1. 제목 채용 동의 <ol><li> 그 / 그녀가 내부 수술 연구 (기관 검토에 정의된 기준을 충족하는 경우 시상 하부 핵 (STN) 내화물 파킨슨 질환에 대한 깊은 뇌 자극 (DBS)에 대한 임상 평가 및 동의에 따라 각 환자의 정보를 결정하기 위해 검토 위원회)는 매사 추세츠 종합 병원에서 프로토콜을 승인했습니다. </li><li> 그것은 피사체가 연구 기준을 충족 결정하는 경우, 연구 그룹의 의사 회원 (가 아닌 운영 외과)은 연구에 참여 가능성을 논의하기 위해 환자를 접근한다. </li><li> 연구에 참여에 대한 동의서 그런 다음 검토 및 주제 설명합니다. 중요한 것은 연구의 설명이 연구에 참여 자발적이고 어떤 시점에서 그 / 그녀가 참여에서 철수하는 옵션을 가지고 강조합니다. 또한, 그것은 다음에 참여하거나 연구에 철회들의 토론이 의료 그 / 그녀가 받게 될 것입니다에 아무런 영향을 미치지 않습니다 것을 강조합니다. </li><li> 그것은 피사체가 이해하고 연구에 참여하는 동의 결정하는 경우, 그 / 그녀는 승인 정보를 동의를 표적과 연구에 등록됩니다. </li></ol> 2. 행동 교육 및 릭 설정 <ol><li> 파킨슨 질환에 대한 DBS 수술의 일환으로, 과목은 수술을하기 전에 어느 날 병원에 입원하고 있습니다. 따라서, 이것은 행동 작업에 대한 주제를 훈련 기회를 제공합니다. 그것이 &quot;학습 효과&quot;confounds을 (토론 참조) 제거, 피사체가 작업을 수행하기 위해 배우와 규칙을 편안하게 개발할 수있는 동안 기간을 제공하는 본 교육은 필수적입니다. </li><li> 휴대용 행동 장비는 수술을하기 전에 밤 주제의 병원 객실로 이동합니다. </li><li> 이 장비는 피사체가 내부 수술 연구의 하루에 수행하는 데 필요한 동일한 행동 과제를 갖추고 있습니다. <ol><li> 이 예제에서는 제목은 &quot;전쟁&quot;의 게임과 비슷한 카드 게임을하도록 요청합니다. 이 게임에서는, 주제는 자신의 카드가 컴퓨터의보다 높은 여부로 (중 20달러 또는 $ 5) 베팅해야합니다. 이 작업의 목적은 분석에 STN에의 연결을 인코딩에 대한 보상 및 위험의 역할입니다. 제목을 incentivize하기 위하여 그들은 그들이 그들의 승리 비율을 지급됩니다 그렇게 말했 있습니다. </li><li> 잠재적인 조합 (그리고 결과 confounds)을 줄이는 수단으로, 하나의 소송만이 짝수 카드 (예 : 2, 4, 6, 8, 스페이드 10) 사용됩니다. 따라서, 작업의 잠재력 결과와 기대는 쉽게 계산하고 분석할 수 있습니다. </li><li> 각 재판에서, 주제는 먼저 자신의 임의로 처리 카드, 미지의 컴퓨터의 카드 뒷면을 묘사한 화면을 봅니다. 화면은 다음 두 $ 5와 $ 20, 옵션을 내기 보여줍니다. 그 / 그녀의 카드의 상대적인 강도에 따라 피사체가 화면이 그 / 그녀의 카드와 공개 컴퓨터의 카드를 보여주 후 버튼을 눌러와 내기를 나타냅니다. 최종 화면이 명시적으로 는데요 금액을 묘사. </li></ol></li><li> 주제들은 완전히 게임의 규칙을 이해하고 편안한 수준에서 수행할 때까지 게임을 허용합니다. </li></ol> 3. 인트라 수술 - 실험 설정 <ol><li> 일단 제목이 수술 테이블에 위치하고 있으며, 행동​​, 데이터 수집 및 신호 처리 장비를 포함한 장비가 수술실로 데려입니다. 릭 위치는 고려 정상적인 작업 흐름과 수술실 설정에 관한 불임 문제를 고려합니다. </li><li> 이러한 rigs의 구성 요소가 조립하고 각 레코딩 세션에 대해 해체 있으므로, 그것은 모든 장비의 연결을 확인하는 것이 매우 중요합니다. 각 구성 요소가 데이터 수집 시스템에 연결되어로 따라서, 하나는 데이터의 무결성을 검사해야합니다. 이러한 절차는 중요 녹화 시간 동안 이러한 문제를 해결하는 데 방지하기 위해 조기 수술이 이루어져야합니다. <ol><li> 첫째, 인수 및 신호 처리 장비를 부팅하십시오. 수집 장비의 입력에 신호 처리 장비의 출력을 연결합니다. 본 연구의 경우, 우리는 수술하는 동안 대상의 두뇌에 고급 것입니다 세 파라 sagittally 중심 전극에 대응하는 세 엑스트라 세포 액션 잠재력 채널을 습득합니다. 수집 시스템은 신호를 인수하도록 한 번에 증폭기의 하나를 켭니다. </li><li> 적절한 어댑터를 사용하여 편안하게 볼 수있는 위치에 또는 테이블에 모니터를 고정합니다. </li><li> 입력 장치 (조이스틱 버튼 상자, 키패드 등) 고용 경우, 녹음이 얻을 수있는 두뇌의 측면에 상대적 laterality에주​​의를 기울이고,이 장치를 위치. 제목의 손을 편안하게 입력 장치를 작동 위치 있는지 확인하십시오. S로 마취를 요청해보십시오장치의 올바른 작동을 보장하기 위해 반면에 펄스 산소 모니터를 ecure. 이 작업에서 우리는 단추 상자를 사용합니다. </li><li> 행동 시스템을 부팅하고 행동 이벤트 마커가 수집 장비에 의해 캡처되고 있는지 확인합니다. </li><li> 행동 작업을 시작하고 피사체가 작업의 몇 가지 실험을 재생할 수 있습니다. 이 시간 동안 수집 시스템이 버튼을 상자에 입력하고 행동 장비에 의해 생성되는 행동 마커를 캡처되었는지 확인합니다. </li><li> 모든 연결이 작동하는 경우, 행동 작업 및 수집 장비를 중지합니다. </li></ol></li></ol> 4. 시상 하부 핵의 뉴런의 분리 <ol><li> 수술의 목적은 만성 DBS는 STN의 모터 지역으로 이어지는 곳으로하고 있습니다. 이 배치는 stereotactic 이미징 및 neuophysiological 녹음의 결합을 통해 이루어진다. </li><li> stereotactic 계획과 수술 자체의 내용은 물론 기관에 걸쳐 다양하지만 일반적인 과정은 비슷합니다. 우리 기관에서, 코스먼 - 로버츠 - 웰스 stereotactic 프레임과 fiducial 케이지가 적용 머리 CT 촬영이 얻어진다. fiducials와 중부 표준시는 이전에 얻은 체적 두뇌 신경 네비게이션 시스템에서 MRI (; 또는 BrainLab VectorVision, Feldkirchen, 독일 StealthStation, Medtronics, 미네 아 폴리스, MN)와 병합됩니다. 대상 뇌 영역의 좌표는 (이 경우에는 STN) 프레임 기반의 좌표로 변환됩니다. 수술실에서 환자는 반 reclined 위치에 편안하게 위치하고, 준비 및 표준 수술 기법을 사용 draped 있습니다. 왼쪽 STN의 좌표는 환자에 위치하는 프레임으로 프로그램입니다. 피부는 베인 및 철회합니다. 버 구멍이 배치하고, 작은 듀럴 자리가 만들어집니다. microdrive에 연결된 캐뉼러 위치로 데려와 캐뉼러의 끝 타겟 위 25mm까지 고급 있습니다. </li><li> 캐뉼러이 두뇌에 고급되면, 내부 stylets이 제거되고 높은 임피던스 (0.3-1 메가 옴)로 변경이됩니다 microelectrodes (FHC, 보든, ME). 신호 처리 장비의 사전 증폭기는 각 전극에 연결되고 차동 레퍼런스 채널 바깥 정맥에 연결되어 있습니다. </li><li> 신호 처리 장비에 앰프가 켜져 있으며 추가 - 세포 신호가 평가됩니다. 또한, 각 전극에 대한 임피던스는 두뇌에 더 발전하기 전에 검사합니다. </li><li> 두뇌에 천천히 의사는 진보 전극을 (0.05-0.4 mm 단계). 전극은 STN으로 계산 대상에서 25mm를 시작 고급 있습니다. 꼬리가있는 핵, 시상, 조나 inserta를 통해 마지막으로 STN에 통과 전극이 궤도가 발생합니다. </li><li> 전극은 STN를 입력하면, 생리학은의 연결 신호 응답 모터 여부를 설정하는 수단으로 환자의 contralateral 팔다리를 조작합니다. 외과 의사와 실험자이 전극 &#39;위치에 만족하는 경우, 행동 작업이 시작할 수 있습니다. </li></ol> 5. 데이터 수집 <ol><li> 행동 작업을 시작하기 전에, 그것은 microelectrodes의 깊이와 격리 신경 세포 (S)의 모터 응답을 문서화하는 것이 중요합니다. </li><li> 주제는 다음 작업이 시작됩니다 지시합니다. 버튼 상자가 여전히 편안하게 위치하고 모니터 완전히 볼 수있다는 것을 확인하십시오. </li><li> 데이터 수집을 시작하고 행동 작업을 시작하기 전에 적어도 1 분 기본 활동을 습득. </li><li> 피사체가 작업을 수행으로 그것은 캡처된 데이터를 모니터하는 것이 중요합니다. 인수의 중단과 함께, 작업을 중단하고 문제가 정류되어야합니다. </li><li> 현재 연구에서, 대상은 각 STN 깊이 120 재판을 수행하도록 요청합니다. </li><li> 작업은 STN의 각 깊이에 대해 여러 번 수행할 수 있지만 제한이 내부 수술 연구 (토론에서 추가 설명)의 기간에 있습니다. 우리는 환자의 불편과 수술의 부당한 연장을 방지하기 위해 30 분 실험 녹화 시간을 제한하고 있습니다. 또한, 주제는 행동 작업이 중지되고 수술 다시 시작되는 경우에는 언제든지 추가로 녹음을 거부할 수있는 기회가 있습니다. </li><li> 연구가 완료되면, 데이터가 백업된 이후 분석을 위해 보관됩니다. </li></ol> 6. 데이터 분석 <ol><li> 첫째,의 연결 신호는 상용 소프트웨어를 사용하여 개별 스파이크 타임 스탬프로 차별하고 있습니다. </li><li> 행동 작업 코드는 다음 해석되며,의 연결 활동 시간 기록은 Matlab의 스크립트 코드를 사용하여 정렬됩니다. </li></ol> 대표 결과 : 그림 1은 위에서 설명한 전쟁 게임 중에 기록된 하나의 STN 신경 세포의 대표 결과를 묘사. t조합 패널은 작업 네 개의 behaviorally 관련 epochs 중심 rasters를 묘사 : 전에 각각의 재판을 고정 기간, 대상의 카드의 프레 젠 테이션은 제목을 나타내는 버튼을 눌러 내기 및 컴퓨터의 카드의 프리젠 테이션. 하단 패널은 페리 - 자극 시간 histograms (PSTHs) (50 석사 용기) binned을 나타냅니다. 이 신경 세포는 주제의 카드를 제시 견고하게 응답하지 않지만, 그 해고는 버튼을 누르면 주변에 상당히 증가합니다. 컴퓨터의 카드가 포인트 발사는 기본 수준으로 감소되는, 발표 때까지이 활동은 지속. <img src="/files/ftp_upload/2156/2156fig1.jpg" alt="그림 1" /> 그림 1. 대표 STN 신경 세포. Rasters (상단 패널)와 페리 - 자극 시간 histograms (PSTHs)는 대표적인 단일 STN 신경 세포에 대한 그려져 아르 behaviorally 관련 epochs를 중심으로. 이 신경 세포의 해고는 피사체가 베팅의 표시 버튼을 누르면 당시 주위에 크게 증가한다.

<ol>
	<li>Benabid, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+(thalamotomy+and+stimulation)+stereotactic+surgery+of+the+VIM+thalamic+nucleus+for+bilateral+Parkinson+disease.">Combined (thalamotomy and stimulation) stereotactic surgery of the VIM thalamic nucleus for bilateral Parkinson disease.</a> Appl. Neurophysiol. 50 (1-6), 344-344 (1987).</li><li>Deuschl, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+randomized+trial+of+deep-brain+stimulation+for+Parkinson's+disease.">A randomized trial of deep-brain stimulation for Parkinson's disease.</a> N. Engl. J. Med. 355 (9), 896-896 (2006).</li><li>Gale, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+symphony+to+cacophony:+Pathophysiology+of+the+human+basal+ganglia+in+Parkinson+disease.">From symphony to cacophony: Pathophysiology of the human basal ganglia in Parkinson disease.</a> Neurosci. Biobehav. Rev. , (2007).</li><li>Williams, Z. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+anterior+cingulate+neurons+and+the+integration+of+monetary+reward+with+motor+responses.">Human anterior cingulate neurons and the integration of monetary reward with motor responses.</a> Nat. Neurosci. 7 (12), 1370-1370 (2004).</li><li>Zaghloul, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+substantia+nigra+neurons+encode+unexpected+financial+rewards.">Human substantia nigra neurons encode unexpected financial rewards.</a> Science. 323 (5920), 1496-1496 (2009).</li></ol>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

깊은 뇌 자극 수술은 인간의 두뇌에 개별 뉴런의 활동을 검토하는 귀중한 기회를 제공합니다. 이 기회를 날짜하려면 다른 깊은 핵의 활동을 특징 짓는 여러 가지 설명이 연구를 허용하고 있습니다. 최근 내부 수술 작업 행동과 인식의 다양한 측면을 해결하기 위해 점점 더 정교 해지고 있습니다. 현재 프로토콜의 목적은 성공적인 내부 수술 행동 작업 구현을위한 가이드를 제공하는 것입니다. 작?...

*이 상품 비교 장비 또는 소프트웨어에 의해 대체할 수 있다고 나타냅니다; ** 그 대신 국가 인스 트루먼 트의 구성 요소 (참조 사용할 수 있습니다 나타냅니다 <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> 호환성을 위해); *** 참조 <a href="www.Monkeylogic.net">www.Monkeylogic.net</a> 특정 요구 Matlab의 toolboxs하십시오.

intra-operative behavioral tasks in awake humans undergoing deep brain stimulation surgery

깊은 뇌 자극 (DBS)은 이식 전극을 통해 두뇌의 특정 목표에 만성, 고주파 전기 자극을 이끌고 수술입니다. 깊은 두뇌 자극 처음 Benabid 외 의해 치료 양상으로 구현되었습니다. 1980 년대 말에, 그가 진동 1의 치료에 대한 시상의 복부 중간 핵을 자극하기 위해이 기술을 사용할 때. 현재 프로 시저 같은 파킨슨병, dystonia, 그리고 필수적인 떨림과 같은 질병에 대한 의료 관리에 적절하게 대응하지 못할 환자를 치료하는 데 사용됩니다. 파킨슨병의 치료에 대해이 절차의 효능은 잘 구동, 무작위 통제 실험 2에서 증명되었습니다. 현재, 미국 식품 의약청 의학 내화물 필수 떨림, 파킨슨병, 그리고 dystonia 환자에 대한 치료로 DBS을 승인했습니다. 또한, DBS는 현재와 같은 강박 장애, 주요 우울증 장애 및 간질과 같은 다른 정신 및 신경 장애의 치료를위한 평가되고 있습니다. DBS은 삶의 질을 개선하여 사람들을 돕기 위해 표시되지 않은, 그것은 또한 인간의 두뇌를 연구하고 이해하는 독특한 기회 연구자를 제공합니다. Microelectrode 레코딩은 일상적으로 해부 학적 타겟팅의 정밀도를 향상시키기 위해 DBS 수술하는 동안 수행됩니다. 피사체가 행동 작업을 수행하는 동안 개별 뉴런의 발사 패턴 따라서 기록하실 수 있습니다. 설명 해고 버스트 속도를 포함한 부분, 그리고 주파수 변조 3 초점을 맞춘 이러한 데이터를 사용하여 초기 연구. 최근 연구는 4,5의 연결 활동과 관련하여 행동의 인지적 측면에 초점을 맞추고있다. 이 문서는 행동 작업을 수행하고 DBS 케이스 기간 동안 깨어있는 환자의 연결 데이터를 기록하는 데 사용되는 내부 수술 방법에 대한 설명을 제공합니다. electrophysiological 데이터를 수집하는 과정 우리의 박람회는 현재 범위와 내부 수술 인간 실험의 한계를 밝게합니다.

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Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

깊은 뇌 자극 수술은 깨어있는 인간의 두뇌에 정보를 인코딩을 검사하는 독특한 기회를 제공합니다. 이 문서는 동시에 같은 EMG, 단일 유닛의 연결 활동 및 / 또는 지역 필드 잠재력으로 생리 데이터를 수집하면서인지 및 행동 작업을 수행하는 데 사용되는 내부 수술 방법을 설명합니다.

딥 뇌 자극 수술을받은 깨어 인간 내부 수술 행동 작업

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through ...

intra-operative-behavioral-tasks-awake-humans-undergoing-deep-brain

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Medicine

12.9K 조회수.  Harvard Medical School. 깊은 뇌 자극 수술은 깨어있는 인간의 두뇌에 정보를 인코딩을 검사하는 독특한 기회를 제공합니다. 이 문서는 동시에 같은 EMG, 단일 유닛의 연결 활동 및 / 또는 지역 필드 잠재력으로 생리 데이터를 수집하면서인지 및 행동 작업을 수행하는 데 사용되는 내부 수술 방법을 설명합니다.

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Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in different areas of their brain for the localization of their seizure focus and eloquent areas. After implantation, the patient must remain in the hospital until the pathological area of brain is found and possibly resected. During this time, these patients offer a unique opportunity to the research community because any number of behavioral paradigms can be performed to uncover the neural correlates that guide behavior. Here we present a method for recording brain activity from intracranial implants as subjects perform a behavioral task designed to assess decision-making and reward encoding. All electrophysiological data from the intracranial electrodes are recorded during the behavioral task, allowing for the examination of the many brain areas involved in a single function at time scales relevant to behavior. Moreover, and unlike animal studies, human patients can learn a wide variety of behavioral tasks quickly, allowing for the ability to perform more than one task in the same subject or for performing controls. Despite the many advantages of this technique for understanding human brain function, there are also methodological limitations that we discuss, including environmental factors, analgesic effects, time constraints and recordings from diseased tissue. This method may be easily implemented by any institution that performs intracranial assessments; providing the opportunity to directly examine human brain function during behavior.

Patients implanted with intracranial electrodes provide a unique opportunity to record neurological data from multiple areas of the brain while the patient performs behavioral tasks. Here, we present a method of recording from implanted patients that can be reproducible at other institutions with access to this patient population.

두개 내 전극 피사체에 행동 작업 수행

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in ...

연구

행동분석학

A General Method for Evaluating Deep Brain Stimulation Effects on Intravenous Methamphetamine Self-Administration

Substance use disorders, particularly to methamphetamine, are devastating, relapsing diseases that disproportionally affect young people. There is a need for novel, effective and practical treatment strategies that are validated in animal models. Neuromodulation, including deep brain stimulation (DBS) therapy, refers to the use of electricity to influence pathological neuronal activity and has shown promise for psychiatric disorders, including drug dependence. DBS in clinical practice involves the continuous delivery of stimulation into brain structures using an implantable pacemaker-like system that is programmed externally by a physician to alleviate symptoms. This treatment will be limited in methamphetamine users due to challenging psychosocial situations. Electrical treatments that can be delivered intermittently, non-invasively and remotely from the drug-use setting will be more realistic. This article describes the delivery of intracranial electrical stimulation that is temporally and spatially separate from the drug-use environment for the treatment of IV methamphetamine dependence. Methamphetamine dependence is rapidly developed in rodents using an operant paradigm of intravenous (IV) self-administration that incorporates a period of extended access to drug and demonstrates both escalation of use and high motivation to obtain drug.

This article describes the delivery of intracranial electrical stimulation that is temporally and spatially separate from the drug-use environment for the treatment of IV methamphetamine dependence.

정맥 필로폰 자기 관리에 깊은 뇌 자극의 효과를 평가하기위한 일반적인 방법

Substance use disorders, particularly to methamphetamine, are devastating, relapsing diseases that disproportionally affect young people.  There is a need ...

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

In spite of the success in applying non-invasive electroencephalography (EEG), magneto-encephalography (MEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) for extracting crucial information about the mechanism of the human brain, such methods remain insufficient to provide information about physiological processes reflecting cognitive and emotional functions at the subcortical level. In this respect, modern invasive clinical approaches in humans, such as deep brain stimulation (DBS), offer a tremendous possibility to record subcortical brain activity, namely local field potentials (LFPs) representing coherent activity of neural assemblies from localized basal ganglia or thalamic regions. Notwithstanding the fact that invasive approaches in humans are applied only after medical indication and thus recorded data correspond to altered brain circuits, valuable insight can be gained regarding the presence of intact brain functions in relation to brain oscillatory activity and the pathophysiology of disorders in response to experimental cognitive paradigms. In this direction, a growing number of DBS studies in patients with Parkinson&#39;s disease (PD) target not only motor functions but also higher level processes such as emotions, decision-making, attention, memory and sensory perception. Recent clinical trials also emphasize the role of DBS as an alternative treatment in neuropsychiatric disorders ranging from obsessive compulsive disorder (OCD) to chronic disorders of consciousness (DOC). Consequently, we focus on the use of combined invasive (LFP) and non-invasive (EEG) human brain recordings in assessing the role of cortical-subcortical structures in cognitive and emotional processing trough experimental paradigms (e.g. speech stimuli with emotional connotation or paradigms of cognitive control such as the Flanker task), for patients undergoing DBS treatment.

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.

인간의 결합 침략 피질과인지의 평가를위한 비 침습적 표면 신경 생리학 녹음과 정서적 기능

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

A Novel Approach to Assess Motor Outcome of Deep Brain Stimulation Effects in the Hemiparkinsonian Rat: Staircase and Cylinder Test

Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus is an effective treatment option for Parkinson&#39;s disease. In our lab we established a protocol to screen different neurostimulation patterns in hemiparkinsonian (unilateral lesioned) rats. It consists of creating a unilateral Parkinson&#39;s lesion by injecting 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the right medial forebrain bundle, implanting chronic stimulation electrodes into the subthalamic nucleus and evaluating motor outcomes at the end of 24 hr periods of cable-bound external neurostimulation. The stimulation was conducted with constant current stimulation. The amplitude was set 20% below the individual threshold for side effects. The motor outcome evaluation was done by the assessment of spontaneous paw use in the cylinder test according to Shallert and by the assessment of skilled reaching in the staircase test according to Montoya. This protocol describes in detail the training in the staircase box, the cylinder test, as well as the use of both in hemiparkinsonian rats. The use of both tests is necessary, because the staircase test seems to be more sensitive for fine motor skill impairment and exhibits greater sensitivity to change during neurostimulation. The combination of the unilateral Parkinson model and the two behavioral tests allows the assessment of different stimulation parameters in a standardized way.

Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment option for Parkinson's disease. We established a study design to screen novel stimulation paradigms in rats. The protocol describes the use of the staircase test and cylinder test for motor outcome assessment in DBS treated hemiparkinsonian rats.

계단 및 실린더 테스트 : 소설 접근은 Hemiparkinsonian 쥐에 깊은 뇌 자극 효과의 모터 결과를 평가하는

Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus is an effective treatment option for Parkinson&#39;s disease. In our lab we established a protocol to ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

신경과학

Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the 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 treatment for several movement disorders that have failed to respond to medication. Recent progress in the field of DBS surgery has begun to extend the application of this surgical technique to other conditions as diverse as morbid obesity, depression and obsessive compulsive disorder. Despite these expanding indications, little is known about the underlying physiological mechanisms that facilitate the beneficial effects of DBS surgery. One approach to this question is to perform gene expression analysis in neurons that receive the electrical stimulation. Previous studies have shown that neurogenesis in the rat dentate gyrus is elicited in DBS targeting of the anterior nucleus of the thalamus1. DBS surgery targeting the ATN is used widely for treatment refractory epilepsy. It is thus of much interest for us to explore the transcriptional changes induced by electrically stimulating the ATN. In this manuscript, we describe our methodologies for stereotactically-guided DBS surgery targeting the ATN in adult male Wistar rats. We also discuss the subsequent steps for tissue dissection, RNA isolation, cDNA preparation and quantitative RT-PCR for measuring gene expression changes. This method could be applied and modified for stimulating the basal ganglia and other regions of the brain commonly clinically targeted. The gene expression study described here assumes a candidate target gene approach for discovering molecular players that could be directing the mechanism for DBS.

The mechanism underlying the therapeutic effects of Deep Brain Stimulation (DBS) surgery needs investigation. The methods presented in this manuscript describe an experimental approach to examine the cellular events triggered by DBS by analyzing the gene expression profile of candidate genes that can facilitate neurogenesis post DBS surgery.

전방 시상 핵의 깊은 뇌 자극 후 쥐 해마의 유전자 발현 변화 분석

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Investigating the Function of Deep Cortical and Subcortical Structures Using Stereotactic Electroencephalography: Lessons from the Anterior Cingulate Cortex

Stereotactic Electroencephalography (SEEG) is a technique used to localize seizure foci in patients with medically intractable epilepsy. This procedure involves the chronic placement of multiple depth electrodes into regions of the brain typically inaccessible via subdural grid electrode placement. SEEG thus provides a unique opportunity to investigate brain function. In this paper we demonstrate how SEEG can be used to investigate the role of the dorsal anterior cingulate cortex (dACC) in cognitive control. We include a description of the SEEG procedure, demonstrating the surgical placement of the electrodes. We describe the components and process required to record local field potential (LFP) data from consenting subjects while they are engaged in a behavioral task. In the example provided, subjects play a cognitive interference task, and we demonstrate how signals are recorded and analyzed from electrodes in the dorsal anterior cingulate cortex, an area intimately involved in decision-making. We conclude with further suggestions of ways in which this method can be used for investigating human cognitive processes.

Stereotactic Electroencephalography (SEEG) is an operative technique used in epilepsy surgery to help localize seizure foci. It also affords a unique opportunity to investigate brain function. Here we describe how SEEG can be used to investigate cognitive processes in human subjects.

정위 뇌파를 사용하여 깊은 피질의 기능 및 피질 하 구조 조사 : 전방에 cingulate 피질 수업

Stereotactic Electroencephalography (SEEG) is a technique used to localize seizure foci in patients with medically intractable epilepsy. This procedure ...

Targeting Neuronal Fiber Tracts for Deep Brain Stimulation Therapy Using Interactive, Patient-Specific Models

Deep brain stimulation (DBS), which involves insertion of an electrode to deliver stimulation to a localized brain region, is an established therapy for movement disorders and is being applied to a growing number of disorders. Computational modeling has been successfully used to predict the clinical effects of DBS; however, there is a need for novel modeling techniques to keep pace with the growing complexity of DBS devices. These models also need to generate predictions quickly and accurately. The goal of this project is to develop an image processing pipeline to incorporate structural magnetic resonance imaging (MRI) and diffusion weighted imaging (DWI) into an interactive, patient specific model to simulate the effects of DBS. A virtual DBS lead can be placed inside of the patient model, along with active contacts and stimulation settings, where changes in lead position or orientation generate a new finite element mesh and solution of the bioelectric field problem in near real-time, a timespan of approximately 10 seconds. This system also enables the simulation of multiple leads in close proximity to allow for current steering by varying anodes and cathodes on different leads. The techniques presented in this paper reduce the burden of generating and using computational models while providing meaningful feedback about the effects of electrode position, electrode design, and stimulation configurations to researchers or clinicians who may not be modeling experts.

The goal of this project is to develop an interactive, patient-specific modeling pipeline to simulate the effects of deep brain stimulation in near real-time and provide meaningful feedback as to how these devices influence neural activity in the brain.

대화형, 환자 전용 모델을 사용 하 여 깊은 두뇌 자극 치료를 위한 신경 섬유 책자를 대상으로

Deep brain stimulation (DBS), which involves insertion of an electrode to deliver stimulation to a localized brain region, is an established therapy for ...

생체공학

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

The Translational Brain Mapping Program at the University of Rochester is an interdisciplinary effort that integrates cognitive science, neurophysiology, neuroanesthesia, and neurosurgery. Patients who have tumors or epileptogenic tissue in eloquent brain areas are studied preoperatively with functional and structural MRI, and intraoperatively with direct electrical stimulation mapping. Post-operative neural and cognitive outcome measures fuel basic science studies about the factors that mediate good versus poor outcome after surgery, and how brain mapping can be further optimized to ensure the best outcome for future patients. In this article, we describe the interdisciplinary workflow that allows our team to meet the synergistic goals of optimizing patient outcome and advancing scientific understanding of the human brain.

This article provides an overview of a multi-modal brain mapping program designed to identify regions of the brain that support critical cognitive functions in individual neurosurgery patients.

로체스터 대학 의료 센터의 번역 뇌 매핑: 개인화된 뇌 매핑을 통해 마음 보존

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

In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

Deep brain stimulation (DBS) is an invasive neurosurgical technique based on the application of electrical pulses to brain structures involved in the patient&#39;s pathophysiology. Despite the long history of DBS, its mechanism of action and appropriate protocols remain unclear, highlighting the need for research aiming to solve these enigmas. In this sense, evaluating the in vivo effects of DBS using functional imaging techniques represents a powerful strategy to determine the impact of stimulation on brain dynamics. Here, an experimental protocol for preclinical models (Wistar rats), combined with a longitudinal study [18F]-fluorodeoxyclucose positron emission tomography (FDG-PET), to assess the acute consequences of DBS on brain metabolism is described. First, animals underwent stereotactic surgery for bilateral implantation of electrodes into the prefrontal cortex. A post-surgical computerized tomography (CT) scan of each animal was acquired to verify electrode placement. After one week of recovery, a first static FDG-PET of each operated animal without stimulation (D1) was acquired, and two days later (D2), a second FDG-PET was acquired while animals were stimulated. For that, the electrodes were connected to an isolated stimulator after administering FDG to the animals. Thus, animals were stimulated during the FDG uptake period (45 min), recording the acute effects of DBS on brain metabolism. Given the exploratory nature of this study, FDG-PET images were analyzed by a voxel-wise approach based on a paired T-test between D1 and D2 studies. Overall, the combination of DBS and imaging studies allows describing the neuromodulation consequences on neural networks, ultimately helping to unravel the conundrums surrounding DBS.