Verkennen van de neurale basis van cognitieve verwerking in het humane brein: single neuron registraties bij diepte-elektrode kandidaten voor epilepsie chirurgie

Dit onderzoek betreft het bestuderen van de cellulaire basis van cognitieve
functies (zoals geheugen en visuele informatieverwerking). Hiervoor meten we de
activiteit van individuele neuronen met micro elektroden bij patiënten die
geïmplanteerd worden met diepte elektroden als onderdeel van hun behandeling
voor epilepsie. Wat bekend is van de onderliggende mechanismen van cognitieve
functies komt van fMRI en PET studies bij mensen en studies waarbij neuronen
worden gemeten bij proefdieren. Het meten van de activiteit van individuele
neuronen is de gouden standaard in neurowetenschappelijk onderzoek en geeft
waardevolle inzichten in de onderliggende cellulaire processen van cognitieve
functies zoals visuele perceptie en het maken van herinneringen. Vroeger was
het alleen mogelijk dit soort metingen te doen in diermodellen. Recente studies
(bijvoorbeeld protocol 2009/194) hebben aangetoond dat het mogelijk is
activiteit van individuele cellen te meten in epilepsie patiënten tijdens hun
diepte elektrode registratie. De activiteit van individuele neuronen en de
lokale veld potentialen zullen unieke en directe informatie (in tegenstelling
tot beeldvormingstechnieken zoals PET en fMRI) geven over het functioneren van
verschillende hersengebieden en interacties tussen gebieden tijdens het
uitvoeren van cognitieve taken in de mens. Deze bevindingen zullen niet alleen
bevindingen van diermodellen kunnen bevestigen, maar ook onderdelen van
cognitie bestuderen die niet bestudeerd kunnen worden in diermodellen (zoals
visuele inbeelding) waarvoor geen alternatieve methoden bestaan.

Het doel van dit onderzoek is het bestuderen van de neuronale basis van
cognitieve functies in patiënten tijdens het uitvoeren van een cognitieve taak.
Dit onderzoek zal zich voornamelijk focussen op het bestuderen van geheugen
processen in de mediale temporale kwab, emotionele informatieverwerking in de
insulaire cortex en visuele informatieverwerking. Het secundaire doel van deze
studie is het meten van de activiteit van individuele neuronen tijdens
stimulatie van contactpunten van macro elektroden om de functionele
connectiviteit tussen verschillende gebieden te bestuderen.

We zullen data opnemen van zowel macro elektroden als micro elektroden die
geïmplanteerd worden in de hersenen van 50 epilepsie patiënten terwijl zij een
simpele cognitieve taak uitvoeren. Deze data zal worden geanalyseerd volgens
standaardprocedures die worden gebruikt in electrofysiologische metingen bij
mensen en niet-humane primaten.

Dit project maakt gebruik van patiënten die zijn geselecteerd om te worden
geïmplanteerd met diepte elektroden als onderdeel van hun behandeling voor
epilepsie. In een subset van deze patiënten zullen we tussen 4-8 diepte
elektroden kiezen om een hybrid elektrode te ontvangen. Deze combinatie van een
diepte elektrode (macro elektrode) en de een tetrode micro elektrode is bekend
als een hybride elektrode. Dit type elektrode is ook met succes toegepast in
eerdere studies (Despouy et al., 2019; Despouy et al., 2020). Het gebruik van
een hybride elektrode in plaats van een standaarddiepte elektrode doet op geen
enkele manier afbreuk aan de klinische gegevensregistratie van de macro
elektrode. Het volume ingenomen door de microdraadjes kan als verwaarloosbaar
worden beschouwd in vergelijking met het volume ingenomen door de macro
elektrode. Als zodanig is het enige risico's dat hier moet worden beschouwd het
bijkomende risico van het implanteren van hybride elektroden in plaats van de
standaard diepte elektroden.
Onlangs werd een studie gepubliceerd in het tijdschrift the Journal of
Neuroscience Methods dat specifiek heeft gekeken naar de veiligheid van de DiXI
hybride elektroden. Zij hebben de karakteristieken, veiligheid en
comptabiliteit van intracraniale klinische metingen van 28 patiënten met 240
standaard macroelektroden en 102 hybride elektrodes onderzocht. Ze hebben
geconcludeerd dat de hybride elektrode veilig en makkelijk te gebruiken zijn
voor single unit en intracraniaal EEG metingen. Naar ons weten zijn er geen
gezondheidsrisico's als gevolg van de toepassing van micro-elektroden. We
verwachten geen extra belasting en / of risico's van het gebruik van
micro-macro-elektroden (hybride elektroden) in vergelijking met het gebruik van
standaard macro-elektroden. Bovendien hebben we geen reden om te verwachten dat
een extra belasting en / of de risico's is van het opnemen neuronale
activiteit tijdens macro-contact stimulatie (deze stimulatie vindt plaats op
klinische gronden).

De lasten voor de patiënten in deze studie bestaat uit een korte screening
sessie en gemiddeld drie sessies van eenvoudige cognitieve tests per dag
tijdens hun verblijf in de Epilepsie Monitoring Unit. De individuele
experimenten zullen gemiddeld 10 minuten in beslag nemen. Individuele sessies
zal bestaan **uit meerdere experimenten met pauzes ertussen. Wij ontwerpen onze
experimenten met het doel dat de patiënten niet oververmoeid raken en hun
enthousiasme en interesse te behouden. We hebben gevonden in een eerdere studie
(protocol 2009/194), dat de meeste patiënten zijn zeer bereid om deel te nemen
aan de studie en erg enthousiast over het onderzoek en de taken zien als een
welkome afleiding. Experimentele sessies worden gepland op basis van de wensen
en behoeften van de patiënten, ziekenhuispersoneel en bezoekers.

De last voor een kleine groep patiënten die MRI ondergaan bestaat uit een fMRI
sessie en reizen naar de MRI-locatie in Amsterdam.