Gleichzeitiges Eye Tracking und Single-Neuron-Aufnahmen bei Humanepipsiepatienten

Ein Hauptvorteil unserer Technik ist, dass sie die gleichzeitige Aufzeichnung von Fallposition, Pupillengröße und Einzelneuronen bei Patienten ermöglicht, die mit Tiefenelektroden am Krankenbett implantiert wurden. Dies ermöglicht es uns festzustellen, ob es Neuronen im menschlichen Gehirn gibt, deren Aktivität empfindlich auf Augenbewegungen und die Identität des aktuell fixierten Stimulus reagiert. Obwohl diese Technik nicht entwickelt wurde, um eine bestimmte Krankheit zu untersuchen, ist sie gut geeignet, um neurologische Erkrankungen zu untersuchen, die zu abnormen Augenbewegungen oder anderen okularen motorischen Anomalien führen.

Demonstriert wird das Verfahren von Nand Chandravadia und James Lee, Wissenschaftlichen Mitarbeitern aus meinem Labor. Und Erika Quan, neurodiagnostische Technikerin bei Cedars-Sinai. Schließen Sie zunächst die Elektroden an das Aufzeichnungssystem an und positionieren Sie den Patienten aufrecht.

Verbinden Sie dann den Stimuluscomputer mit dem Elektrophysiologiesystem und dem Eyetracker. Platzieren Sie das entfernte nicht-invasive Infrarot-Augenverfolgungssystem auf einem robusten mobilen Wagen. Befestigen Sie dann einen flexiblen Arm, der ein LCD-Display am Warenkorb hält.

Legen Sie ein vollständig geladenes unterbrechungsfreies Netzteil auf den Eye-Tracking-Wagen und verbinden Sie alle Geräte im Zusammenhang mit der Eye-Tracking-Verbindung mit dem Netzteil anstatt an eine externe Stromquelle. Stellen Sie sicher, dass das an den Patienten angeschlossene IV-Gerät mit batteriegebundener Batterie läuft und nicht an die Wand angeschlossen ist. Starten Sie die Eye-Tracking-Software.

Stellen Sie den Abstand zwischen dem Patienten und dem LCD-Bildschirm auf 60 bis 70 Zentimeter ein. Stellen Sie auch den Winkel des LCD-Bildschirms so ein, dass die Oberfläche des Bildschirms ungefähr parallel zum Gesicht des Patienten ist. Legen Sie einen Aufkleber auf die Stirn des Patienten, damit sich der Eyetracker auf Kopfbewegungen einstellen kann.

Passen Sie nun die Höhe des Bildschirms relativ zum Kopf des Patienten so an, dass sich die Kamera des Eyetrackers ungefähr auf der Höhe der Nase des Patienten befindet. Stellen Sie dem Patienten eine Schaltfläche oder Tastatur zur Verfügung. Stellen Sie sicher, dass Trigger und Tastendruck richtig aufgezeichnet werden, bevor Sie mit dem Experiment beginnen.

Starten Sie die Erfassungssoftware. Prüfen Sie zunächst die lokalen Breitband-Potenziale und stellen Sie sicher, dass sie nicht durch Leitungsgeräusche kontaminiert sind. Andernfalls befolgen Sie Standardverfahren, um Rauschen zu entfernen.

Um Einzelneuronen zu identifizieren, filtern Banddurchführungsfilter das Signal von 300 Hertz bis acht Kilohertz. Wählen Sie einen der acht Mikrodrähte als Referenz für jedes Mikrodrahtbündel aus. Aktivieren Sie das Speichern der Daten als nrd-Datei vor der Aufzeichnung.

Passen Sie den Abstand und Winkel zwischen dem Eyetracker und dem Patienten so an, dass Zielmarker, Kopfabstand, Pupille und Hornhautreflexion als bereit markiert sind. Dies wird in der Eye-Tracking-Software grün dargestellt. Klicken Sie auf das zu erfassende Auge und stellen Sie die Abtastrate auf 500 Hertz ein.

Verwenden Sie die automatische Einstellung der Pupillen- und Hornhautreflexionsschwelle. Kalibrieren Sie den Eyetracker mit der integrierten Grid-Methode am Anfang jedes Blocks. Bestätigen Sie, dass sich die Augenpositionen gut als Raster registrieren.

Andernfalls wiederholen Sie die Kalibrierung. Akzeptieren Sie die Kalibrierung und machen Sie die Validierung. Akzeptieren Sie die Validierung, wenn der maximale Validierungsfehler weniger als zwei Grad und der durchschnittliche Validierungsfehler kleiner als ein Grad ist.

Andernfalls wiederholen Sie die Validierung. Führen Sie dann eine Driftkorrektur durch und fahren Sie mit dem eigentlichen Experiment fort. Verwenden Sie in dieser visuellen Suchaufgabe die Reize einer früheren Studie, die von dieser Gruppe durchgeführt wurde, und befolgen Sie das zuvor beschriebene Aufgabenverfahren.

Geben Sie den Teilnehmern Aufgabenanweisungen an. Weisen Sie die Teilnehmer an, ein Zielelement im Suchfeld zu finden und so schnell wie möglich zu reagieren. Weisen Sie die Teilnehmer an, die linke Taste eines Antwortfelds zu drücken, wenn sie das Ziel finden, und drücken Sie die rechte Taste, wenn sie der Meinung sind, dass das Ziel nicht vorhanden ist.

Weisen Sie die Teilnehmer ausdrücklich an, dass es zielgebende und zielorientierte Tests geben wird. Starten Sie die Stimulus-Präsentationssoftware, und führen Sie die Aufgabe aus. Präsentieren Sie einen Ziel-Cue für eine Sekunde und präsentieren Sie das Such-Array mit der Stimulus-Präsentationssoftware.

Nehmen Sie die Tastendrücke auf und geben Sie den Teilnehmern Test-Feedback per Test. Um die Anwendung dieser Methode zu veranschaulichen, wurden 228 einzelne Neuronen aus dem menschlichen medialen Temporallappen aufgezeichnet, während die Patienten eine visuelle Suchaufgabe durchführten, wie hier gezeigt. Während dieser Aufgabe wurde untersucht, ob die Aktivität von Neuronen zwischen Fixierungen auf Zielen und Ablenkern unterscheidet.

Wenn die Antworten am Knopfdruck ausgerichtet wurden, wurden Neuronen gefunden, die eine unterschiedliche Aktivität zwischen Ziel-Gegenwarts-Studien und Ziel-Abwesend-Studien zeigten. Schwarze Linien stellen den Beginn und Offset der Suchwarteschlange dar. Dieses Neuron erhöhte seine Abschussrate für Ziel-Gegenwart-Studien, aber nicht für Ziel-Abwesenheit-Studien.

Umgekehrt verringerte dieses Neuron seine Abschussrate für Ziel-Gegenwart-Studien, aber nicht für Ziel-Abwesend-Studien. Eine Teilmenge der medialen temporalen Lappenneuronen zeigte signifikant unterschiedliche Aktivitäten zwischen Fixierungen auf Targets im Vergleich zu Ablenkern. Darüber hinaus hatte eine Art solcher Zielneuroneine eine größere Reaktion auf Ziele im Vergleich zu Ablenkern, während die andere eine größere Reaktion auf Ablenker im Vergleich zu Zielen hatte.

Zusammen zeigt dieses Ergebnis, dass eine Teilmenge medialer temporaler Lappenneuronen kodiert, ob die gegenwärtige Fixierung auf einem Ziel gelandet ist oder nicht. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass der Eyetracker kein Rauschen in die Aufnahme einführt. Alle Geräusche müssen entfernt werden, bevor die Experimente durchgeführt werden.

Wenn das Rauschen anhält, stellen Sie sicher, dass der Bildschirm, der zum Anzeigen des Stimulus für das Motiv verwendet wird, über eine externe Stromversorgung verfügt. Austauschnetzteile für hochwertigere Netzteile, die typischerweise für High-End-Audioanwendungen verwendet werden. Nach diesem Verfahren werden Analysen von Spitzen und Augenbewegungen durchgeführt, um Informationen aus den Daten zu extrahieren, die es Forschern ermöglichen, die neuronalen Reaktionen auf Augenbewegungen zu untersuchen.

Diese Methode ebnet den Weg, um viele unbeantwortete Fragen zu untersuchen, die eine Analyse von Fixierungen erfordern, wie z. B. wie Neuronen zusammen Fixierungen auf interessante Objekte in einer Szene treiben.