This work was supported by the European Union FP 7 project DECODER and the European Union ODI Project COMAWARE.

Tutte le fasi di questo protocollo sono conformi ai principi della dichiarazione di Helsinki. 1. Impostazione del sistema <ol><li> Utilizzando un cavo USB, collegare l&#39;amplificatore al computer che esegue il software e accendere l&#39;amplificatore. </li><li> Collegare il dongle hardware a uno slot USB gratuito del computer. NOTA: è necessario eseguire il software. </li><li> Mettere il bracciale polarizzatore antistatico sul polso del soggetto e collegarlo ad una spina di alimentazione libera. NOTA: Questa banda è progettata per aiutare a mettere a terra l&#39;oggetto alla terra per ridurre il rumore che può influenzare la qualità EEG. </li><li> Collegare la scatola del driver con il cavo USB ad una fessura libera del computer. </li><li> Collegare il cavo di trigger alla scatola driver come segue: <ol><li> Collegare il connettore &quot;g.STIMbox OUT 5&quot; a &quot;OUT 5&quot; della scatola driver. </li><li> Collegare il connettore &quot;g.STIMbox OUT 6&quot; a &quot;OUT 6&quot; del driver bbue. </li><li> Collegare il connettore &quot;g.STIMbox OUT 7&quot; a &quot;OUT 7&quot; della scatola driver. </li><li> Collegare il connettore &quot;g.USBamp DIO 1&quot; alla presa &quot;DIG I / O 1&quot; del g.USBamp. </li><li> Collegare i tre tattori a OUT 1, OUT 2 e OUT 3 della scatola driver. </li><li> Collegare il connettore &quot;TRIG OUT&quot; alla presa &quot;TRIG OUT&quot; della scatola adattatore trigger audio. </li></ol></li><li> Prendete il nastro adesivo e fissate un tattico sul polso sinistro, un altro sul polso destro e un terzo sulla caviglia destra. </li><li> Collegare un cavo del connettore audio maschio / maschio all&#39;uscita audio del computer e alla presa della scatola adattatore trigger audio contrassegnata con &quot;AUDIO IN&quot;. Accendere la casella dell&#39;adattatore del trigger audio e controllare se il LED di stato della batteria è verde. </li><li> Avviare il software, osservare una finestra chiamata &quot;Aggiungi medico&quot;. Digita il titolo, il nome, l&#39;istituzione e il reparto nei campi vuoti. ClicK su &quot;Aggiungi&quot; per aprire un&#39;altra finestra. </li><li> Immettere il nome del paziente, la città, il paese, la data di nascita e la data di check-in nella finestra. </li><li> Fai clic sul pulsante verde &quot;+&quot; sotto la freccia blu nella sezione in basso a destra del programma. Inserisci il testo &quot;Primo test&quot; nel campo &quot;Nome&quot; e &quot;Conoscere il software&quot; nel campo &quot;Dettagli&quot; vuoto. NOTA: è necessario immettere informazioni in tutti i campi vuoti per procedere con il programma. </li><li> Infine, fare clic sul pulsante &quot;Seleziona questo paziente&quot;. </li><li> Collegare 16 canali EEG alla testa del soggetto utilizzando un tappo di elettrodo. Usare le posizioni: FC3, FCz, FC4, C5, C3, C1, C2, C4, C6, CP3, CP1, CPz, CP2, CP4 e Pz secondo il sistema esteso internazionale 10-20 14 . Mettere un elettrodo di riferimento sul lobo destro corretto e un elettrodo di terra sulla fronte. </li><li> Per posizionare correttamente il tappo sulla testa del soggetto,Utilizzare una misura a nastro per misurare la distanza tra la nasione e l&#39;inione, nonché la distanza tra i punti preauricolari sinistro e destro. Assicurarsi che l&#39;elettrodo nella posizione verticale, Cz, sia al centro di queste due distanze. Mettere sul cappuccio dell&#39;elettrodo e allineare questa posizione misurata con la posizione Cz del cappuccio dell&#39;elettrodo. Il tappo dell&#39;elettrodo è ora in posizione corretta. </li><li> Collegare gli elettrodi alla scatola di collegamento dell&#39;elettrodo, seguendo le impostazioni descritte nel passaggio 1.12. Collegare la scatola di collegamento dell&#39;elettrodo all&#39;amplificatore biosigno e assicurarsi che l&#39;amplificatore e la scatola di connessione siano accesi. </li><li> Iniettare un sufficiente gel elettrodo negli elettrodi per creare un collegamento tra la pelle e gli elettrodi. </li></ol> 2. Valutazione uditivo P300 <ol><li> Dopo aver inserito le informazioni del paziente, fai clic sul pulsante &quot;Auditory P300&quot; sul lato sinistro dello schermo. Fai clic sul pulsante &quot;Valutazione&quot; sul ri riGht per iniziare la fase di valutazione. </li><li> Controllare la qualità del segnale dell&#39;EEG. L&#39;immagine con il cervello sul lato destro dello schermo fornisce una guida a colori codificata alla qualità del segnale di ciascun elettrodo, con rosso per cattiva qualità del segnale, giallo per qualità del segnale accettabile e verde per una buona qualità del segnale. </li><li> Aprire il menu delle impostazioni tramite il pulsante Impostazioni e confermare che si possono ascoltare i segnali acustici. Presentare questi bip con due frequenze diverse al soggetto e spiegare il compito, che è quello di contare ciascuno dei segnali acustici ad alta frequenza. </li><li> Mettere gli auricolari nelle orecchie dell&#39;utente e fare clic sul pulsante di avvio. </li><li> Una volta terminata la valutazione, controllare la pagina dei risultati e la trama di precisione ( figure 1 e 2 ). Se il livello di precisione è inferiore al 40%, ripetere l&#39;esecuzione. NOTA: se la precisione del soggetto è inferiore al 40%, la comunicazione affidabile è improbabile, almeno con quel paradigma e la sessione di registrazione. Tuttavia, valutazioni con altriApprocci e / o tempi diversi potrebbero produrre risultati diversi. </li></ol> 3. Vibrotactile P300 Valutazione con 2 stimolatori <ol><li> Fai clic sul pulsante &quot;Vibrotactile 2 Tactor &quot; sul lato sinistro dello schermo; Quindi fare clic sul pulsante &quot;Valutazione&quot; in basso a destra per avviare l&#39;esecuzione della valutazione. Ripetere il passo 2.2. </li><li> Aprire il menu delle impostazioni tramite il pulsante impostazioni per confermare che si possono sentire le vibrazioni dei tattori. Istruite al soggetto di sentire vibrazioni sui polsi destro e sinistro. Il compito è quello di contare il numero di stimoli di vibrazione sul polso sinistro. Dopo le istruzioni, fare clic sul pulsante di avvio. </li><li> Una volta terminata la valutazione, controllare la pagina dei risultati e la trama di precisione. Se il livello di precisione è inferiore al 40%, ripetere l&#39;esecuzione. NOTA: se la precisione del soggetto è inferiore al 40%, la comunicazione affidabile è improbabile, almeno con quel paradigma e la sessione di registrazione. Tuttavia, asiniCon altri approcci e / o in tempi diversi potrebbe produrre risultati diversi. </li></ol> 4. Vibrotactile P300 Valutazione con 3 stimolatori <ol><li> Fai clic sul pulsante &quot;Vibrotactile 3 Tactor&quot; sul lato sinistro dello schermo e fai clic sul pulsante &quot;Valutazione&quot; in basso a destra per avviare l&#39;esecuzione della valutazione. </li><li> Ripetere il passo 2.2. Aprire il menu delle impostazioni tramite il pulsante impostazioni per confermare che si possono sentire le vibrazioni dei tattori. </li><li> Indica al soggetto che si sentirà vibrazioni sui polsi destro e sinistro e sulla caviglia destra e sentirà il comando &quot;SINISTRA&quot; o &quot;DESTRA&quot; tramite le cuffie. Chiedere al soggetto di contare gli stimoli sulla mano selezionata fino a quando compare il comando successivo o l&#39;esecuzione finita. NOTA: &quot;SINISTRO&quot; significa che il soggetto deve contare gli stimoli di vibrazione sul lato sinistro, mentre il &quot;DESTRA&quot; indica al soggetto di contare gli stimoli sul polso destro. </li&gt; <li> Inserire gli auricolari nelle orecchie del soggetto e fare clic sul pulsante di avvio. </li><li> Dopo aver completato la procedura di verifica, controllare la pagina dei risultati e la trama di precisione. Se il livello di precisione è inferiore al 40%, ripetere l&#39;esecuzione. NOTA: se la precisione del soggetto è inferiore al 40%, la comunicazione affidabile è improbabile, almeno con quel paradigma e la sessione di registrazione. Tuttavia, le valutazioni con altri approcci e / o in tempi diversi potrebbero produrre risultati diversi. </li></ol> 5. Comunicazione Vibrotactile P300 con 3 stimolatori <ol><li> Fai clic sul pulsante &quot;Vibrotactile 3 Tactor&quot; sul lato sinistro dello schermo. Fai clic sul pulsante &quot;Comunicazione&quot; in basso per avviare l&#39;esecuzione della comunicazione. </li><li> Ripetere il passo 2.2. Aprire il menu delle impostazioni tramite il pulsante Impostazioni e confermare che le vibrazioni dei tattori si possono sentire. Nel menu delle impostazioni, selezionare il classificatore con il livello di precisione più alto. Questo è di solito il classificatore con ilIl livello di precisione più alto determinato dal sistema. </li><li> Indica l&#39;argomento che sentirà vibrazioni sui polsi destro e sinistro e sulla caviglia destra. Indica al soggetto di sentire una domanda e dovrebbe rispondere a &quot;SI&quot; o &quot;NO&quot;. Per rispondere &quot;SÌ&quot;, chiedi al soggetto di contare gli stimoli sulla sinistra; Per rispondere &quot;NO&quot;, chiedere al soggetto di contare gli stimoli sulla destra. </li><li> Chiedere al paziente una domanda che potrebbe essere risolta con &quot;SI&quot; o &quot;NO&quot;. Dopo di che, clicca sul pulsante &quot;Avvia nuova domanda&quot; . NOTA: quando la sequenza è terminata, il software presenta la risposta. Può essere &quot;SÌ&quot;, &quot;NO&quot;, o nessuna risposta (se il software non è in grado di rilevare con precisione i modelli cerebrali). </li></ol> 6. valutazione MI <ol><li> Fai clic sul pulsante &quot;Immagini di motori&quot; sul lato sinistro dello schermo. Fai clic sul pulsante &quot;Valutazione&quot;In basso a destra per avviare il percorso di valutazione. </li><li> Ripetere il passo 2.2. Aprire il menu delle impostazioni tramite il pulsante Impostazioni e confermare che i comandi audio possano essere ascoltati tramite gli auricolari. </li><li> Istruite al soggetto di sentire un bip, seguito da un comando che dice &quot;SINISTRA&quot; o &quot;DESTRA&quot;. Istruite al soggetto di provare a spremere una palla con la mano sinistra dopo il comando &quot;SINISTRA&quot; e stringere una palla con la mano destra dopo il comando &quot;DESTRA&quot;. Chiedere all&#39;oggetto di smettere di immaginare la spremitura non appena il soggetto sente il comando &quot;RELAX&quot;. NOTA: In totale, 60 comandi in ordine casuale saranno riprodotti. </li><li> La durata dura 8 minuti. Fai clic sul pulsante di pausa dopo circa 4 minuti, attendi circa 1 minuto e continua l&#39;esecuzione. NOTA: La pausa è stata progettata per aiutare il soggetto a mantenere la concentrazione durante l&#39;esecuzione. </li><li> Dopo la valutazione, controllare la pagina dei risultati e la trama di precisione (figure 3 e 4). NONE: Se il livello di precisione è al di sotto del livello di significatività, ripetere l&#39;esecuzione. Se l&#39;esattezza rimane al di sotto di questo livello di significatività, la comunicazione affidabile è improbabile, almeno con quel paradigma e la sessione di registrazione. Tuttavia, le valutazioni con altri approcci e / o in tempi diversi potrebbero produrre risultati diversi. </li></ol> 7. Comunicazione MI <ol><li> Fai clic sul pulsante &quot;Immagini di motori&quot; sul lato sinistro dello schermo. Fare clic sul pulsante &quot;Comunicazione&quot; in basso a sinistra per avviare l&#39;esecuzione della comunicazione. Ripetere il passo 2.2. </li><li> Aprire il menu delle impostazioni con il pulsante di impostazione e selezionare il classificatore con la massima precisione di classificazione. </li><li> Istruite al soggetto di dire che dopo il segnale acustico può fornire una risposta alla domanda che è stata posta in precedenza. Per dire &quot;SÌ&quot;, chieda al paziente di immaginare di spremere una palla con la mano sinistra. Per dire &quot;NO&quot;, il paziente dovrebbe immaginare di spremere una palla con la destra he. </li><li> Chiedere al paziente una domanda che potrebbe essere risolta con &quot;SI&quot; o &quot;NO&quot;. Dopo di che, clicca sul pulsante &quot;Avvia nuova domanda&quot; . NOTA: quando la sequenza è terminata, il software presenta la risposta ( Figura 5 ). Può essere &quot;SÌ&quot; o &quot;NO&quot;. </li></ol>

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The author Christoph Guger is CEO of g.tec medical engineering GmbH, which produces the instruments used in this article. The co-author Alexander Heilinger is an employee of g.tec medical engineering GmbH.

La ricerca precedente da numerosi gruppi ha dimostrato che alcuni pazienti DOC possono mostrare consapevolezza attraverso valutazioni basate su fMRI o EEG, anche se le valutazioni basate su comportamenti suggeriscono altrimenti. Pertanto, esiste una chiara necessità di nuovi sistemi e paradigmi che possono più accuratamente valutare la coscienza cosciente e persino fornire comunicazione. Idealmente, questi sistemi dovrebbero essere economici, portatili, robusti per il rumore nelle impostazioni del mondo reale e facili da usare (sia per il paziente che per l&#39;operatore del sistema). I protocolli e il sistema presentati qui servono due obiettivi: aiutare a valutare il livello di coscienza in persone con DOC e per stabilire un nuovo canale di comunicazione per le persone incapaci di comunicare attraverso l&#39;attività di discorso, di occhio o di altre attività che richiedono il controllo muscolare. I paradigmi all&#39;interno del protocollo sono stati progettati per testare le risposte basilari nei primi passi. Se vengono rilevate le risposte cerebrali di base attese, è possibile andare oltre e tI paradigmi più complessi, che sono il vibraattile P300 con tre tattori e il MI. Questi due paradigmi potrebbero essere utilizzati anche per creare un canale di comunicazione. La qualità del segnale EEG è fondamentale in tutti questi protocolli. A volte, i dati EEG non possono essere distinti dal rumore; Alcune esperienze nell&#39;analisi EEG sono necessarie per riconoscere e gestire dati rumorosi. I metodi di valutazione standard attuali, oltre ad essere inaffidabili, sono anche di lunga durata e richiedono un team di esperti. Pertanto, i pazienti sono spesso valutati solo una volta, anche se la consapevolezza cosciente di un paziente può fluire drammaticamente in tempi diversi. Il protocollo qui presentato potrebbe essere facilmente ripetuto più volte. I pazienti che non presentano consapevolezza consapevole potrebbero produrre risultati diversi in un&#39;altra volta. Inoltre, una singola prova di valutazione potrebbe essere eseguita prima di ogni tentativo di comunicazione per confermare che il soggetto è attualmente in uno stato cosciente. AnothLa ragione per implementare diversi paradigmi nel protocollo è perché alcune persone possono eseguire male con un paradigma ma eseguire molto bene con un altro. Allo stesso modo, le persone potrebbero preferire un paradigma perché sembra più facile per loro. Dopo aver esplorato diverse opzioni con diversi paradigmi, i pazienti potrebbero scegliere l&#39;approccio che preferiscono. Ciò è coerente con l&#39;approccio BCI &quot;ibrido&quot;, che supporta la fornitura di più opzioni di comunicazione per migliorare l&#39;efficacia della comunicazione e la soddisfazione degli utenti. I punti di precisione, in combinazione con il livello percentuale di classificazioni corrette, hanno un risultato oggettivo che riflette quanto bene l&#39;algoritmo di riconoscimento dei pattern possa discriminare i diversi stati del cervello durante i compiti. Pertanto, non è necessaria alcuna interpretazione soggettiva dei modelli cerebrali o delle risposte medie. La comunicazione vibroattile con tre tattori è stata testata su un gruppo di sei pazienti cronici bloccatiTs 15 . Hanno raggiunto una precisione media durante la comunicazione del 55,3%, e tutti erano al di sopra del livello di probabilità del 12,5%. L&#39;attività di comunicazione MI è stata testata su un gruppo di venti utenti sani 13 , con una precisione media di circa l&#39;80%. Solo una delle venti persone ha avuto una precisione di controllo sotto il livello di caso. È importante menzionare che una corsa o anche una sessione completa con scarsa precisione non dimostra definitivamente che non esiste alcuna risposta al cervello o nessuna coscienza all&#39;interno del soggetto. Significa solo che il sistema non è riuscito a individuare le risposte volontarie del cervello. Ciò potrebbe verificarsi a causa della scarsa qualità del segnale, della difficoltà di sentire o di comprendere le istruzioni di compiti o semplicemente perché una minoranza di soggetti non è in grado di produrre l&#39;attività EEG desiderata, nonostante l&#39;attività. In linea con i lavori precedenti del nostro gruppo e altri, il lavoro presentato dimostra che è consigliabile valutareIl livello di coscienza nei pazienti affetti da DOC con tecniche di imaging cerebrale. La fMRI è anche una tecnica utile per monitorare l&#39;attività cerebrale attuale del paziente. E &#39;stato dimostrato che i paradigmi eccentrici che provocano potenziali evocati, nonché motore immagini e altri compiti, possono produrre risposte emodinamiche che possono essere rilevate da fMRI 17, 18. Rispetto a fMRI, l&#39;EEG ha notevoli vantaggi: gli strumenti basati su EEG possono essere applicati a letto, senza attrezzature costose e non portatili e richiedono una notevole esperienza. Il trasporto del paziente allo scanner e il rumore acustico dello scanner possono essere sia stressanti per il paziente. Vicino alla spettroscopia a infrarossi (NIRS) è portatile e può avere una risoluzione spaziale leggermente migliore rispetto a EEG, ma ha peggiore risoluzione temporale 19 . NIRS è adatto per monitorare MI 20 , 21 , ma non per il poto evocatontials. Ad esempio, Naseer e Hong 22 hanno dimostrato un&#39;alta precisione di classificazione per MI-BCI utilizzando fNIRS. Con prove che hanno durato ogni 50 secondi, hanno raggiunto 77,35% per MI e 83% per MI a destra. Con BCI basati su EEG, Guger et al. 23 ha rilevato che circa il 20% di 99 sessioni raggiunse un&#39;accuratezza superiore all&#39;80% e un ulteriore 70% delle 99 sessioni raggiunse un&#39;accuratezza superiore al 60%. Ortner et al. Ha mostrato una precisione media di picco di circa 80% utilizzando il metodo CSP. Questo metodo richiede più elettrodi EEG rispetto a quelli utilizzati da Guger e colleghi, ma si traduce in tassi di precisione più elevati. Utilizzando il metodo CSP, Ramoser et al. 23 ha dimostrato che un aumento degli elettrodi da 18 a 56 non migliora significativamente le prestazioni; Pertanto concludiamo che il numero scelto di 16 elettrodi nel nostro metodo è sufficiente. Recentemente, Coyle et al . Usato CSP per classificare e addestrare MI in DOC patieNts 16 . Tutti e quattro i soggetti hanno dimostrato una significativa e appropriata attivazione del cervello durante la valutazione. Valutare l&#39;MI attraverso un ibrido NIRS-EEG BCI potrebbe determinare un&#39;elevata precisione di classificazione, come Khan et al. 20 hanno mostrato. Questo potrebbe essere una direzione futura promettente, anche se un ulteriore strumento di neuroimaging aumenta la complessità ei costi del dispositivo. Il protocollo qui presentato fornisce uno strumento relativamente semplice per valutare le risposte cerebrali all&#39;interno del segnale EEG dei pazienti DOC. L&#39;interpretazione di questi risultati di classificazione e l&#39;attuazione di eventuali modifiche a farmaci, terapie o altri trattamenti medici richiedono ancora esperti medici. Le direzioni future di questo metodo potrebbero essere tecniche di stimolazione più avanzate usando un maggior numero di gradi di libertà. Ad esempio, invece di offrire strumenti per dire solo &quot;SI&quot; o &quot;NO&quot;, i dispositivi futuri potrebbero consentire una maggiore possibilità di rispostaRs a una domanda. In un ulteriore passo, si potrebbero anche utilizzare risposte basate sul contesto. Ad esempio, se il paziente ha un lettore musicale in esecuzione, si potrebbe offrire la possibilità di controllare il livello sonoro o passare alla song successiva. Inoltre, il paradigma MI deve essere testato nei pazienti DOC.

La diagnosi dei pazienti in Stato Vegetativo (VS) o Minimal Conscious State (MCS) è difficile e si verificano spesso le classificazioni. Uno studio nel 2009 ha confrontato l&#39;accuratezza della diagnosi tra il consenso clinico e una valutazione neurocorsa 1 . Su 44 pazienti con diagnosi di VS basati sul consenso clinico del team medico, 18 (41%) sono stati trovati in MCS dopo una valutazione standardizzata con la Coma Recovery Scale-Revised (CRS-R). Questo risultato è coerente con gli studi precedenti, che hanno dimostrato che il 37-43% dei pazienti con diagnosi di VS hanno dimostrato segni di consapevolezza 2 , 3 . Le scale di classificazione sono basate sulle osservazioni comportamentali o sulle valutazioni delle funzioni uditive, visive, verbali e motorie, nonché i livelli di comunicazione e di eccitazione. Le nuove tecnologie che potrebbero aggiungere dati sull&#39;attività del cervello sono uno strumento perfetto per superare le restrizioni imposte da behaScale di valutazione viorale. I pazienti potrebbero essere in grado di modulare le loro risposte al cervello nonostante non siano in grado di produrre le variazioni comportamentali necessarie per la scala di rating. Monti et al. 4 hanno dimostrato che la funzione funzionale di risonanza magnetica (fMRI) potrebbe rilevare cambiamenti volontari nelle risposte a livello dipendente dall&#39;ossigenazione del sangue, che sono correlate all&#39;immaginazione dei movimenti del motore o delle funzioni di immagine spaziale, in 5/54 pazienti con diagnosi di disturbo di coscienza (DOC). Quattro di essi erano stati precedentemente classificati per essere in MCS. Così, in una minoranza di casi, i pazienti che soddisfano i criteri comportamentali per uno stato vegetativo hanno funzione cognitiva residua e persino consapevolezza cosciente. I BCI basati sull&#39;elettroencefalografia (EEG) possono anche rilevare l&#39;attività cerebrale derivante dall&#39;immaginazione o dal tentativo di movimenti motori. Ci sono anche altri paradigmi BCI che possono determinare se una persona può mostrare la consapevolezza volontariamente seguendo una bolla predefinitaK. I BCI basati su EEG hanno altri vantaggi rispetto alle valutazioni basate su fMRI. Ad esempio, i sistemi EEG sono molto più economici e portatili e possono essere facilmente utilizzati al letto del paziente. I principali approcci BCI non invasivi includono i potenziali corticali lenti (SCPs), i P300s, i potenziali visivi a stato stazionario (SSVEPs) e il motore Immagini (MI). Gli SCP hanno fornito bassi tassi di trasferimento di informazioni e richiedono una formazione approfondita (vedi Wolpaw et al. ) 5 , mentre SSVEP richiedono un&#39;attenzione visiva. Entrambi gli approcci non vengono quindi utilizzati in questo protocollo. Con un speller P300, Ortner et al. 5 ha raggiunto un&#39;accuratezza del 70% per le persone con disabilità. Questo numero potrebbe eventualmente aumentare. Ad esempio, Turnip et al. 7 hanno migliorato la loro precisione di classificazione P300 utilizzando un classificatore di rete neurale adattivo. Per questo protocollo, abbiamo selezionato approcci tattili e auditivi P300 oltre al MI, perché entrambiPossono essere utilizzati senza visione e ognuno ha vantaggi unici. MI può fornire una comunicazione più veloce rispetto a un non visuale P300 BCI, mentre i BCI P300 richiedono un po &#39;di formazione. Pertanto, questo protocollo ibrido BCI può implementare un&#39;intera suite di approcci BCI basati su EEG per i pazienti DOC. Inoltre, poiché i compiti sono relativamente rapidi e facili da ripetere, diversi approcci potrebbero essere esplorati ripetutamente con ogni paziente per ridurre il numero di classificazioni non corrette dei pazienti DOC. Sono stati esplorati quattro diversi approcci BCI: (i) auditivo P300, (ii) vibrometile P300 con due stimolatori, (iii) vibraattile P300 con tre stimolatori e (iv) MI. L&#39;approccio P300 uditivo del paradigma utilizza un paradigma auditorio oddball, in cui stimoli devianti (1.000 Hz bip) vengono distribuiti in modo casuale in un treno di stimoli standard più probabili (500 Hz bip). Nel paradigma ii, gli stimoli vengono consegnati tramite stimolatori vibroattili thSono posizionati sui polsi destro e sinistro. Il tattore sul polso sinistro fornisce gli stimoli standard e il tattore sul polso destro fornisce gli stimoli devianti (bersaglio). Per il paradigma iii, uno stimolatore aggiuntivo viene posto sulla caviglia destra del soggetto, o in un&#39;altra posizione, come la metà della schiena. Questo stimolatore fornisce un treno di stimoli standard, mentre i due stimolatori sul polso sinistro e destro forniscono entrambi stimoli devianti. Per valutare la coscienza con i due paradigmi vibroattili, il soggetto viene detto attraverso gli auricolari per contare in modo silenzioso ogni stimolo ad un polso ignorando altri stimoli. Un meccanismo casuale decide se scegliere il polso sinistro o destro, e ogni corsa ha quattro serie di 30 prove ciascuna, con una nuova mano di destinazione per ogni prova. Per i paradigmi i, ii e iii vengono eseguiti i seguenti processi di segnale: sono stati acquisiti otto canali EEG usando una frequenza di campionamento di 256 Hz. La probabilità di uno stimolo deviante è di 1/8; HENCE, ci saranno sette stimoli standard per ogni stimolo deviante. Ogni corsa ha 480 stimoli totali. Una corsa di paradigma mi prende 7 minuti 20 s, mentre ogni corsa di paradigmi ii e iii dura 2 min 30 s. Se il paziente tiene in silenzio ogni stimolo deviante, questi stimoli generano diversi potenziali correlati all&#39;evento (ERPs), compreso il P300, un picco positivo di circa 300 ms dopo l&#39;innesco dello stimolo. Ogni bip dura 100 ms. Per ogni prova dello stimolo, una finestra di 100 ms prima e 600 ms dopo il segnale acustico viene memorizzata per l&#39;elaborazione del segnale. I dati vengono poi scesi in base a un fattore di 12, risultando in 12 campioni per l&#39;intervallo post-stimolo di 60 ms. Infine, tutte le funzionalità del canale di tempo del campione vengono inserite in un&#39;analisi lineare discriminante 8 , con conseguente funzionalità di 12 x 8 = 96. Per calcolare la trama di precisione ( Figura 1 e 2 ), la seguente procedura viene ripetuta dieci volte e i risultati vengono mediati in una singola trama. Le prove devianti e standardSono assegnati in modo casuale in due piscine di uguale dimensione. Una piscina viene utilizzata per formare un classificatore e l&#39;altra piscina viene utilizzata per testare il classificatore. Il classificatore viene testato su un numero crescente di stimoli mediati dalla piscina di prova. In un primo momento, viene testato su un unico deviante e sette stimoli standard. Se il classificatore ha rilevato correttamente lo stimolo deviante, l&#39;esattezza risultante è del 100% ed è altrimenti 0%. Lo stesso avviene per 2 stimoli devianti medi e 14 stimoli standard medi, per 3 stimoli devianti e 21 stimoli standard, e così via fino a quando non viene utilizzato il pool di test completo. Questo produce una trama di 30 valori singoli (per 30 stimoli devianti nel pool di prova), ognuno dei quali 100% o 0%. La media di 10 singole trame comporta valori compresi tra 0 e 100%. Aumentando il numero di stimoli mediatici aumenterà l&#39;accuratezza se il soggetto può seguire l&#39;attività, poiché la media degli stimoli riduce il rumore casuale nei dati. Una precisione significativamente al di là del livello di chance (12.5%) dimostra che una risposta P300 può essere generata nel soggetto e che una risposta nel cervello del soggetto è apparso. I parametri i e ii possono essere utilizzati solo per valutare la coscienza. Se l&#39;accuratezza raggiunta durante la valutazione è superiore al 40%, si può continuare ad utilizzare la comunicazione del paradigma iii o iv. Nel compito di comunicazione del paradigma iii, il soggetto sceglie di concentrarsi sugli stimoli sul lato sinistro se vuole rispondere &quot;SÌ&quot; o sul lato destro per rispondere &quot;NO&quot;. Il classificatore rileva quale mano l&#39;utente stava concentrando e presenta la risposta. Il paradigma iv registra 120 prove, ognuna delle quali dura 8 s, separata da 1 s interruzioni. Questo risultato in 10 sx 120 = 18 minuti di sessione complessiva. Paradigm iv utilizza 16 canali EEG distribuiti sulla corteccia sensomotore. La frequenza di campionamento è di 256 Hz. Ogni prova inizia con una segnalazione, presentata tramite auricolari, che insegna il soggettoImmaginare di spostare la mano sinistra o destra. La sequenza di istruzioni di sinistra e di destra è randomizzata. Per la pre-elaborazione del segnale, viene utilizzato il metodo di Common Spatial Patterns (CSP) 10 , 12 , 13 . Questo metodo produce un insieme di filtri spaziali progettati per ridurre al minimo la varianza di una classe mentre massimizza la varianza dell&#39;altra classe. Ciò comporta quattro caratteristiche, che sono classificate dall&#39;analisi lineare discriminante 8 . L&#39;intera procedura di classificazione è descritta in dettaglio in una recente pubblicazione, che mostra una grande precisione di classificazione media dell&#39;80,7% dopo solo 60 minuti di allenamento in utenti sani 13 . Il calcolo dell&#39;esattezza avviene tramite la convalida incrociata. Ciò si riferisce alla partizione di un campione di dati in sottoinsiemi complementari, eseguendo l&#39;analisi su un sottoinsieme (pool di formazione) e convalidando l&#39;analisi sull&#39;altro sottoinsieme (tesTing pool). Prima della separazione dei dati nelle piscine, le prove contenenti artefatti vengono rifiutate. Un trial è considerato contenere artefatti se il valore assoluto dell&#39;ampiezza supera 100 μV in qualsiasi momento durante il processo. L&#39;accuratezza viene calcolata per tutti i movimenti nel pool di prova entro un tempo di 1,5 s dopo l&#39;avvertimento del segnale acustico fino alla fine della prova, a passi di 0,5 s. Per ogni passaggio e ogni prova, il risultato della classificazione è 100 o 0%. Le accuratezza di tutte le prove del pool di test vengono quindi calcolate per ogni singolo passaggio, con conseguente livelli di precisione che vanno dal 0% al 100%. Infine, nella trama di precisione viene mostrata la media di dieci ripetizioni dei risultati di conferma della croce. Esempi sono riportati nelle figure 3 e 4 . Le tracce sono separate per il movimento dell&#39;immagine nella mano sinistra (giallo), destra (blu) e tutti i movimenti insieme (verde). La linea orizzontale in magenta rappresenta il limite di confidenza, che dipendeDs sul numero di prove utilizzate per l&#39;analisi. Questo è il numero di prove totali meno il numero di prove rifiutate. Esso mostra l&#39;intervallo di confidenza del 95% utilizzando il metodo Clopper Pearson 9 . Un livello di precisione rispetto a quella linea indica che il risultato è statisticamente significativo (alfa &lt;0,05).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="673">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">g.USBamp</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Biosignal amplifier</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Power supply</td>
			<td style="width:133px;">GlobTek Inc.</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Medical mains power supply for the g.USBamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">USB cable</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Connects the g.USBamp to the computer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">EEG electrodes gSCARABEO</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">16</td>
			<td style="width:265px;">Active EEG electrodes</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">EEG electrode gSCARABEOgnd</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">passive ground electrode</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">EEG electrode g.GAMMAearclip</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">active reference electrode</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">g.GAMMAbox</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Connects the amplifier to the EEG electrodes</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">g.USBampGAMMAconnector</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Connects the g.GAMMAbox to the g.USBamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">EEG cap</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">To position electrodes</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:169px;">Computer</td>
			<td style="width:133px;">Hewlett-Packard</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">To run the software. Alternatively computers from other manufacturers could be used.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">g.VIBROstim</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">3</td>
			<td style="width:265px;">Tactors for sensory stimulation</td>
		</tr>
		<tr height="90">
			<td height="90" style="height:90px;width:169px;">Audio trigger adapter box</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">To split up the audio signal into audio commands for the headphones and trigger signals. This box connects to the amplifier.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Anti static wrist band</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">To suppress noise in the EEG</td>
		</tr>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:65px;width:169px;">Trigger cable</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">To connect the audio trigger adapter box and the g.STIMbox to the g.USBamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Audio connector cable</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Audio cable to connect the audio trigger adapter box to the computer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">Hardlock</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">To run the software</td>
		</tr>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:65px;width:169px;">SE215-K</td>
			<td style="width:133px;">Shure Europe GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Noise suppressing earphones. Alternatively other earphones could be used.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">g.STIMbox</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">Driver box for tactile stimulators</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">mindBEAGLE software</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">software package</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:169px;">g.GAMMAgel</td>
			<td style="width:133px;">g.tec medical engineering GmbH</td>
			<td style="width:107px;">1</td>
			<td style="width:265px;">conductive electrode gel</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment and communication for people with disorders of consciousness

In questo esperimento, abbiamo dimostrato una serie di paradigmi basati su BCI (Brain-Computer Interface), progettati per due applicazioni: valutare il livello di coscienza di persone in grado di fornire risposta al motore e, in una seconda fase, di creare un canale di comunicazione Per queste persone che consente loro di rispondere alle domande con &#39;sì&#39; o &#39;no&#39;. La suite di paradigmi è progettata per testare le risposte di base nel primo passo e per continuare a compiti più completi se i primi test sono riusciti. Questi ultimi comportano funzioni più cognitive, ma potrebbero fornire comunicazione, che non è possibile con i test di base. Tutti i test di valutazione producono diagrammi di precisione che mostrano se gli algoritmi sono stati in grado di rilevare la risposta del cervello del paziente alle attività specifiche. Se il livello di precisione è al di là del livello di significatività, supponiamo che l&#39;oggetto abbia compreso l&#39;operazione e sia stato in grado di seguire la sequenza di comandi pRisentì tramite gli auricolari al soggetto. I compiti richiedono agli utenti di concentrarsi su determinati stimoli o di immaginare di spostare la mano sinistra o destra. Tutte le attività sono progettate attorno all&#39;ipotesi che l&#39;utente non sia in grado di utilizzare la modalità visiva, e quindi tutti gli stimoli presentati all&#39;utente (incluse le istruzioni, i segnali e le risposte) sono uditivi o tattili.

Le figure 1 e 2 mostrano i risultati di due corse di valutazione P300 (paradigmi i, ii e iii). Nella figura 1, l&#39;accuratezza raggiunge il 100%; Quindi, il cervello del soggetto ha chiaramente indicato il completamento di un lavoro di successo. Nella figura 2, l&#39;accuratezza fluttua intorno al livello di probabilità del 12,5%. Non è stata rilevata alcuna risposta affettiva affidabile al compito. Quando la precisione è scarsa, si consiglia di verificare due volte la qualità del segnale EEG su tutti gli elettrodi e connettori. Un risultato con un livello di precisione del 12,5% sarebbe anche visto se uno non acquisisce EEG ma semplicemente il rumore bianco. Se il livello di precisione aumenta con il numero di prove, ma non supera il 40%, è stata trovata solo una debole risposta cerebrale. In questo caso, si consiglia di indagare gli artefatti nel segnale utilizzando l&#39;ambito di dati raw. Raccomandiamo inoltre di ripetere la procedura in un altro giorno, in un&#39;altra volta. Il paziente potrebbe esserePiù sensibili ad un&#39;altra volta e generano risultati migliori. Le figure 3 e 4 mostrano risultati rappresentativi del paradigma iv. Il livello di significatività è contrassegnato dalla linea magenta-colorata. La linea verticale rossa segna il tempo dell&#39;avvio del comando. Prima che compare il comando (linea verticale rossa), l&#39;accuratezza è di circa il 50% per entrambe le trame. A questo punto, il paziente non sa se il comando sarà &quot;SINISTRA&quot; o &quot;DESTRA&quot; e quindi non può eseguire l&#39;immaginazione corretta del motore. Nella figura 3 , la precisione aumenta dopo la presentazione del comando a oltre il 90%. Ciò significa che la persona era cosciente, perché era in grado di seguire i comandi randomizzati. Nella figura 4, l&#39;accuratezza di classificazione fluttua intorno al 50%. Ciò significa che il sistema non è stato in grado di rilevare MI a seguito dei comandi presentati. I paradigmi MI possono essere impegnativi in ​​BCI rPoiché non tutti gli utenti sono in grado di controllare un MI BCI senza formazione, e una minoranza non può raggiungere il controllo anche con la formazione 11 . Pertanto, in questo caso, la cattiva precisione potrebbe significare semplicemente che il paziente non è in grado di controllare il BCI tramite MI, almeno senza addestramento. Inoltre, si consiglia di verificare la qualità del segnale dopo un cattivo risultato, come descritto in precedenza. La Figura 5 mostra il risultato di una corsa di comunicazione che potrebbe essere fatta con i paradigmi iii e iv. L&#39;obiettivo contrassegna la risposta rilevata, che è &quot;YES&quot; in questo esempio. Se la risposta è stata no, l&#39;obiettivo si sposta a &quot;NO&quot;. Se il sistema non è stato in grado di rilevare una risposta, l&#39;obiettivo rimarrà al centro delle due possibili risposte. Se l&#39;obiettivo rimane al centro delle risposte, potrebbe essere stato scelto un classificatore non valido. Si consiglia di provare un altro classificatore nella finestra di impostazione. <p class="jove_content" fo:keep-Together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Una lunga sessione potrebbe aver esaurito il paziente. Per ottenere migliori risultati con la comunicazione, potrebbe essere preferibile ridurre al minimo le valutazioni e procedere al più rapidamente possibile nei passaggi descritti per la comunicazione. Ciò sarebbe passaggi 4 e 5 per la comunicazione tattile e 6 e 7 per la comunicazione MI. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53639/53639fig1.jpg" /> Figura 1. Plot di precisione per i paradigmi i, ii, &amp; iii. Una buona prestazione produce un&#39;accuratezza, raggiungendo il 100%. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53639/53639fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/53639/53639fig2.jpg" /> Figura 2. Un altro punto di precisione per i paradigmi i, ii e iii. Questa volta, nessun reggiseno<html> In risposta potrebbe essere rilevata dal sistema. Quindi, l&#39;accuratezza fluttua intorno al livello di probabilità del 12,5%. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53639/53639fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53639/53639fig3.jpg" /> Figura 3. Plot di precisione per il paradigma iv (MI). L&#39;esattezza raggiunge più del 90% in questo esempio. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53639/53639fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53639/53639fig4.jpg" /> Figura 4. Plot di precisione per il paradigma iv (MI). Nessuna risposta al cervello potrebbe essere rilevata dal sistema. Quindi, l&#39;accuratezza fluttua intorno al livello di probabilità del 50%.Ttp: //ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53639/53639fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53639/53639fig5.jpg" /> Figura 5. Risultato di un&#39;attività di comunicazione. L&#39;obiettivo contrassegna la risposta rilevata, &quot;SI&quot;. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53639/53639fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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Assessment and Communication for People with Disorders of Consciousness

With this experiment, one might be able to detect consciousness in people with disorders of consciousness. Furthermore, the approach can create a simple communication channel that enables people to give simple YES/NO answers to questions.

Valutazione e comunicazione per le persone con disturbi della coscienza

In this experiment, we demonstrate a suite of hybrid Brain-Computer Interface (BCI)-based paradigms that are designed for two applications: assessing the ...

assessment-communication-for-people-with-disorders

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

8.9K Views.  Guger Technologies OG. With this experiment, one might be able to detect consciousness in people with disorders of consciousness. Furthermore, the approach can create a simple communication channel that enables people to give simple YES/NO answers to questions.

Video: Assessment and Communication for People with Disorders of Consciousness

Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) of Fluorescence Tagged Proteins in Dendritic Spines of Cultured Hippocampal Neurons

FRAP has been used to quantify the mobility of GFP-tagged proteins. Using a strong excitation laser, the fluorescence of a GFP-tagged protein is bleached in the region of interest. The fluorescence of the region recovers when the unbleached GFP-tagged protein from outside of the region diffuses into the region of interest. The mobility of the protein is then analyzed by measuring the fluorescence recovery rate. This technique could be used to characterize protein mobility and turnover rate.
In this study, we express the (enhanced green fluorescent protein) EGFP vector in cultured hippocampal neurons. Using the Zeiss 710 confocal microscope, we photobleach the fluorescence signal of the GFP protein in a single spine, and then take time lapse images to record the fluorescence recovery after photobleaching. Finally, we estimate the percentage of mobile and immobile fractions of the GFP in spines, by analyzing the imaging data using ImageJ and Graphpad softwares.
This FRAP protocol shows how to perform a basic FRAP experiment as well as how to analyze the data.

Fluorescence Recovery After Photobleaching FRAP of Fluorescence Tagged Proteins in Dendritic Spines of Cultured Hippocampal Neurons

FRAP has been used to quantify the mobility of Green Fluorescence Protein (GFP)-tagged proteins in cultured cells. We examined the mobile/immobile fractions of the GFP by analyzing the fluorescence recovery percentage after photobleaching. In this study, FRAP was performed at spines of hippocampal neurons.

Recupero della fluorescenza dopo photobleaching (FRAP) di fluorescenza proteine ​​Tagged in spine dendritiche di colture di neuroni ippocampali

FRAP has been used to quantify the mobility of GFP-tagged proteins. Using a strong excitation laser, the fluorescence of a GFP-tagged protein is bleached ...

Ricerca

Neuroscienze

Dissection of Adult Mouse Utricle and Adenovirus-mediated Supporting-cell Infection

Hearing loss and balance disturbances are often caused by death of mechanosensory hair cells, which are the receptor cells of the inner ear. Since there is no cell line that satisfactorily represents mammalian hair cells, research on hair cells relies on primary organ cultures. The best-characterized in vitro model system of mature mammalian hair cells utilizes organ cultures of utricles from adult mice (Figure 1) 1-6. The utricle is a vestibular organ, and the hair cells of the utricle are similar in both structure and function to the hair cells in the auditory organ, the organ of Corti. The adult mouse utricle preparation represents a mature sensory epithelium for studies of the molecular signals that regulate the survival, homeostasis, and death of these cells.
Mammalian cochlear hair cells are terminally differentiated and are not regenerated when they are lost. In non-mammalian vertebrates, auditory or vestibular hair cell death is followed by robust regeneration which restores hearing and balance functions 7, 8. Hair cell regeneration is mediated by glia-like supporting cells, which contact the basolateral surfaces of hair cells in the sensory epithelium 9, 10. Supporting cells are also important mediators of hair cell survival and death 11. We have recently developed a technique for infection of supporting cells in cultured utricles using adenovirus. Using adenovirus type 5 (dE1/E3) to deliver a transgene containing GFP under the control of the CMV promoter, we find that adenovirus specifically and efficiently infects supporting cells. Supporting cell infection efficiency is approximately 25-50%, and hair cells are not infected (Figure 2). Importantly, we find that adenoviral infection of supporting cells does not result in toxicity to hair cells or supporting cells, as cell counts in Ad-GFP infected utricles are equivalent to those in non-infected utricles (Figure 3). Thus adenovirus-mediated gene expression in supporting cells of cultured utricles provides a powerful tool to study the roles of supporting cells as mediators of hair cell survival, death, and regeneration.

Mechanosensory hair cells are the receptor cells of the inner ear. The best-characterized in vitro model system of mature mammalian hair cells utilizes organ cultures of utricles from adult mice. We present the dissection of the adult mouse utricle, and we demonstrate adenovirus-mediated infection of supporting cells in cultured utricles.

Dissezione di utricolo topo adulto e adenovirus-mediata non protagonista infezione delle cellule

Hearing loss and balance disturbances are often caused by death of mechanosensory hair cells, which are the receptor cells of the inner ear.  Since there ...

Retrograde Loading of Nerves, Tracts, and Spinal Roots with Fluorescent Dyes

Retrograde labeling of neurons is a standard anatomical method1,2 that has also been used to load calcium and voltage-sensitive dyes into neurons3-6. Generally, the dyes are applied as solid crystals or by local pressure injection using glass pipettes. However, this can result in dilution of the dye and reduced labeling intensity, particularly when several hours are required for dye diffusion. Here we demonstrate a simple and low-cost technique for introducing fluorescent and ion-sensitive dyes into neurons using a polyethylene suction pipette filled with the dye solution. This method offers a reliable way for maintaining a high concentration of the dye in contact with axons throughout the loading procedure.

We describe a simple and low cost technique for introducing high concentration of fluorescent and calcium-sensitive dyes into neurons or any neuronal tract using a polyethylene suction pipette.

Caricamento in corso retrogrado di Nervi, tratti e radici spinali con le tinture fluorescenti

Retrograde labeling of neurons is a standard anatomical method1,2 that has also been used to load calcium and voltage-sensitive dyes into neurons3-6. ...

Direct Visualization of the Murine Dorsal Cochlear Nucleus for Optogenetic Stimulation of the Auditory Pathway

Investigation into the use of virus-mediated gene transfer to arrest or reverse hearing loss has largely been relegated to the peripheral auditory system. Few studies have examined gene transfer to the central auditory system. The dorsal cochlear nucleus (DCN) of the brainstem, which contains second order neurons of the auditory pathway, is a potential site for gene transfer. In this protocol, a technique for direct and maximal exposure of the murine DCN via a posterior fossa approach is demonstrated. This approach allows for either acute or survival surgery. Following direct visualization of the DCN, a host of experiments are possible, including injection of opsins into the cochlear nucleus and subsequent stimulation by an optical fiber coupled to a blue light laser.&#160;Other neurophysiology experiments, such as electrical stimulation and neural injector tracings are also feasible.&#160;The level of visualization and the duration of stimulation achievable make this approach applicable to a wide range of experiments.

The goal of this protocol is to outline a surgical approach to provide direct access to the dorsal cochlear nucleus in a murine model.

Visualizzazione diretta del Murine Dorsale Cochlear Nucleus per optogenetic stimolazione del percorso uditivo

Investigation into the use of virus-mediated gene transfer to arrest or reverse hearing loss has largely been relegated to the peripheral auditory system. ...

High-Resolution Quantitative Immunogold Analysis of Membrane Receptors at Retinal Ribbon Synapses

Retinal ganglion cells (RGCs) receive excitatory glutamatergic input from bipolar cells. Synaptic excitation of RGCs is mediated postsynaptically by NMDA receptors (NMDARs) and AMPA receptors (AMPARs). Physiological data have indicated that glutamate receptors at RGCs are expressed not only in postsynaptic but also in perisynaptic or extrasynaptic membrane compartments. However, precise anatomical locations for glutamate receptors at RGC synapses have not been determined. Although a high-resolution quantitative analysis of glutamate receptors at central synapses is widely employed, this approach has had only limited success in the retina. We developed a postembedding immunogold method for analysis of membrane receptors, making it possible to estimate the number, density and variability of these receptors at retinal ribbon synapses. Here we describe the tools, reagents, and the practical steps that are needed for: 1) successful preparation of retinal fixation, 2) freeze-substitution, 3) postembedding immunogold electron microscope (EM) immunocytochemistry and, 4) quantitative visualization of glutamate receptors at ribbon synapses.

The postembedding immunogold method is one of the most effective ways to provide high-resolution analyses of the subcellular localization of specific molecules. Here we describe a protocol to quantitatively analyze glutamate receptors at retinal ribbon synapses.

Risoluzione alta analisi quantitativa Immunogold di Recettori di membrana a retina nastro Sinapsi

Retinal ganglion cells (RGCs) receive excitatory glutamatergic input from bipolar cells. Synaptic excitation of RGCs is mediated postsynaptically by NMDA ...

Somatosensory Event-related Potentials from Orofacial Skin Stretch Stimulation

Cortical processing associated with orofacial somatosensory function in speech has received limited experimental attention due to the difficulty of providing precise and controlled stimulation. This article introduces a technique for recording somatosensory event-related potentials (ERP) that uses a novel mechanical stimulation method involving skin deformation using a robotic device. Controlled deformation of the facial skin is used to modulate kinesthetic inputs through excitation of cutaneous mechanoreceptors. By combining somatosensory stimulation with electroencephalographic recording, somatosensory evoked responses can be successfully measured at the level of the cortex. Somatosensory stimulation can be combined with the stimulation of other sensory modalities to assess multisensory interactions. For speech, orofacial stimulation is combined with speech sound stimulation to assess the contribution of multi-sensory processing including the effects of timing differences. The ability to precisely control orofacial somatosensory stimulation during speech perception and speech production with ERP recording is an important tool that provides new insight into the neural organization and neural representations for speech.

This paper introduces a method for obtaining somatosensory event-related potentials following orofacial skin stretch stimulation. The current method can be used to evaluate the contribution of somatosensory afferents to both speech production and speech perception.

Potenziali evento-correlati somatosensoriali da Pelle Orofacial Stretch Stimolazione

Cortical processing associated with orofacial somatosensory function in speech has received limited experimental attention due to the difficulty of ...

Utilizing 3D Printing Technology to Merge MRI with Histology: A Protocol for Brain Sectioning

Magnetic resonance imaging (MRI) allows for the delineation between normal and abnormal tissue on a macroscopic scale, sampling an entire tissue volume three-dimensionally. While MRI is an extremely sensitive tool for detecting tissue abnormalities, association of signal changes with an underlying pathological process is usually not straightforward. In the central nervous system, for example, inflammation, demyelination, axonal damage, gliosis, and neuronal death may all induce similar findings on MRI. As such, interpretation of MRI scans depends on the context, and radiological-histopathological correlation is therefore of the utmost importance. Unfortunately, traditional pathological sectioning of brain tissue is often imprecise and inconsistent, thus complicating the comparison between histology sections and MRI. This article presents novel methodology for accurately sectioning primate brain tissues and thus allowing precise matching between histology and MRI. The detailed protocol described in this article will assist investigators in applying this method, which relies on the creation of 3D printed brain slicers. Slightly modified, it can be easily implemented for brains of other species, including humans.

The overall goal of this protocol is to accurately align magnetic resonance imaging (MRI) image volumes with histology sections via the creation of customized 3D-printed brain holders and slicer boxes.

Utilizzando la tecnologia di stampa 3D per unire RM con Istologia: Un protocollo per Brain Sezioni

Magnetic resonance imaging (MRI) allows for the delineation between normal and abnormal tissue on a macroscopic scale, sampling an entire tissue volume ...

Electroencephalographic, Heart Rate, and Galvanic Skin Response Assessment for an Advertising Perception Study: Application to Antismoking Public Service Announcements

The evaluation of advertising, products, and packaging is traditionally performed through methods based on self-reports and focus groups, but these approaches often appear poorly accurate in scientific terms. Neuroscience is increasingly applied to the investigation of the neurophysiological bases of the perception of and reaction to commercial stimuli to support traditional marketing methods. In this context, a particular sector or marketing is represented by public service announcements (PSAs). The objective of this protocol is to apply electroencephalography (EEG) and autonomic signal analysis to study responses to selected antismoking PSAs. Two EEG indices were employed: the frontal alpha band EEG asymmetry (the Approach Withdrawal (AW) index) and the frontal theta (effort index). Furthermore, the autonomic Emotional Index (EI) was calculated, as derived from the Galvanic Skin Response (GSR) and Heart Rate (HR) signals. The present protocol describes a series of operational and computational steps required to properly estimate, through the aforementioned indices, the emotional and cerebral reaction of a group of subjects towards a selected number of antismoking PSAs. In particular, a campaign characterized by a symbolic communication style (classified as "awarded" on the basis of the prizes received by specialized committees) obtained the highest approach values, as estimated by the AW index. A spot and an image belonging to the same PSA campaign based on the "fear arousing appeal" and with a narrative/experiential communication style (classified as "effective" on the basis of the economical/health-related improvements promoted) reported the lowest and highest effort values, respectively. This is probably due to the complexity of the storytelling (spot) and to the immediateness of the image (a lady who underwent a tracheotomy). Finally, the same "effective" campaign showed the highest EI values, possibly because of the empathy induced by the testimonial and the explicitness of the message.

The following protocol describes a series of operational and computational steps required to properly estimate the emotional and cerebral reaction of a group of subjects towards a selected number of Public Service Announcements (PSAs) against smoking, aired in the USA and Europe during the period between 1998 and 2015.

Elettroencefalografici, frequenza cardiaca e valutazione di risposta galvanica della pelle per una percezione di pubblicità Studio: applicazione per annunci di servizio pubblico antifumo

The evaluation of advertising, products, and packaging is traditionally performed through methods based on self-reports and focus groups, but these ...

A Familiarization Protocol Facilitates the Participation of Children with ASD in Electrophysiological Research

This paper includes a detailed description of a familiarization protocol, which is used as an integral component of a larger research protocol to collect electroencephalography (EEG) data and Event-Related Potentials (ERPs). At present, the systems available for the collection of high-quality EEG/ERP data make significant demands on children with developmental disabilities, such as those with an Autism Spectrum Disorder (ASD). Children with ASD may have difficulty adapting to novel situations, tolerating uncomfortable sensory stimuli, and sitting quietly. This familiarization protocol uses Evidence-Based Practices (EBPs) to increase research participants&#39; knowledge and understanding of the specific activities and steps of the research protocol. The tools in this familiarization protocol are a social narrative, a visual schedule, the Premack principle, role-playing, and modeling. The goal of this familiarization protocol is to increase understanding and agency and to potentially reduce anxiety for child participants, resulting in a greater likelihood of the successful completion of the research protocol for the collection of EEG/ERP data.

Electrophysiological research is an important tool for identifying biomarkers of developmental disorders, including Autism Spectrum Disorders (ASD), but data collection in these populations remains challenging. This work presents a familiarization protocol to accompany research that includes electroencephalography (EEG) to improve the likelihood of collecting EEG data from children with ASD.

Un protocollo di familiarizzazione facilita la partecipazione dei bambini con ASD nella ricerca elettrofisiologica

This paper includes a detailed description of a familiarization protocol, which is used as an integral component of a larger research protocol to collect ...

Isolation of Adult Spinal Cord Nuclei for Massively Parallel Single-nucleus RNA Sequencing

Probing an individual cell&#39;s gene expression enables the identification of cell type and cell state. Single-cell RNA sequencing has emerged as a powerful tool for studying transcriptional profiles of cells, particularly in heterogeneous tissues such as the central nervous system. However, dissociation methods required for single cell sequencing can lead to experimental changes in the gene expression and cell death. Furthermore, these methods are generally restricted to fresh tissue, thus limiting studies on archival and bio-bank material. Single nucleus RNA sequencing (snRNA-Seq) is an appealing alternative for transcriptional studies, given that it accurately identifies cell types, permits the study of tissue that is frozen or difficult to dissociate, and reduces dissociation-induced transcription. Here, we present a high-throughput protocol for rapid isolation of nuclei for downstream snRNA-Seq. This method enables isolation of nuclei from fresh or frozen spinal cord samples and can be combined with two massively parallel droplet encapsulation platforms.

Here, we present a protocol to rapidly isolate high-quality nuclei from the fresh or frozen tissue for downstream massively parallel RNA sequencing. We include detergent-mechanical and hypotonic-mechanical tissue disruption and cell lysis options, both of which can be used for isolation of nuclei.

Isolamento dei Nuclei del midollo spinale adulto per il sequenziamento massivamente parallelo Single-nucleo RNA

Probing an individual cell&#39;s gene expression enables the identification of cell type and cell state. Single-cell RNA sequencing has emerged as a ...

Valutazione e comunicazione per le persone con disturbi della coscienza

Riepilogo

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Recupero della fluorescenza dopo photobleaching (FRAP) di fluorescenza proteine Tagged in spine dendritiche di colture di neuroni ippocampali

Dissezione di utricolo topo adulto e adenovirus-mediata non protagonista infezione delle cellule

Caricamento in corso retrogrado di Nervi, tratti e radici spinali con le tinture fluorescenti

Visualizzazione diretta del Murine Dorsale Cochlear Nucleus per optogenetic stimolazione del percorso uditivo

Risoluzione alta analisi quantitativa Immunogold di Recettori di membrana a retina nastro Sinapsi

Potenziali evento-correlati somatosensoriali da Pelle Orofacial Stretch Stimolazione

Utilizzando la tecnologia di stampa 3D per unire RM con Istologia: Un protocollo per Brain Sezioni

Elettroencefalografici, frequenza cardiaca e valutazione di risposta galvanica della pelle per una percezione di pubblicità Studio: applicazione per annunci di servizio pubblico antifumo

Un protocollo di familiarizzazione facilita la partecipazione dei bambini con ASD nella ricerca elettrofisiologica

Isolamento dei Nuclei del midollo spinale adulto per il sequenziamento massivamente parallelo Single-nucleo RNA

Valutazione e comunicazione per le persone con disturbi della coscienza

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Recupero della fluorescenza dopo photobleaching (FRAP) di fluorescenza proteine ​​Tagged in spine dendritiche di colture di neuroni ippocampali

Dissezione di utricolo topo adulto e adenovirus-mediata non protagonista infezione delle cellule

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Un protocollo di familiarizzazione facilita la partecipazione dei bambini con ASD nella ricerca elettrofisiologica

Isolamento dei Nuclei del midollo spinale adulto per il sequenziamento massivamente parallelo Single-nucleo RNA

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