ایکاگ
ایکاگ نگارش قشر مغزی است. این روشی مخرب است که در آن پس از جمجمه‌بری شبکه ای از الکترودها به درون قشر مغزی فرو برده می‌شوند. به دلیل این که این ناحیه مغز دارای سلول‌های حسی نیست، بنابراین شخص دردی احساس نمی‌کند و هوشیار است. در مقابل، الکترودهای الکتروانسفالوگرافی معمولی (EEG)(نوار مغزی) این فعالیت را از خارج جمجمه کنترل می‌کنند. ECoG ممکن است در اتاق عمل در حین جراحی (ECoG حین عمل) یا خارج از عمل جراحی (ECoG خارج از عمل) انجام شود.
ایکاگ در اوایل دهه ۱۹۵۰ توسط ویلدر پنفیلد و هربرت جاسپر، جراحان مغز و اعصاب در مؤسسه اعصاب مونترال آغاز به کار کرد. این دو ایکاگ را به عنوان بخشی از روش پیشگامانه مونترال خود، که پروتکل جراحی مورد استفاده برای درمان بیماران مبتلا به صرع شدید بود، ایجاد کردند. پتانسیل‌های ضبط شده قشر مغز توسط ECoG برای شناسایی مناطق صرع و مناطقی از قشر که حمله‌های صرعی ایجاد می‌کنند، استفاده شد. در هنگام برداشتن مجدد، این مناطق با جراحی از قشر خارج می‌شوند، بنابراین بافت مغزی که در آن حمله صرعی ایجاد شده بود از بین می‌رود. پنفیلد و جاسپر همچنین در هنگام ضبط ECoG در بیمارانی که تحت بی‌حسی موضعی در عمل جراحی صرع بودند از تحریک الکتریکی استفاده کردند. این روش برای کشف آناتومی عملکردی مغز، نقشه‌برداری از مناطق گفتاری و شناسایی نواحی قشر سوماتو حسی و حرکتی استفاده شد تا از جراحی خارج شوند. پزشکی به نام رابرت گالبرایت هیث نیز از محققان اولیه مغز در دانشکده پزشکی دانشگاه تولان بود.
سیگنال های ECoG از پتانسیل های هماهنگ شده پست سیناپسی تشکیل شده اند که مستقیماً از سطح در معرض قشر ضبط می شوند. این پتانسیل ها در درجه اول در سلول های هرمی قشر مغز وجود دارند و بنابراین باید از طریق چندین لایه از قشر مغز ، مایع مغزی نخاعی (CSF) ، نرم شامه و عنکبوتیه قبل از رسیدن به الکترود های ثبت ساب دورال که درست زیر سخت شامه (غشای خارجی جمجمه)قرار گرفته اند، هدایت شوند. با این حال ،برای رسیدن به الکترودهای پوست سر یک الکتروانسفالوگرام معمولی (EEG) ، سیگنال های الکتریکی نیز باید از طریق جمجمه هدایت شوند ، جایی که به دلیل رسانایی کم استخوان ، پتانسیل ها به سرعت ضعیف و میرا می شوند. به همین دلیل ، وضوح مکانی ECoG بسیار بالاتر از EEG است ، که یک مزیت تصویربرداری مهم برای برنامه ریزی جراحی است.ECoG وضوح زمانی تقریبی 5 میلی ثانیه و وضوح مکانی 1 سانتی متر را ارائه می دهد .
با استفاده از الکترودهای عمقی ، پتانسیل میدانی محلی میزان جمعیت عصبی در کره ای با شعاع 0.5تا3 میلی متر در اطراف نوک الکترود را می دهد.با سرعت نمونه برداری به اندازه کافی بالا (بیش از حدود 10 کیلوهرتز) ، الکترودهای عمق می توانند پتانسیل های عمل را نیز اندازه گیری کنند. در این حالت تفکیک فضایی به نورونهای منفرد کاهش می یابدو میدان دید یک الکترود منفرد تقریباً 0.05تا0.35 میلی متر است .
ثبت ECoG با استفاده از الکترودهایی که روی قشر در معرض قرار گرفته اند، انجام می شود. برای دستیابی به قشر ، جراح ابتدا باید جراحی جمجمه انجام دهد و قسمتی از جمجمه را خارج کند تا سطح مغز در معرض دید قرار گیرد.این روش ممکن است تحت بیهوشی عمومی یا اگر برای نقشه برداری عملکردی قشر مغز نیاز به تعامل یا بیمار باشد تحت بیهوشی موضعی انجام شود.سپس الکترودها با استفاده از نتایج EEG قبل از عمل و تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) بر روی سطح قشر کاشته می شوند. الکترودها ممکن است در خارج از سخت شامه (اپیدورال) یا در زیر سخت شامه (ساب دورال) قرار گیرند. آرایه های الکترود ECoG معمولاً از شانزده استریل تشکیل شده است، فولاد ضد زنگ یکبار مصرف ، نوک کربن ، پلاتین ، آلیاژ پلاتین-ایریدیم یا الکترودهای توپی طلا ،که هرکدام برای سهولت در موقعیت یابی روی یک اتصال توپی و سوکت سوار شده اند. این الکترودها با یک پیکربندی "تاج" یا "هاله" به یک قاب پوشانده شده متصل می شوند. الکترودهای نواری و شبکه ای ساب دورال نیز در ابعاد مختلف به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند و در هر نقطه از 4 تا 256 الکترود با هم تماس دارند. شبکه ها در هر تماس بین الکترود ها شفاف ، انعطاف پذیر و شماره گذاری شده اند.فاصله استاندارد بین الکترودهای شبکه 1 سانتی متر است و قطر الکترودهای منفرد به طور معمول 5 میلی متر است. الکترودها به آرامی روی سطح قشر مغز قرار می گیرند و با انعطاف پذیری کافی طراحی شده اند تا اطمینان حاصل کنند که حرکات طبیعی مغز باعث آسیب به قشر مغز نمی شود.یک مزیت اصلی آرایه های الکترودهای نواری و شبکه این است که ممکن است در زیر ماده سخت به مناطق قشر مغزی که تحت عمل جراحی کرانیوتومی قرار نگرفته اند ، بلغزند. الکترودهای نواری و آرایه های تاجی ممکن است در هر ترکیب مطلوبی استفاده شوند. از الکترودهای عمقی ممکن است برای ثبت فعالیت از ساختارهای عمیق تر مانند هیپوکامپ نیز استفاده شود.
تحریک الکتریکی مستقیم قشر مغز (DCES)که به عنوان نقشه برداری تحریک قشر نیز شناخته می شود ، اغلب همزمان با ضبط ECoG برای نقشه برداری عملکردی قشر مغز و شناسایی ساختارهای مهم قشر انجام می شود. هنگام استفاده از پیکربندی تاج ، یک محرک دو قطبی عصای دستی ممکن است در هر مکانی در امتداد آرایه الکترود استفاده شود. با این حال هنگامی که از نوار ساب دورال استفاده میشود، باید به دلیل مواد غیر رسانایی که الکترودها را بر روی شبکه متصل میکنند ، تحریک بین جفت الکترودهای مجاور اعمال شود. جریان تحریک الکتریکی اعمال شده به قشر نسبتاً کم است ، بین 2 و 4 میلی آمپر برای تحریک حسی حسی و نزدیک به 15 میلی آمپر برای تحریک شناختی. فرکانس تحریک معمولاً در آمریکای شمالی 60 هرتز و در اروپا 50 هرتز است و هرگونه تراکم بار بیش از 150 میکروکولن در سانتی متر مربع باعث آسیب بافتی می شود.
عملکردهایی که معمولاً از طریق DCES ترسیم می شوند ، حرکات اولیه ، حسی اولیه و زبان هستند. بیمار باید در روند نقشه برداری هوشیار و تعاملی باشد ، اگرچه درگیری بیمار با هر روش نقشه برداری متفاوت است.نقشه برداری از زبان ممکن است شامل نام بردن ، بلندخوانی ، تکرار و درک شفاهی باشد. نقشه برداری حسی نیاز دارد که بیمار احساساتی را که در سراسر صورت و اندام تجربه می میکند ، توصیف کند چون جراح مناطق مختلف قشر را تحریک می کند.
از زمان توسعه در دهه 1950 ، ECoG برای محلی سازی مناطق صرع در طی برنامه ریزی قبل از عمل ، نقشه برداری عملکردی قشر مغز و پیشبینی موفقیت عمل جراحی صرع مورد استفاده قرار گرفته است.
ECoG مزایای متعددی نسبت به روش های تشخیصی جایگزین دارد: محدودیت های ECoG عبارتند از:در حال حاضر صرع به عنوان سومین اختلال عصبی تشخیص داده شده است که فقط در ایالات متحده تقریباً 2.5 میلیون نفر را مبتلا می کند. حملات صرعی مزمن است و ارتباطی با علل قابل درمان بلافاصله مانند سموم یا بیماری های عفونی ندارد و ممکن است بر اساس علل ، علائم بالینی و محل پیدایش مغز بسیار متفاوت باشد. برای بیماران مبتلا به صرع غیرقابل حل - صرع که به داروهای ضد تشنج پاسخ نمی دهد - درمان جراحی ممکن است یک گزینه درمانی مناسب باشد.
قبل از اینکه بیمار به عنوان کاندیدای جراحی برداشتن مجدد شناسایی شود ، باید MRI انجام شود تا وجود ضایعه ساختاری درون قشر نشان داده شود ، که توسط شواهد EEG از بافت صرع پشتیبانی می شود. پس از شناسایی ضایعه ، ممکن است ECoG برای تعیین محل و میزان ضایعه و ناحیه تحریک کننده اطراف آن انجام شود. EEG پوست سر ، در حالی که یک ابزار تشخیصی ارزشمند است ، فاقد دقت لازم برای محلی سازی ناحیه صرع است. ECoG به عنوان یک استاندارد طلایی برای ارزیابی فعالیت عصبی در بیماران مبتلا به صرع در نظر گرفته می شود ، و به طور گسترده ای برای برنامه ریزی جراحی برای هدایت برداشتن جراحی ضایعه و ناحیه صرع استفاده می شود. موفقیت جراحی به محلی سازی دقیق و برداشتن ناحیه صرع بستگی دارد. داده های ECoG با توجه به فعالیت سنبله ictal - "فعالیت موج سریع پخش شده" ثبت شده در هنگام تشنج ارزیابی می شود - و فعالیت صرعی بین دوره ای (IEA) ، انفجارهای کوتاه فعالیت عصبی بین حوادث صرعی ثبت شده است. ECoG همچنین به دنبال جراحی برداشتن مجدد برای تشخیص فعالیت باقیمانده صرع و تعیین موفقیت جراحی انجام می شود. سنبله های باقی مانده در ECoG ، بدون تغییر در برداشتن ، نشان دهنده کنترل ضعف ضعیف و خنثی سازی ناقص ناحیه قشر صرع است. برای ریشه کن کردن کامل تشنج ممکن است جراحی اضافی لازم باشد. ECoG خارج از عمل همچنین برای محلی سازی مناطق مهم از نظر عملکرد (همچنین به عنوان قشر شیوا شناخته می شود) برای حفظ در طی جراحی صرع استفاده می شود.وظایف حرکتی ، حسی ، شناختی در طول ECoG خارج از عمل گزارش شده است که دامنه فعالیت با فرکانس بالا را در 70-110 هرتز در مناطق درگیر در اجرای وظایف داده شده افزایش می دهد.فعالیت مربوط به کار با فرکانس بالا می تواند "چه زمانی" و "در کجا" قشر مغز را به صورت 4D با وضوح زمانی 10 میلی ثانیه یا پایین و وضوح مکانی 10 میلی متر یا کمتر تحریک و تحریک کند.
هدف از عمل جراحی برداشتن مجدد ، برداشتن بافت صرع بدون ایجاد عواقب عصبی غیر قابل قبول است. علاوه بر شناسایی و محلی سازی میزان مناطق صرع ، ECoG مورد استفاده در رابطه با DCES همچنین ابزاری ارزشمند برای نقشه برداری قشر مغز است.دقیقاً بومی سازی ساختارهای حیاتی مغز ، شناسایی مناطقی که جراح باید در حین برداشتن ("قشر شیوا") به منظور حفظ پردازش حسی ، هماهنگی حرکتی و گفتار ، از آن محافظت کند ، امری حیاتی است. نقشه برداری عملکردی مستلزم این است که بیمار بتواند با جراح ارتباط برقرار کند و بنابراین تحت بیهوشی موضعی و نه بیهوشی عمومی انجام می شود. تحریک الکتریکی با استفاده از الکترودهای حفره ای و عمقی حاد برای شناسایی مناطق متمایز قشر به منظور شناسایی مراکز گفتاری ، ادغام حسی حسی و پردازش حرکتی حرکتی استفاده می شود. در حین جراحی برداشتن رزوه ، همچنین ممکن است ECoG حین عمل برای کنترل فعالیت صرع بافت و اطمینان از برداشتن مجدد کل ناحیه صرع انجام شود.اگرچه استفاده از ECoG خارج از عمل و حین عمل برای چندین دهه در عمل جراحی برداشتن رزین یک عمل بالینی پذیرفته شده است ، اما مطالعات اخیر نشان داده است که سودمندی این روش ممکن است بر اساس نوع صرع بیمار متفاوت باشد. Kuruvilla و Flink گزارش دادند که در حالی که ECoG حین عمل می تواند نقش مهمی در لوبکتومی های متناسب گیجگاهی ، در تراکنش های چندجانبه ی سابپیل (MST) و در از بین بردن ناهنجاری های رشد قشر مغز (MCDs) داشته باشد ، در برداشتن استانداردصرع لوب گیجگاهی داخلی غیر عملی تشخیص داده شده است با شواهد MRI حاصل از بیماری اسکلروز مزیال گیجگاهی. مطالعه ای که توسط ونبرگ ، کوسنی و راسموسن انجام شد ، اهمیت پیش جراحی ECoG را در موارد صرع لوب فرونتال (FLE) نشان داد.
ECoG اخیراً به عنوان یک روش ضبط کننده امیدوار کننده برای استفاده در واسط های مغز و رایانه ظاهر شده است.واسط های مغز و رایانه رابط های عصبی مستقیمی هستند که کنترل وسایل مصنوعی ، الکترونیکی یا ارتباطی را با استفاده مستقیم از سیگنال های مغزی فرد فراهم می کنند. سیگنال های مغزی ممکن است به صورت تهاجمی ، با دستگاه های ضبط شده به طور مستقیم در قشر ، یا به صورت غیر تهاجمی ، با استفاده از الکترودهای پوست سر EEG ثبت شوند. ECoG برای ایجاد سازش نیمه تهاجمی بین دو روش کار می کند - در حالی که ECoG مانند دستگاه های ضبط کننده مهاجم به سد خونی مغزی نفوذ نمی کند ، از وضوح مکانی بالاتر و نسبت سیگنال به نویز بالاتر از EEG برخوردار است.ECoG اخیراً به دلیل رمزگشایی گفتار یا موسیقی خیالی مورد توجه قرار گرفته است ، که می تواند منجر به BCI "واقعی" شود که در آن کاربران به سادگی کلمات ، جملات یا موسیقی را تصور می کنند که BCI می تواند مستقیماً آنها را تفسیر کند.
علاوه بر کاربردهای بالینی برای محلی سازی مناطق عملکردی جهت پشتیبانی از جراحی مغز و اعصاب ، نقشه برداری مغز عملکردی زمان حقیقی با ECoG برای حمایت از تحقیقات در مورد سوالات اساسی در علوم اعصاب توجه را جلب کرده است.به عنوان مثال ، یک مطالعه در سال 2017 مناطق موجود در مناطق پردازش صورت و رنگ را کشف کرد و دریافت که این مناطق زیرکانه کمک های ویژه ای به جنبه های مختلف بینایی می کند.مطالعه دیگری نشان داد که فعالیت با فرکانس بالا از 70 تا 200 هرتز منعکس کننده فرآیندهای مرتبط با تصمیم گیری گذرا و پایدار است.کارهای دیگر مبتنی بر ECoG رویکرد جدیدی را برای تفسیر فعالیت مغز ارائه داد ، که نشان می دهد هر دو قدرت و فاز به طور مشترک بر پتانسیل ولتاژ لحظه ای تأثیر می گذارند ، که مستقیماً تحریک پذیری قشر را تنظیم می کند.مانند کار برای رمزگشایی گفتار و موسیقی تصوری ، این دستورالعمل های تحقیقاتی شامل نقشه برداری عملکردی مغز زمان حقیقی نیز دارای پیامدهای عملی بالینی است ، از جمله جراحی مغز و اعصاب و سیستم های BCI. سیستمی که در بیشتر این نشریات نقشه برداری عملکردی زمان حقیقی استفاده شده است ، "CortiQ" میباشد. برای تحقیقات و کاربردهای بالینی استفاده شده است.
الکترو کورتیکوگرام هنوز "استاندارد طلا" برای تعریف مناطق صرع در نظر گرفته می شود. با این حال ، این روش خطرناک و بسیار تهاجمی است. مطالعات اخیر توسعه یک روش تصویربرداری غیر تهاجمی قشر مغز را برای برنامه ریزی جراحی بررسی کرده است که ممکن است اطلاعات مشابه و تفکیک ECOG تهاجمی را فراهم کند.
در یک رویکرد جدید ، لی دینگ و همکارانبه دنبال ادغام اطلاعات ارائه شده توسط MRI ساختاری و EEG پوست سر برای ارائه یک جایگزین غیرتهاجمی برای ECoG هستند. این مطالعه یک رویکرد محلی سازی منبع فضایی با وضوح بالا ، FINE (بردارهای اصلی اول) را برای تصویربرداری از مکان ها و تخمین میزان منابع فعلی از EEG پوست سر بررسی کرده است. به منظور شناسایی منابع صرع ، یک روش آستانه ای برای توموگرافی مقادیر همبستگی زیر فضا اعمال شد.این روش در سه بیمار اطفال مبتلا به صرع غیرقابل حل با نتایج بالینی دلگرم کننده آزمایش شد. هر بیمار با استفاده از MRI ساختاری ، نظارت طولانی مدت EEG فیلم با الکترودهای پوست سر و متعاقباً با الکترودهای زیر دور بررسی شد. سپس داده های ECoG از شبکه های الکترود subdural کاشته شده که مستقیماً روی سطح قشر قرار گرفته اند ، ثبت شد. MRI و تصاویر توموگرافی کامپیوتری نیز برای هر موضوع به دست آمد.مناطق صرع شناسایی شده از داده های EEG قبل از عمل با مشاهدات داده های ECoG بعد از عمل در هر سه بیمار تأیید شد. این نتایج اولیه نشان می دهد که امکان هدایت برنامه ریزی جراحی و مکان یابی مناطق صرع به صورت غیرتهاجمی با استفاده از روش های تصویربرداری و یکپارچه سازی توصیف شده وجود دارد. یافته های EEG بیشتر با نتایج جراحی هر سه بیمار تأیید شد. پس از برداشتن جراحی ، دو بیمار فاقد تشنج هستند و نفر سوم کاهش قابل توجهی در تشنج را تجربه کرده است. با توجه به موفقیت بالینی ، FINE جایگزینی امیدوار کننده برای ECoG قبل از عمل ارائه می دهد ، و اطلاعاتی را در مورد محل و میزان منابع صرع از طریق یک روش تصویربرداری غیرتهاجمی ارائه می دهد.