Leren, geheugen en netwerken in het menselijk brein: single neuron opnamen in diepte-elektrode kandidaten voor epilepsie chirurgie

Dit project stelt voor de mediale temporaalkwab (MTL) structuren te onderzoeken
die vaak betrokken zijn bij menselijke epilepsie, door middel van het
bestuderen van netwerkeigenschappen in epilepsie patiënten, gebruik makend van
opnames van diepte macro- en micro-elektroden. Daarnaast stellen wij voor de
opnames te gebruiken voor het bestuderen van MTL functies wat betreft geheugen
en aandacht op celniveau in de menselijke hersenen.
Recent onderzoek op het gebied van functionele connectiviteit en
netwerkeigenschappen van de hersenen indiceren dat deze technieken wellicht
gebruikt kunnen worden voor epileptiforme bronlokalisatie en voor het
onderzoeken van factoren die de frequentie van epileptische insulten bepalen.
Toepassing vand eze methoden in kandidaten voor epilepsie chirurgie kunnen
mogelijk leiden tot meer effectieve behandeling en verbetering van de uitkomst
van chirurgie.
Daarnaast zijn MTL structuren van groot belang voor het functioneren van leren
en geheugen. Onderzoek op cel niveau in dieren, en met behulp van fMRI PET en
klinische casuïstiek in menselijke proefpersonen hebben de fundamentele rol van
deze structuren aangetoond bij de formatie en het terughalen van geheugen.
Onderzoek naar de onderliggende mechanismen die ten grondslag liggen aan deze
processen op het niveau van afzonderlijke neuronen is echter onvoldoende.
De huidige studie heeft tot doel deze mechanismen in kaart te brengen door
metingen van afzonderlijke neuron activiteit door gebruik te maken van
micro-elektroden in kandidaten voor epilepsie chirurgie. Een deel van deze
patiënten vereisen plaatsing van diepte macro-elektroden in de temporaalkwab
structuren voor chronische invasieve extra-operatieve video-EEG observatie.
Deze elektroden bevatten microwires voor de opname van in vivo veldpotentialen
en afzonderlijke celactiviteit onder verschillende condities.

Het hoofddoel van deze studie is het in kaart brengen van de netwerk topologie
van de MTL op zowel macro- als micro niveau met als doel een beter begrip te
ontwikkelen op het gebied van epilepsie gerelateerde veranderingen van neurale
netwerkstructuur. Daarnaast zullen de micro-elektroden gebruikt worden om de
cellulaire basis van MTL functies te onderzoeken in mensen, specifiek de
neurale basis voor het leren van assosciaties tussen verschillende stimuli, de
rol van de MTL in onbewust leren, de rol in ruimtelijke navigatie in mesen, en
de effecten op visuele aandacht op MTL neuronen in deze menselijke
proefpersonen.

Dit is een prospectieve observationele studie. Er zullen opnamen gemaakt worden
met zowel macro- als micro-elektroden die worden geïmplanteerd in tien
epilepsie patiënten. De macro-electroden zullen continu opnemen, waarbij de
opnamen plaatsvinden tijdens de uitvoering van taken en in rust. Visuele
stimuli zullen aan de patiënten worden gepresenteerd op het scherm van een
laptop computer en de patiënten zullen worden gevraagd simpele gedragsmatige
reacties te tonen. De neuronale data zal worden geanalyseerd volgens de
standaard procedures zoals gebruikt in zowel menselijke als niet-menselijke
primaten.

De belasting voor patiënten van dit onderzoek bestaat uit drie
neuropsychologische tests per dag gedurende hun verblijf op de Epilepsie
Monitoring Unit. Voor zover bekend zijn geen gezondheidsrisico's verbonden aan
de implementatie van micro-elektroden, terwijl macro-elektroden reeds worden
ingebracht voor klinische doeleinden.