Войти
| Картирование корковой стимуляции | |
|---|---|
| Цель | - локализовать функцию определенных областей мозга |
Кортикальная Картирование стимуляции (CSM ) - это тип электрокортикографии, который включает физически инвазивную процедуру и направлен на локализацию функции конкретного мозга путем прямой электростимуляции коры головного мозга . Он остается одним из самых ранних методов анализа мозга и позволил исследователям изучить взаимосвязь между корковой структурой и системной функцией. Картирование корковой стимуляции используется для ряда клинических и терапевтических применений и остается предпочтительным методом предоперационного картирования моторной коры и языковых областей для предотвращения ненужных функциональных повреждений. Существуют также некоторые клинические применения картирования корковой стимуляции, например, лечение эпилепсии.
История картирования корковой стимуляции восходит к концу 19 века. Неврологи Дэвид Феррье и Виктор Хорсли были одними из первых, кто применил эту технику. Феррье и Хорсли использовали КСМ для дальнейшего понимания структуры и функции прероландийских и построландийских областей, также известных как предцентральная извилина и постцентральная извилина. До разработки более продвинутых методов в 1888 году К. Б. Нанкред использовал биполярный зонд с батарейным питанием для картирования моторной коры. В 1937 г. Уайлдер Пенфилд и Болдри смогли показать, что стимуляция прецентральной извилины вызывает ответ контралатерально ; важный вывод, учитывая, что он коррелировал с анатомией, основанной на том, какая часть мозга стимулировалась. В начале 1900-х годов Чарльз Шеррингтон начал использовать монополярную стимуляцию, чтобы вызвать двигательную реакцию. Этот метод позволил Шеррингтону определить, что прецентральная извилина (пре-роландическая область) является моторной корой, а постцентральная извилина (пост-роландическая область) - сенсорной корой. Эти открытия, которые Харви Кушинг повторял в начале 1900-х годов, показывают, что роландическая трещина является точкой разделения между моторной и сенсорной корой. Работа Кушинга с CSM перешла от экспериментальной техники к той, которая стала основным методом нейрохирургии, используемым для картирования мозга и лечения эпилепсии. Кушинг воспользовался работой, которая ранее проводилась на животных, в частности, на шимпанзе и орангутанах, и смог использовать картирование корковой стимуляции, чтобы учесть различия между этими видами и людьми. Работа Кушинга резко повысила эффективность лечения с использованием картирования корковой стимуляции, поскольку нейрохирурги теперь использовали более обновленное изображение мозга.
Картирование корковой стимуляции - это инвазивная процедура, которую необходимо выполнить во время краниотомии. После отслаивания твердой мозговой оболочки в мозг помещают электрод для проверки моторных, сенсорных, языковых или зрительных функций в определенном участке мозга. Электрод подает электрический ток длительностью от 2 до 10 секунд на поверхность мозга, вызывая обратимое поражение в определенном месте мозга. Это поражение может предотвратить или вызвать тестируемую реакцию, такую как движение конечности или способность идентифицировать объект. Электрический ток от электрода стимулирует любую функцию, за которую отвечает этот участок мозга, по сути говоря хирургу или исследователю, что делает конкретный участок в мозге.
Электроды обычно изготавливаются из нержавеющей стали. или платино-иридиевый, залитый в силикатный материал, и обычно имеют круглую форму с диаметром от 2 до 3 мм. Расположение электродов варьируется от пациента к пациенту, и электроды могут располагаться рядами, в виде решетки или могут быть расположены индивидуально. Необходимое количество электродов и их точное пространственное расположение часто определяется в операционной. Картирование корковой стимуляции позволяет размещать электроды в точных местах, чтобы проверить функцию мозга и определить, вызывает ли стимуляция этого места мозга функциональное нарушение у пациента. CSM может быть проведен с использованием пациентов под наркозом или бодрствующих пациентов.
Электроды могут быть размещены либо непосредственно на интересующих областях мозга, либо в субдуральном пространстве мозга. Субдуральные электроды могут немного смещаться, и на них может влиять спинномозговая жидкость в субдуральном пространстве, которая может мешать току, используемому для стимуляции мозга от электродов, и, возможно, вызывать шунтирование и рассеивать ток, что делает эффект стимуляции менее точным. Однако преимущество субдуральных электродных сеток заключается в том, что их можно оставлять в мозгу на несколько дней, что позволяет проводить функциональное тестирование во время стимуляции вне операционной.
Текущие уровни и плотность являются важным фактором при любой стимуляции коры головного мозга. картографические процедуры. Плотность тока, то есть величина тока, приложенного к определенной области мозга, должна быть достаточной для эффективной стимуляции нейронов и не отмирать слишком быстро, но достаточно низкой, чтобы защитить ткань мозга от повреждающих токов. Токи поддерживаются на уровнях, которые были определены как безопасные, и даются только как короткие всплески, обычно всплески, которые медленно увеличиваются по интенсивности и продолжительности, пока не будет протестирована реакция (например, движение мышц). Сила тока обычно устанавливается в пределах 1 мА для начала и постепенно увеличивается с шагом от 0,5 до 1 мА, и ток подается в течение нескольких секунд. Если приложенный ток вызывает постразряды, нервные импульсы, которые возникают после стимуляции, то уровни снижаются. Исследования на пациентах, получивших картирование корковой стимуляции, не выявили повреждения коры в исследуемых областях.
Было показано, что различные типы и методы введения для анестезии влияют на картирование корковой стимуляции. CSM может проводиться у бодрствующих пациентов, это называется трепанацией черепа в сознании, или у пациентов, которые находились под общей анестезией. Если пациент находится под общей анестезией, глубина анестезии может повлиять на результат, потому что, если уровни мышечной релаксации слишком высоки из-за нервно-мышечных блокирующих препаратов, тогда результаты от отображение может быть неверным. Что касается процедуры бодрствования, существуют различные аспекты ухода за пациентом, которые анестезиолог должен учитывать. Вместо того, чтобы просто следить за тем, чтобы пациент спал, врач может использовать так называемую технику сна-бодрствования-сна. В этом методе пациента анестезируют с использованием общей анестезии во время открытия и закрытия части процедуры, но в течение промежуточного периода пациента поддерживают с использованием местной анестезии. Методы местной анестезии могут быть либо блокадой местного поля, либо блокадой регионарного нерва волосистой части головы. Более распространенной техникой трепанации черепа в сознании является седация с сознанием. При сознательной седации пациент получает седативное действие только во время процесса открытия и закрытия, но никогда не подвергается полной анестезии, что устраняет необходимость в дыхательных трубках, снижает вероятность осложнений и снижает вероятность проблем с двигательной реакцией. Пациенты, которые проходят процедуру с трепанацией черепа в сознании вместо общей анестезии, лучше сохраняют речевую функцию, прогнозируют исход без припадков на основе кортикографии, имеют более короткую госпитализацию (что соответствует снижению стоимости лечения), меньшее использование инвазивные мониторы и снижение количества послеоперационных осложнений из-за анестезии, таких как тошнота и рвота.
Идея кортикального гомункула была создана Уайлдером Пенфилдом.Используется картирование корковой стимуляции для соматотопии для определения областей коры головного мозга, которые соединяются через нервные волокна с различными частями тела. Корковая стимуляция определяет, какие области мозга имеют жизненно важное значение для определенных функций, тем самым позволяя составить «карту», по которой можно будет решить, можно ли безопасно удалить области мозга. Картирование корковой стимуляции привело к развитию гомункула для моторной и сенсорной коры, который представляет собой схему, показывающую связи мозга с различными областями тела. Примером может служить корковый гомункул первичной моторной коры и соматосенсорной коры, которые разделены центральной бороздой. Диаграмма начинается в продольной щели и продолжается латерально от центра мозга, представляя общую картину от нижних конечностей и гениталий в щели до рук и лица на внешних краях мозга.
Функциональное тестирование движения во время корковой стимуляции включает поиск активных движений и торможение движений. Когда стимулируется прецентральная извилина лобной доли, определенные мышцы тела будут сокращаться в зависимости от местоположения мозга, который получает электрический сигнал. Стимуляция на одной стороне мозга вызовет сокращение на контралатеральной или противоположной стороне тела.
Более поздние исследования с использованием CSM показали, что моторная кора более сложна, чем расположение изображает традиционный гомункул, и моторные реакции возникают в лобной доле дальше от узкой полоски рядом с центральной бороздой.
Области коры, которые препятствуют движению при стимуляции, в некоторых случаях были обнаружены как дополнительные и не жизненно важные для двигательной функции. Эти области были удалены без ущерба для способности пациента двигаться после операции.
Во время стимуляции различные языковые задания используются для проверки функций мозга, таких как чтение предложения, слуховое восприятие и спонтанная речь, например наименование объектов. Корковая стимуляция в языковых областях мозга обычно проверяет подавление некоторых языковых способностей, а не определенную моторную или сенсорную реакцию. Это может привести к тому, что языковое сопоставление потребует более сложных языковых задач, которые должны быть оценены во время тестирования, чтобы определить, является ли стимулируемый сайт важным для определенной языковой способности.
Языковое сопоставление обычно выполняется в левое полушарие мозга, где расположено большинство языковых областей, таких как области Брока и Вернике. Картирование корковой стимуляции также выявило языковую область в базальной височной коре, которая ранее была неизвестна.
Картирование корковой стимуляции у пациентов с эпилепсией показало, что критические языковые области мозга сильно различаются у пациентов, что подчеркивает необходимость выполнить точное картирование перед операциями в языковых областях. Традиционные ориентиры, такие как области Брока и Вернике, не могут использоваться для различения существенной языковой коры. Скорее, эксперименты, в которых проводилось тестирование жизненно важных языковых сайтов, варьируются, и точную роль конкретной области коры головного мозга в языковой задаче оценить сложно. Еще одним осложнением является то, что многие пациенты, перенесшие языковое картирование, страдают эпилепсией, и, возможно, это вызывает изменения языковых сайтов. Поскольку процедура настолько инвазивна, картирование корковой стимуляции для организации речи не проводится на здоровых людях. Кроме того, распределение и обилие сайтов, посвященных конкретным задачам, демонстрирует вариацию в зависимости от IQ и пола.
Соматосенсорное картирование включает в себя измерение электрических реакций на поверхности мозга в результате стимуляции периферических нервов, таких как механорецепторы, которые реагируют на давление на кожу, и стимуляции мозга непосредственно для отображения сенсорных областей. Ощущение было проверено на пациентах с помощью стимуляции постцентральной извилины с падением амплитуды сенсорных ответов в направлении центральной борозды.
CSM является эффективным средством лечения фокальной эпилепсии и двусторонних или множественных приступов. Это эффективный вариант лечения, когда резекционная операция по удалению пораженного участка невозможна, как правило, при двусторонних или множественных эпилептических припадках. CSM обычно используется для пациентов с эпилепсией, чтобы точно определить фокус припадков. Он используется при наличии проверяемой гипотезы относительно местоположения эпилептогенной зоны в мозге, определенной с помощью менее инвазивной процедуры, электроэнцефалографии. После определения очага припадков эта информация позволяет нейрохирургам знать, какие участки мозга потенциально могут быть удалены без каких-либо отрицательных послеоперационных неврологических нарушений.
CSM будет рассматриваться для пациента с эпилепсией при соблюдении двух условий: испытание противоэпилептических препаратов не позволило контролировать припадки и существует вероятность того, что операция принесет пользу пациенту. Из-за характера процедуры CSM используется только после того, как неинвазивные процедуры не позволили полностью локализовать и лечить пациента.
Инвазивные электроды - это стереотаксически расположенные электроды или субдуральная полоска или сетчатый электрод. Используя информацию, полученную с помощью CSM, можно выполнить ограниченную резекцию эпилептогенного мозга. При фокальной эпилепсии резекционная хирургия является одним из основных вариантов лечения лекарственно-устойчивой эпилепсии. Благодаря методике CSM, обычно с использованием трепанации черепа в сознании, нейрохирург имеет возможность контролировать работу пациента во время резекции и стимуляции мозга.
Картирование корковой стимуляции может использоваться в нейроонкологии как инструмент для определения областей мозга пациента, которые имеют решающее значение для таких функций, как языковые и моторные пути. Эта процедура считается стандартной для операций с глиомой, чтобы уменьшить потерю двигательной функции и общую заболеваемость. Предоперационное планирование позволяет врачу максимально избегать этих областей высокого риска во время резекции опухоли, сводя к минимуму потенциальную потерю функции и развитие последствий.
пациентов, чей хирург использует картирование кортикальной стимуляции для оценки анатомии и функция роландических областей имеют больше шансов и более быструю скорость восстановления исходной функции после операции, чем у тех, кто перенес операции, которые избегают этой техники. То же самое можно сказать о преимуществах картирования языковых областей с помощью техники корковой стимуляции перед резекцией глиомы. Оценка и минимизация ущерба от операций на участках, затрагивающих язык, приводит к большему и более быстрому восстановлению общей языковой функции.
Несмотря на функциональный выигрыш от сохранения этих красноречивых корковых областей, факторы риска и пользы все еще учитываются.. Было показано, что более полное удаление опухоли может увеличить продолжительность жизни пациентов с глиомой; однако увеличение количества удаляемой мозговой ткани может также вызвать изнурительное снижение функции. Таким образом, картирование корковой стимуляции помогает определить максимальное количество ткани, которое можно удалить, сохраняя при этом качество жизни пациента.
Картирование затылочной коры может быть использовано при разработке протезов для слепых. Было обнаружено, что электрическая стимуляция затылочной доли вызывает зрительные иллюзии, называемые фосфенами, например свет, цвета или тени, которые наблюдались в ранних экспериментах Пенфилда и Джаспера.. Первое зарегистрированное создание искусственного зрения было в экспериментах, проведенных Бриндли и Добеллем, где они смогли позволить слепым пациентам «видеть» маленькие символы посредством корковой стимуляции. Известно также, что электрическая стимуляция затылочной доли вызывает появление небольших цветных кругов, обычно в центре поля зрения пациента. Визуальные галлюцинации, такие как движущиеся геометрические узоры и движущиеся цветные фосфены, также наблюдались при корковой стимуляции. Электроды на затылочной поверхности коры имеют тенденцию производить мерцающие фосфены, в то время как электроды, вставленные глубже в кортекс, производят устойчивые цвета. первичная зрительная кора, отвечающая за создание более сложных изображений, расположена глубже в калькариновой щели затылочной доли, поэтому для эффективной стимуляции этих областей требуется внутрикортикальная стимуляция. В интракортикальной стимуляции используется электрод, который проникает глубже в мозг для более эффективной стимуляции первичной зрительной коры, в отличие от попытки работать только с поверхности мозга, что может вызывать непреднамеренные визуальные сигналы, боль и повреждение нервной ткани.
Для пациентов с глаукомой и атрофией зрительного нерва существующие протезы сетчатки не подходят, поскольку зрительный нерв поврежден, поэтому протез с корковой стимуляцией остается надеюсь предложить некоторую функцию зрения. Кортикальный зрительный протез - многообещающий объект исследования, поскольку у большинства слепых пациентов он нацелен на нейроны, расположенные за пределами очага заболевания. Однако остаются серьезные проблемы, такие как воспроизводимость у разных пациентов, долгосрочные эффекты электростимуляции и более высокая сложность зрительной организации в первичной зрительной коре по сравнению с сетчаткой.
Другой сайт исследования зрения Протез с корковой стимуляцией - это сам зрительный нерв, который содержит нервные волокна, ответственные за все поле зрения. Исследования в этой области все еще продолжаются, и небольшой размер зрительного нерва и высокая плотность нервных волокон по-прежнему препятствуют этому подходу
Кортикальная стимуляция картирование (CSM) считается золотым стандартом для картирования функциональных областей мозга для создания предоперационного плана, который максимизирует функциональный результат пациента. История положительных результатов и объем уже установленной информации о методе CSM делают его полезным для клинических и исследовательских приложений. Однако из-за того, что он является интраоперационной техникой, растет споры о его статусе как предпочтительного метода. Вместо этого рассматривается транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС), новая процедура, которая не несет такого же хирургического риска.
Транскраниальная магнитная стимуляция в качестве альтернативы приобретает все больший интерес. инструмент для изучения взаимосвязей между конкретными областями коры и функцией мозга, особенно потому, что его неинвазивный характер имеет преимущество перед CSM. Кроме того, из-за растущего объема исследований, направленных на изучение многих медицинских применений TMS, в конечном итоге у нее может быть больше приложений, чем у CSM. Например, эта процедура успешно использовалась для измерения скорости проводимости в центральных моторных путях, что делает ее полезным инструментом для тех, кто изучает рассеянный склероз. Точно так же TMS также исследуется на предмет ее возможностей в качестве долгосрочной и, возможно, более рентабельной терапевтической альтернативы для лечения хронических психических расстройств, таких как большая депрессия, а также ее использования в качестве средства помощи при инсульт восстановление. Однако, хотя терапевтическая ТМС в целом является многообещающей, ее успех все еще неясен и не подтвержден в ряде исследований. Это верно в отношении исследований пациентов с болезнью Паркинсона, получавших длительную терапию ТМС. Хотя изначально казалось, что эти субъекты улучшили свои результаты в тестах на координацию движений, эти результаты непостоянно воспроизводимы. Тот же тип результатов наблюдается в исследованиях шизофрении, где было показано, что когнитивные способности у пациентов с шизофренией, получавших ТМС, сильно варьируются. Такие результаты предполагают, что доказательства эффектов ТМС отсутствуют, а нейробиологические механизмы этого метода все еще недостаточно изучены. Из-за этих неопределенностей исследования этого метода продолжаются, и многое еще предстоит определить в отношении его точного воздействия на состояние активации мозга. Для сравнения, CSM, обладающий преимуществами более изученного метода, часто по-прежнему предпочтительнее.
Безопасность также должна быть рассмотрена в отношении обоих методов. На данный момент руководство Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) одобрило использование ТМС только для лечения депрессии. Хотя этот метод не имеет известных длительных побочных эффектов, за исключением нескольких зарегистрированных случаев индуцированных судорог, к нему по-прежнему относятся с осторожностью из-за его относительной новизны в клиническом использовании. CSM получил одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для использования в картировании корковой стимуляции, особенно в случаях судорог и лечения глиомы, а также для помощи в размещении электродов внутри мозга.
