מ-20 שנה, ובעלת ניסיון במאות ניתוחים דומים, הדיווח שלה מהווה חלק חשוב ביותר בצוות הניתוח. תבדוק את הרגל שלו.להגמיש את הרגל למעלה ולמטה. לנענע את בהונותיך, לדחוף למטה על היד שלי, למשוך חזק, נחמד וחזק. תודה לך, סו.אתה מוזמן. במקרים דומים שבהם הגידול ממוקם בצורה קדמית יותר ב- gyrus הקדמי מעולה, הצלחנו לזהות מעורבות של מערכת aslant הקדמי על DTI מראש ניתוח הצלחנו למפות את דרכי aslant הקדמי עם מיפוי גירוי תת קליפתי. המשולש הצהוב נמצא מעל היהלום האדום.העיגול הירוק הוא מעל. תמשיך אנחנו כמובן הזהיר את המטופל ומשפחתו כי תסמונת SMA חולף יכול להתרחש. לא ניסהנו למפות את האזור המוטורי המשלים כי הוא היה מעורב לחלוטין בגידול.ואכן, לאחר הניתוח החולה היה תסמונת SMA עדינה עם כמה אפזיה אקספרסיבית וכמה אי קוordination ואובדן קל מאוד של שליטה מוטורית בגפיים העליונות הימנית. אבל זה דהה במהירות ובזמן השחרור ביום החמישי הבדיקה של המטופל הייתה תקינה. במהלך השנים האחרונות, כאשר פיתחנו את תוכנית מיפוי המוח התרגומית שלנו, ו כפי שעבדנו יותר ויותר בשיתוף פעולה הדוק עם עמיתינו למדע הקוגניטיבי, פיתחנו יכולת זריזה להתאים את הניתוח ואת מרכיב מיפוי המוח של הניתוח לצרכים של המטופל בהתאם למיקום הגידול.כתוצאה מכך, פיתחנו כעת ניסיון משמעותי במיפוי ידע במספרים ומתמטיקה. 53 ועוד 18 שווה 71.65 ועוד 16 שווה 81. פיתחנו גם ניסיון משמעותי במיפוי היבטים שונים של תפקוד השפה, כולל מתן שמות, קריאה וחוזר חלייה.הנה אין, אינגר. זה פה חם. וגם פיתחנו לאחרונה את היכולת למפות את תפקוד המוזיקה בחצי הכדור הלא דומיננטי.מיפוי המוח באמת מאפשר לנו להיות שלמים ככל האפשר עם ניתוח תוך שמירה על מרווח של בטיחות עבור רקמת המוח סביב הגידול שאנחנו מנסים לשמר בסוף המקרה. בכל פעם שאנחנו עושים ניתוח על חולה עם גידול במוח או עם אפילפסיה, בכל פעם שאנחנו עושים ניתוח יש לנו הזדמנות ללמוד משהו נוסף על המוח.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Double Fluorescence in situ Hybridization in Fresh Brain Sections

Double Fluorescence in situ Hybridization in Fresh Brain Sections

פעמיים פלואורסצנטי באתרו הכלאה בסעיפים המוח טריים

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

הדמיה תפקודית של השמיעתי Cortex בחתולים בוגרים באמצעות גבוהה שדה fMRI

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

Electroporation תת סוג סלקטיבי של בקליפת המוח 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

הדמיה הר-כל תחזיות החושיות אקסון העובר העכבר

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

מחטים מותאמים אישית עבור Microinjections במוח מכרסמים

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

הקלטה הפלסטיות הסינפטית בפרוסות בהיפוקמפוס חריפה, בהשתתפות של מיחזור - בנפח מצומצם, זלוף- ומערכת ועלייתו-סוג תא

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

אין ויוו מעקב אחר בתחנת האוטובוסים Presynaptic עצבים מוטוריים דרוזופילה מולקולה בודדת

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

אפנון לא פולשני ומיפוי רובוטי של קליפת מנוע במוח המתפתח

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

ב Vivo הדמיה של התחבורה נוזל שדרתי דרך הגולגולת העכבר ללא שינוי באמצעות זריחה מאקרוסקופיה

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

מיפוי מוח fMRI בזמן אמת בבעלי חיים

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