csercsa richárd témavezető: dr. ulbert istván 2007. január 22
DESCRIPTION
Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar. A lassú alvási oszcillációk intrakortikális generátorainak elemzése krónikusan beépített multielektróddal epilepsziás páciensekben. Csercsa Richárd Témavezető: Dr. Ulbert István 2007. január 22. Célkitűzés. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
A lassú alvási oszcillációk intrakortikális generátorainak elemzése krónikusan beépített multielektróddal epilepsziás páciensekben
Csercsa Richárd
Témavezető: Dr. Ulbert István2007. január 22.
Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Kar
CélkitűzésCélkitűzés
A lassú hullámú alvás vizsgálata emberben, ehhez krónikusan beépített multielektród elvezetéseket használva.
Egy Matlab-alapú, mezőpotenciál- és multiunit-elemző program kifejlesztése.
Ennek képesnek kell lennie a különböző állapotok detektálására, CSD és MUA térképek készítésére, valamint fázis hisztogramok kiszámítására.
AlvásAlvási szakaszoki szakaszokNemNem-REM: -REM:
1. szakasz: alfa hullámok, izomrángások (5-10%)
2. szakasz: alvási orsók, K-komplexumok (45-55%)
3. szakasz: delta hullámok (3-8%)
4. szakasz: delta hullámok, 2 Hz alatti lassú oszcillációk, lehetséges éjszakai felrettenések, alvajárás (10-15%)
REM: REM:
- gyors szemmozgás
- ébrenléthez hasonló hullámok (paradox fázis)
- izomernyedtség
- álom
SLOW WAVE SLEEP
LASSÚHULLÁM
ÚALVÁS
Lassú hullámú alvás Lassú hullámú alvás (SWS)(SWS)
Nem-REM alvás 3., 4. szakasza (mély alvás)
Memória konszolidáció
Epilepsziás rohamok gyakran SWS-ben alakulnak ki
Az agykéreg távolabbi területei között is nagy a korreláció SWS-ben
Távolság (mm)
ÉBER & REM
SWSSWS
Ko
rrel
áció
SWSSWS macsk macskáábanbanFelszín pozitív, mély negatív potenciál: depolarizációs fázis (up state)Felszín negatív, mély pozitív potenciál: hiperpolarizációs fázis (down state)
Depolarizációs fázis: gyors oszcillációk megjelenése, sok akciós potenciálHiperpolarizációs fázis: gyors oszcillációk hiánya, kevés akciós potenciál
mély felszín
mély
Intracelluláris jel
hiperpol.depol. hiperpol.depol.
0.2 sMezőpotenciál
ElektródaElektróda
kimenetikábel
test
hegy
regisztráló kontaktus szúrt csatorna
hisztológiai metszet
kortikális rétegek
Szúrt csatorna hisztológiája
Elektróda sematikus rajza
Rajzszög elektróda
MűtétMűtét
grid
rajzszög
du
ra
MRI
MRI felvételek
Fényképa műtétről
Elektródaháló elhelyezkedése
rajzszög
rajzszög
SzoftverfejlesztésSzoftverfejlesztés SpikeSolution Magony
Andorral
30 hónapos munka
Matlab
Nyitó képernyő
Állapot-detekció - Hilbert-Állapot-detekció - Hilbert-transzformációtranszformációA jel fázisát mutatja. A detekció folyamata:
1. Szűrés 0.5-3 Hz között,
2. Hilbert transzformáció.
-π π0
0
DOWN UP
DOWN UP
DOWN
Eredeti jel
Szűrt jel
Hilbert-transzformált
Állapot-detekció - MUAÁllapot-detekció - MUASok közeli sejt aktivitását mutatja, de a posztszinaptikus
potenciálok nem vesznek részt benne.
A detekció folyamata:
1. Egyenirányítjuk a jelet,
2. Meghatározunk egy küszöb értéket, ami fölött up-, és alatta down-state.
UP DOWN
Ez a detekció nem szolgáltat információt az oszcilláció fázisáról.
MUA
Detektált állapotok
küszöbszint
Állapot-detekció - Gamma-Állapot-detekció - Gamma-oszcillációoszcillációAz up-state fázisra jellemző.
A detekció folyamata:
1. Szűrés gamma sávban (20-100 Hz),
2. Négyzetes átlag 50 ms-os ablakkal, hogy megkapjuk a gamma oszcilláció teljesítményét,
3. A kapott jel hisztogramja bimodális lesz,
4. A két csúcs közötti völgyben állapítjuk meg a küszöbértéket, ami fölött up-, alatta down-state.
DOWN UP
Eredeti jel
Szűrt jel
Négyzetes átlag
Detektált állapotok
Bimodális hisztogram
CSD – Áram Forrás CSD – Áram Forrás SűrűségSűrűség
Neuronpopuláció transzmembrán áramainak összegzése egy adott környezetben.
• Sink (nyelő, piros): áram be a sejtekbe – szinaptikus depolarizáció (Na+ beáramlás) vagy source kiegyenlítő árama.
• Source (forrás, kék): áram ki a sejtekből – hiperpolarizáció (K+ ki-, vagy Cl- beáramlás) vagy sink kiegyenlítő árama.
-50 0 50 100 150 200
2
4
6
8
10
12
14-3
-2
-1
0
1
2
3
ms
felszín
mély
idő
csatornák száma
Fázis PSTHFázis PSTH
0 5 10 15 20 25 30 350
10
20
30
40
50
60
70
80
Megmutatja, hogy az események (esetünkben a sejtaktivitás) a lassú oszcilláció mely fázisába esnek.
A piros görbe a lassú oszcillációt, a kék oszlopok a sejtaktivitás hisztogramját ábrázolják.
ese
mén
yszá
m
fázis
Biológiai eredményekBiológiai eredmények
2-
4-
6-
8-
10-
12-
14-
15-
18-
+256 µV
2 s
+4 µV
2 s
Mezőpotenciál MUA
DOWN UP DOWN UP
felszín
mélyidő
csa
torn
ák
szá
ma
Mezőpotenciál, MUAMezőpotenciál, MUAZöld görbe: mezőpotenciál up-state-re átlagolva,
piros görbe: soksejt-aktivitás.
ms-700.0 -450.0 -200.0 50.0 300.0 550.0
µV 0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
-5.0
-10.0
-15.0
-20.0
-25.0
DOWN UP DOWN
idő
amp
litú
dó
CSD, MUA térképCSD, MUA térkép
-600 -400 -200 0 200 400 600
2
4
6
8
10
12
14
16
18 -10
-5
0
5
10
-600 -400 -200 0 200 400 600
2
4
6
8
10
12
14
16
18
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
CSD térkép
MUA térkép
I - II
III - IV
V
VI
I - II
III -IV
V
VI
DOWN UP DOWN
DOWN UP DOWN ms
ms
kérg
i ré
teg
ekké
rgi
réte
gek
idő
forrás
nyelő
Idő-frekvencia analízisIdő-frekvencia analízisGamma oszcilláció (20-50 Hz) csak up-state-ben látható
-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50
-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50-1000 0 1000
10
20
30
40
50
III - IV
V VI
I - IIHz
ms
DOWN UP
idő
frek
ven
cia
kérgi rétegek
MUA-Fázis PSTHMUA-Fázis PSTH
5 10 15 20 25 30 350
5
10
15
20
25
30
35
40
45
5 10 15 20 25 30 350
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25 30 350
20
40
60
80
100
120
140
5 10 15 20 25 30 350
10
20
30
40
50
60
70
5 10 15 20 25 30 350
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30 350
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 5 10 15 20 25 30 350
50
100
150
200
0 5 10 15 20 25 30 350
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20 25 30 350
5
10
15
20
25
30
35
5 10 15 20 25 30 350
10
20
30
40
50
60
70
80
90
I - II
V
III - IV
VI
DOWN UP DOWN
es
em
én
ys
zám
fázis
kérgi rétegek
ÖsszefoglalásÖsszefoglalás• Mély, nem-REM alvás alatt, lassú (2 Hz alatti) oszcilláció
mutatható ki emberben is intrakortikálisan,
• Erre az oszcillációra felszíni pozitív és negatív mezőpotenciál-komponensek váltakozása jellemző.
• A felszíni pozitív mezőpotenciál-komponensek alatt a mélyben negativitás észlelhető, valamint a kéreg összes rétegében gyors gamma oszcilláció és fokozott sejttüzelés. A CSD középső rétegbeli sinkkel, felszíni source-szal jellemezhető; a macska analógiájára ezt up-state-nek nevezzük.
• A felszíni negatív mezőpotenciál-komponensek alatt a mélyben pozitivitás észlelhető, valamint a kéreg összes rétegében a gyors gamma oszcilláció és a sejtaktivitás hiánya. A CSD középső rétegbeli source-szal, felszíni sinkkel jellemezhető; a macska analógiájára ezt down-state-nek nevezzük.
• Ezek alapján kijelenthetjük, hogy elsőként sikerült kimutatnunk ezen oszcilláció jelenlétét emberben, melynek részeredményeit a 2006. júliusi FENS Idegtudományi Forumon poszter formájában is bemutattuk.
KöszönetnyilvánításKöszönetnyilvánítás
Dr. Karmos Dr. Ulbert Dr. Wittner Boldizsár György István Luca Edit
Köszönjük a Köszönjük a figyelmet!figyelmet!
Magony Dombovári Grand Kottra Andor Balázs László Péter