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

Эта работа была поддержана NIH Гранты R21NS076176, R01NS089069, R01EY028535, и NSF Грант БКС-1349042 в БЗМ, и Университет Рочестера Центр визуальных наук предварительной подготовки стипендий (NIH обучение Грант 5T32EY007125-24) Мы благодарны Кейту Паркинсу за его работу по разработке StrongView, которая была поддержана основным грантом P30EY00131 Центру визуальных наук При Университете Рочестера. Программа трансляционного картирования мозга в Университете Рочестера была создана, в частности, при поддержке Нормана и Арлин Leenhouts, и с грантом от Института рака Уилмот ам.д. Кевин Уолтер и Брэдфорд Махон. Информацию о программе трансляционного картирования мозга в Медицинском центре Рочестерского университета можно найти по адресу: www.tbm.urmc.edu.

Предварительный патент (Временный патент США номер 62/917,258) был подан 11/30/18 для "StongView: интегрированная аппаратная / программная система для облегчения когнитивного тестирования во время бодрствования хирургии мозга и для поддержки в режиме реального времени анализы в обслуживании прогнозирования исхода пациента ".

Знания, полученные на основе опыта создания Программы трансляционного картирования мозга в Университете Рочестера, могут быть разделены на два основных элемента. Во-первых, были созданы структурированные каналы связи среди когнитивных ученых, нейроонкологов, нейропсихологов, эпилептологов, нейрофизиологов, нейроанестезиологов, нейрохирургов и их соответствующих поддерживающих техников и административной поддержки. Это позволяет пациентам, в том числе срочным высокосортных опухолевых пациентов, быть переданы для предварительной оперативной оценки с достаточным временем, чтобы превратить анализы вокруг хирургов до процедуры. Вторым компонентом, критически важным для успеха программы картирования мозга, является сворачивание возможностей обучения студентов, аспирантов (MS, PhD) студентов, студентов-медиков, а также нейрохирургии, неврологии и нейрорадиологии жителей и Ребята. Сочетание этих двух элементов служит для привлечения всех клинических провайдеров с научными целями программы картирования мозга, и гарантирует, что основные цели науки переплетаются с клинической целью оптимизации результатов каждого пациента.

Нейрохирургические вмешательства для удаления опухолей головного мозга или эпилептогенных тканей, прилегающих к областям мозга, которые поддерживают критические когнитивные функции должны сбалансировать клиническую цель операции (удалить как можно больше опухоли, или эпилептогенной ткани, как это возможно) повреждение здоровых тканей, которые могут вызвать неврологический дефицит. В контексте операции опухоли головного мозга, этот баланс называется онко-функциональный баланс. На "онко" стороне баланса, хирурги хотят удалить как можно больше опухоли, как это возможно, как ставки "брутто общей резекции опухоли" связаны с более выживаемости1,2. С "функциональной" стороны удаление опухолей может повредить корковые и подкорковые субстраты познания; послеоперационные трудности могут включать язык, действие, зрение, слух, прикосновение или движение, в зависимости от нервной системы (ы) пострадавших. Онкофункциональный баланс имеет решающее значение, поскольку повышенная заболеваемость связана с i) снижением качества жизни, ii) увеличениепослем послеоперационных осложнений, которые могут увеличить смертность (например, пациенты, которые больше не могут двигаться, при более высоком рискеобразования тромбов 3,4). Напряжение, присущее «онко-функциональному» балансу при постановке хирургии опухоли головного мозга, также переводится как эпилепсия – баланс между клинической целью удаления всех тканей, генерирующих судороги, при этом не удаляя ткани которая поддерживает критически ею.
На широком уровне, функциональная нейроанатомия очень стереотипно от человека к человеку. Однако может быть высокая степень индивидуальной изменчивости в точном (т.е. мм до мм) расположении более высоких корковых функций. Кроме того, общепризнано, что наличие корковой или подкорковой патологии может стимулировать корковую реорганизацию, хотя принципы, которые управляют такой реорганизацией, плохо изучены5. Нейрохирургические вмешательства проходят миллиметр за миллиметром. Таким образом, имеет решающее значение для карты мозга каждого пациента, в деталях и с чувствительностью и точностью, для того, чтобы понять, какие регионы в этой конкретной поддержки пациента, которые сенсорные, когнитивные и двигательные функции6.
Программа трансляционного картирования мозга в Университете Рочестера была разработана для удовлетворения потребностей персонализированного отображения мозга в настройках высокой через положить практике, охватывающей несколько академических хирургов. Синергетические цели программы картирования мозга i) использовать инструменты когнитивной нейронауки для продвижения персонализированной нейромедицины, в виде пациента конкретных функциональных карт мозга, и ii) использовать клинический препарат нейрохирургических вмешательств для проверки механистической гипотезы о том, как функционирует человеческий мозг.

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

Программа трансляционной картирования мозга в Университете Рочестера является междисциплинарной работой, которая объединяет когнитивные науки, нейрофизиологию, нейроанестезию и нейрохирургию. Пациенты, которые имеют опухоли или эпилептогенные ткани в красноречивых областях мозга изучаются предоперационно с функциональной и структурной МРТ, и интраоперациистом с прямым электрическим отображением стимуляции. Послеоперационные нейронные и когнитивные результаты измеряют фундаментальные научные исследования о факторах, которые посредничают в хороших и плохих результатах после операции, и о том, как картографирование мозга может быть дополнительно оптимизировано для обеспечения наилучшего результата для будущих пациентов. В этой статье мы описываем междисциплинарный рабочий процесс, который позволяет нашей команде достичь синергетических целей оптимизации результатов пациента и продвижения научного понимания человеческого мозга.

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

Эта статья содержит обзор мультимодальной программы картирования мозга, предназначенной для выявления областей мозга, которые поддерживают критические когнитивные функции у отдельных пациентов нейрохирургии.

Переводное картирование мозга в Медицинском центре Университета Рочестера: Сохранение разума с помощью персонализированного картирования мозга

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

Цель всех операций опухоли головного мозга на самом деле, чтобы получить то, что мы называем максимально безопасной хирургической ресекции. Это означает, что мы хотим удалить всю опухоль, но мы не хотим иметь никакого негативного влияния на окружающую нормальную ткань мозга. Перед любой операцией опухоли головного мозга в красноречивой коре, пациент госпитализирован в программу для трансляционного картирования мозга.Вся информация, которую мы получаем от функционального МРТ на самом деле используется для улучшения исхода пациента во время операции. Этот конкретный пациент прошел МРТ до операции, и эта оценка показала, что опухоль проживала в верхней лобной извилины, сразу же передней части моторной коры. Выяснилось, что прямого представления языка над опухолью не было.Выяснилось, что дополнительное представительство языка моторной зоны ограничено противоположным полушарием. И, наконец, в анализе DTI выяснилось, что лобной наклон был расположен перед передней стороной опухоли. Мы всегда начинаем с пациента с доминирующей лобной ресекции опухоли с пациентом в боковом положении decubitus, но затем мы откатить пациента назад, так что мы не должны по месту подмышечной рулон.Мы ставим подушки и другие пенопластовые приборы вокруг пациента так, чтобы, когда они просыпаются и проводят час или, возможно, два часа во время процедуры картирования, чтобы пациенту было комфортно во время процедуры. Затем мы должны поместить держатель головы Mayfield, и мы позиционировать держатель головы над кожей головы. Затем мы вводим местную анестезию, где будут размещены три булавки.Мы зациклим устройство Мэйфилда на столе и на черепе. Затем мы регистрируем голову пациента на предистровую МРТ с помощью черепно-мозговой навигационной системы. В Университете Рочестера мы используем Brainlab для межоимейной навигации, и система работала очень хорошо для нас на ряде уровней.Очень важным шагом операции является выполнить локальный анестетический блок. Мы используем, вероятно, 30-40cc местной анестезии в каждом случае. И первый этап блокады заключается в том, чтобы ввести разрез по всей его степени вся его путь к черепу.Затем мы выполняем региональные блоки, которые блокируют, в данном случае, надорбитальный нерв, аврикулотемпоральный нерв, больший затылочные нервы, а затем выполняем глубокие мышечные блоки, которые блокируют височные мышцы и область чуть выше уха. В связи с нашими усилиями по удобному расположению пациента команда нейрофизиологии готовится к межофирменциологическому мониторингу, который они будут выполнять. Команда когнитивных наук настраивает свое оборудование.Когда пациент просыпается в операционной, есть небольшой монитор, который расположен перед ними и прилагается к монитору микрофон и динамик и видеокамера. И это позволяет нам дублировать в операционной все, что мы делаем с функциональной МРТ, когда мы изучаем пациента перед операцией. Преимущество накладных таблиц заключается в том, что анестезиолог и практикующий медсестра, а также когнитивный ученый и команда нейрофизиологии, все имеют доступ ко всему пациенту во время операции.Мы подготовили краниотомию, которая была достаточно большой, чтобы мы могли составить карту большинства моторных кор. Это позволило бы нам сопоставить любую языковую функцию в средней лобной извилины. И краниотомия также будет достаточно большой, чтобы позволить нам получить передний запас опухоли в передней части верхней лобной извилины.Это отличает наш подход в данном конкретном случае от более минималистских подходов, в которых отрицательные ответы приобретаются из области прямой ресекции опухоли. После того, как кожа головы полностью открыта, первое, что мы сделали в этом случае было отметить расположение опухоли, чтобы отметить средней линии, а затем начать решать, где мы будем место наших отверстий заусенцев и где мы хотели бы сделать пилу вырезать. После того, как дура была полностью открыта и преодоление вены были защищены и отделены от медиальной аспект дуры, следующая цель состояла в том, чтобы прикрепить электрокортиграфическое устройство к зажиму черепа, чтобы мы могли проверить после разряда порогов и для выполнения электрокортиграфии в течение всей процедуры.До начала операции картографирование мозга, мы регистрируем биполярный стимулятор в том же пространстве, что и прединтупная МРТ с помощью черепной навигационной системы, в данном случае Brainlab. Это позволяет записывать трехмерную координату для каждого местоположения прямой электрической стимуляции. После операции мы можем провести количественные анализы, которые связывают предоперацианное функциональное МРТ с последствиями межоперальной стимуляции картирования и, в конечном счете, с исходом пациента.В самом начале процедуры картирования мозга мы обычно начинаем с моторного картирования. Начиная с области языка с пациентом выступающие язык, а затем стимулирование на очень низком уровне миллиампеража, как правило, от 5 до 1,0 миллиампер, и ищет язык опрокидывания или движения лица, которые будут означать, что мы успешно отображение двигательной функции. А, посмотри на его руку.Wrist вращается. Скажи мне, если ты чувствуешь что-нибудь покаяние. Правый локоть?Правый локоть, идеально. Ты читала учебник. Скажи мне, если ты чувствуешь что-нибудь теперь покалывание., правая шея. Здесь наверху? Больше в спину.В этой области опухоль, кажется, заканчивается прямо здесь. Это двигатель для пальца и руки и запястья и руки. Двигатель для ног, по всей вероятности, прямо здесь.И это все сенсорные, у нас были действительно хорошие сенсорные реакции в руке и в целом до плеча и шеи. Итак, теперь цель состоит в том, чтобы взять опухоль и продолжить карту, с его активным участием, чтобы составить карту двигательной активности стопы, потому что этот задний предел опухоли является ключевой областью, которую мы хотим удалить, не вызывая никакой слабости в ноге. Мы решили начать ресекцию опухоли в задней части опухоли, сразу же передней к моторной коре.И цель этого решения была, в то время как пациент проснулся и полностью кооперативных, заключается в том, чтобы начать debulking задней определить переднюю кожуру банка коры двигателя ноги, чтобы денудирование кожуры банка опухоли, и, возможно, проникли белого вещества, и с пациентом выполнения различных задач с верхней и нижней конечности, мы смогли полностью восстановить опухоль на его пересечении с Роландической области. После того, как эта первоначальная ресекция была завершена, мы были свободны, чтобы начать переднюю часть ресекции опухоли, и депропортация ресекции опухоли передней. Признавая, что если способность пациента к сотрудничеству должна измениться, мы уже успешно выполнили наиболее опасную часть операции.Сообщение о движении пациента, отчетность о ловкости пациента, с точностью, является чрезвычайно важным. И в данном конкретном случае, медсестра практикующий, Сьюзан Смит, который работал с нами в этих операциях на протяжении более 20 лет, и который имеет опыт работы с сотнями подобных операций, ее отчетности представляет собой чрезвычайно важную часть операционной группы. Проверь его ногу.Сгибай ногу вверх и вниз. Покачивайся, толкайся на мою руку, подтягивайся, милый и сильный. Спасибо, Сью.Пожалуйста. В аналогичных случаях, когда опухоль находится более фронтально в верхней лобной извилины, мы смогли определить участие лобного аслантового тракта на DTI до оперативно, и мы успешно смогли сопоставить лобной аслант тракта с субкорковой стимуляции отображения. Над красным бриллиантом находится желтый треугольник.Зеленый круг выше.the. Продолжайте идти Мы, очевидно, предупредил пациента и его семьи, что переходный синдром SMA может произойти. Мы не пытались составить карту дополнительной моторной зоны, потому что она была полностью связана с опухолью.И действительно, послеоперационно у пациента был тонкий синдром SMA с некоторой выразительной афазией и некоторым несогласованностью и очень легкой потерей моторного контроля в правой верхней конечности. Но это быстро исчезло, и к 5-му дню обследование пациента было нормальным. За последние пару лет, как мы развивались наши трансляционные программы картирования мозга, и, как мы работали все более тесно с нашими коллегами когнитивных наук, мы разработали проворную способность адаптировать операции и мозга отображение компонента операции для потребностей пациента в зависимости от расположения опухоли.Как следствие, в настоящее время мы разработали значительный опыт в составлении карт знаний о количестве и математике. 53 плюс 18 равно 71,65 плюс 16 равно 81. Мы также разработали значительный опыт в составлении карт различных аспектов языковой функции, включая именование, чтение и повторение.Вот in, inger. Это горячий рот. И мы также разработали в последнее время способность карт музыкальной функции в не доминирующем полушарии.Мозг отображение действительно позволяет нам быть полными, как мы можем с хирургией при сохранении запас прочности для ткани мозга вокруг опухоли, что мы пытаемся сохранить в конце дела. Каждый раз, когда мы делаем операцию пациенту с опухолью головного мозга или эпилепсией, каждый раз, когда мы делаем операцию, у нас есть возможность узнать что-то больше о мозге.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Double Fluorescence in situ Hybridization in Fresh Brain Sections

Double Fluorescence in situ Hybridization in Fresh Brain Sections

Дважды флуоресценции На месте Гибридизация в пресной разделы мозга

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

Функциональной визуализации из слуховой коры у взрослых кошек с использованием высокого поля МРТ

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

Класс-селективный Электропорация корковых интернейронов

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

Всего монтажа Визуализация эмбриона мыши Сенсорная Axon прогнозам

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

Персонализированные иглы для микроинъекций в мозге, грызунов

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

Запись синаптической пластичности в острой гиппокампа ломтики в малообъемной рециркуляции-, перфузии и погружения типа камерная система

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

В естественных условиях Одноместный молекула отслеживания на терминале Пресинаптический двигательного нерва дрозофилы

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

Неинвазивная модуляция и роботизированное картирование моторного коры в развивающемся мозге

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

В Vivo Изображение цереброспинальной жидкости транспорт через Череп мыши Intact с помощью флуоресценции Макроскопия

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

Картирование мозга фМРТ в реальном времени у животных

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