As gravações intracranianas do cérebro humano são raras devido à invasividade dos eletrodos de implantação em pacientes com epilepsia que sofrem de crises resistentes a medicamentos. Enquanto os pacientes aguardam convulsões para localizar sua zona de início no cérebro, implantada e conectada a sistemas de gravação eletrofisiológica na unidade de monitoramento de epilepsia do hospital, há uma oportunidade única de executar tarefas baseadas em computador com eles para estudar a memória e as funções cognitivas.
Esse monitoramento e localização invasivo de convulsões são normalmente realizadas com vários eletrodos macro-contato clínicos padrão implantados em torno das áreas suspeitas para gerar convulsões. Além disso, os mesmos cabos de eletrodo podem ser equipados com micro -contatos para registrar as atividades cerebrais com a maior resolução dos potenciais de ação disparados por neurônios individuais ou oscilações de alta frequência geradas por conjuntos neuronais em uma única coluna cortical. Não há implantações de eletrodos extras – apenas os mesmos eletrodos que são refletidos para refúgios clínicos para refúgios clínicos para refúgios clínicos para refúgios clínicos para refúgios clínicos para o clínico para refúgios clínicos. À medida que os pacientes se envolvem na execução das tarefas, oscilações de baixa e alta frequência, também conhecidas como ondas cerebrais, bem como o potencial de ação neuronal ou os chamados “picos” são registrados em locais distintos de contato do eletrodo quando palavras ou objetos são codificados e depois recordados na mente.
Em nossa liberação anterior de conjunto de dados (Cimbalnik et al. 2022), publicamos apenas as gravações macro-contato padrão de uma coorte de pacientes com clínica de Mayo que realizam uma bateria de tarefas cognitivas com rastreamento simultâneo e pupilometria. Agora, estendemos este conjunto de dados unique a duas novas coortes de pacientes da República Tcheca e da Polônia, realizando a mesma bateria de tarefas nos idiomas tcheco, eslovaco e polonês. Essas novas coortes incluem gravações de micro-contato de pelo menos dez contatos em qualquer um paciente amostrado a 32 kHz para permitir a detecção e análise de picos de neurônios únicos. Também complementamos o conjunto de dados com ferramentas automatizadas para importação, visualização e pré -processamento dos dados armazenados em um formato de lances padrão (estrutura do conjunto de dados de imagem cerebral) para atender aos requisitos internacionais de compartilhamento e reprodutibilidade.
Esquema do eletrodo híbrido (adaptado do catálogo de produtos Adtech) com exemplos de sinais LFP adquiridos de macro (superior) e micro (inferior). Os eletrodos híbridos utilizados para aquisição de sinal neste conjunto de dados tinham vários microcontatos de eixo. A extensão do sinal de micro-contato é representada no sinal macro-contato por linhas tracejadas pretas. Observe vários potenciais de ação no micro-LFP após o tempo da apresentação do estímulo (linha vermelha).
Quebrando o código da mente humana …
Um dos maiores desafios da neurociência é entender como os processos abstratos da mente são gerados por atividades eletrofisiológicas do cérebro. Nosso conjunto de dados fornece uma série de estudos possíveis que abordam como os conceitos de palavras são codificados, mantidos e recordados em uma variedade de paradigmas cognitivos usando o mesmo pool de substantivos comuns em idiomas ingleses, tcheco, eslovaco e polonês. Essas palavras universais como “Tabela”, “Automobile” ou “Hill” apresentadas de forma visible ou auditiva como nomes escritos ou discursos gerados, respectivamente, devem induzir conceitos comparáveis na mente humana em várias origens culturais. Os paradigmas avaliam como eles são codificados como listas ou pares de palavras e recordados livremente ou com uma sugestão da palavra emparelhada. Também existem tarefas adicionais de rastreamento de olhar para busca suave e anti-sacadas para controlar as respostas a estímulos não verbais. Todas as tarefas são executadas juntas em uma bateria, onde as mesmas palavras são codificadas e recuperadas repetidamente em várias tarefas da mesma sessão ou nos dias subsequentes.
Para fins de validação do conjunto de dados, incluímos uma análise preliminar das respostas eletrofisiológicas e do tamanho da pupila para confirmar a sincronização precisa com os eventos comportamentais nas tarefas. Padrões consistentes de constrição dos alunos durante a codificação de palavras e dilatação da pupila durante o recall em ensaios bem -sucedidos de memória, ou rajadas de oscilações de alta frequência que precedem a vocalização da palavra recordada, são dois exemplos das análises de validação demonstradas no artigo para inspirar possíveis estudos. O último exemplo é talvez o mais abrangente, porque as rajadas de oscilações de alta frequência são detectadas por coincidência em vários contatos macro e micro algumas centenas de milissegundos antes que as palavras lembradas sejam faladas, sugerindo um vínculo com o surgimento de conceitos implícitos ou explícitos da resposta comportamental (Prathapagiri et al. Essas descargas eletrofisiológicas cerebrais globais estão associadas à dinâmica consistente do tamanho da pupila. Portanto, os processos cognitivos que ocorrem na mente podem ser investigados em todos os níveis, variando das respostas sistêmicas e gerais da pupila a uma palavra até o pico de micro-escala de neurônios individuais que refletem conceitos específicos.
A coordenação temporal de rajadas de HFO está associada à recuperação da memória. a) O sinal de LFP bruto de um canal de exemplo no córtex occipital revela aumento da taxa de detecção de explosões individuais de HFO brand antes do início da verbalização de uma palavra lembrada livremente. B) (em cima) gráficos rasters resumem explosões de HFO como processos de ponto detectados em caixas de 10 ms no momento do recall em todos os canais occipitais neste exemplo do paciente. Observe que a taxa crescente de explosão de HFO que leva ao recall livre é coordenada no tempo entre vários canais na ausência de qualquer estimulação visible. (Inferior) O resumo do aumento da HFO estourando nos canais occipitais mostra um pico de atividade coordenada que precede a verbalização da recuperação.
Conteúdo do conjunto de dados de dentro e fora do crânio
Nosso conjunto de dados compreende não apenas sinais eletrofisiológicos, de rastreamento de olhar e pupilométricos, mas também gravações de áudio das respostas comportamentais (palavras recordadas), anotações dos eventos de tarefas (por exemplo, apresentações de palavras) e coordenadas cerebrais 3D e rótulos anatômicos da localização de contato com eletrodos. Todos esses dados são organizados separadamente para cada paciente e estruturados em sessões e execuções específicas da bateria da tarefa, de acordo com o formato dos lances. Também fornecemos hyperlinks para a biblioteca de ferramentas de acesso aberto do laboratório de eletrofisiologia Mind & Thoughts. Os próprios conjuntos de dados estão disponíveis em Ebrains – o portal oficial do principal projeto do cérebro humano da UE.
Principais vantagens:
Dados internacionais e multicêntricos de pacientes em inglês, tcheco, eslovaco e de língua polonesa executando a mesma bateria de tarefas cognitivas
Várias tarefas usando os mesmos estímulos de palavras codificados e recuperados em uma sessão experimental e repetidos nos dias subsequentes
Organização robusta e reprodutível dos dados no formato de bids
Metadados completos, incluindo anotações de todos os eventos de tarefas e resposta comportamental, rótulos anatômicos e localizações de eletrodos
Bibliotecas de acesso aberto de ferramentas disponíveis gratuitamente para análise de dados
Exemplos de análises preliminares e estudos publicados
De rastrear engramas a interfaces de computador cerebral
Convidamos qualquer pessoa interessada na análise e modelagem desses sinais para fins de pesquisa. Nosso objetivo é incentivar diversos estudos de neurociência e engenharia biomédica. Os conjuntos de dados são adequados para uma ampla gama de aplicações, variando de (1) engramas de rastreamento das palavras lembradas sobre as fases de tarefas subsequentes, paradigmas e sessões, (2) ‘leitura psychological’ de conceitos de palavras específicos antes de serem recordados, (3) a estimulação do cérebro de floop-Op para restaurar o desempenho da memória, todos os caminhos a (4), de acordo com a memória do cérebro, para a memória, todos os que estão sendo relevantes.
