El Fin del Conocimiento - Bóveda 3 - Escuela de Primavera GTEC BCI & Neurotecnología 2024 - Día 1

graph LR classDef kapella fill:#f9d4d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef ecog fill:#d4f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef signalProcessing fill:#d4d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef experiments fill:#f9f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef localization fill:#f9d4f9, font-weight:bold, font-size:14px A["Christoph Kapeller"] --> B["Kapeller: jefe del depto.
invasivo de G-Tech en neurotecnología. 1"] A --> C["ECoG: rejillas de 20-64 canales
registran altas frecuencias. 2"] C --> D["Stereo EEG: electrodos de profundidad
para estructuras profundas. 3"] C --> E["ECoG: mayor amplitud, frecuencia,
resolución que EEG. 4"] C --> F["ECoG: subdural durante craneotomía.
Stereo EEG: a través de orificios. 5"] C --> G["Electrodos: caja pasiva de conexiones
al amplificador. 6"] C --> H["Señales intracraneales: mayor amplitud,
frecuencias más altas que EEG. 7"] C --> I["Alta gamma: activación focalizada.
Bajas frecuencias: supresión generalizada. 8"] C --> J["Demostraciones pasadas: cursor ECoG,
juegos, control robótico. 9"] A --> K["Consideraciones de experimentos: oportunidad, tiempo,
protocolo, canales, procesamiento, análisis. 10"] K --> L["Puesta a tierra, referencia, ruido de línea
crucial para calidad de señal. 11"] K --> M["Verificación de impedancia identifica canales
defectuosos. ORs más ruidosos que unidades. 12"] K --> N["Frecuencias de muestreo =1200Hz. 24-bit
ADCs para amplio rango. 13"] K --> O["Diseño experimental: protocolo XML,
visualización cruda, procesamiento en línea. 14"] A --> P["Revisión offline: calidad de señal,
re-referencia, intervalos de tarea. 15"] P --> Q["Análisis tiempo-frecuencia: 5-145Hz. Mapeo
de biomarcadores de tarea. 16"] P --> R["Entrenamiento de clasificadores: filtrado CSP,
potencia de banda, LDA. 17"] P --> S["BCI en línea: filtrado espacial/temporal,
alta gamma, clasificación. 18"] P --> T["Validación en tiempo real: decodificación rápida
de caras vs. símbolos. 19"] P --> U["Decodificación continua para control
de brazo robótico desde corteza motora. 20"] A --> V["Localización anatómica: MRI pre-op,
CT post-op, segmentación cerebral. 21"] V --> W["Electrodos ajustados a la superficie
cerebral. Stereo EEG a lo largo de ejes. 22"] V --> X["Coordenadas 3D de electrodos y
asignación de regiones cerebrales. 23"] V --> Y["Localización a nivel de grupo en plantillas
para biomarcadores, topología de síntomas. 24"] V --> Z["Permite mapeo de estimulación, BCIs
pasivos. Caso de uso de mapeo funcional. 25"] V --> AA["Visualización de impedancia, actividad epiléptica, análisis
de conectividad. 26"] A --> AB["Pipeline central: grabación, filtrado,
normalización, clasificación, salida. 27"] A --> AC["Diseño cuidadoso permite BCIs
ECoG efectivos desde OR a crónicos. 28"] A --> AD["Localización e integración multimodal
ayudan a interpretar mecanismos, localizar función. 29"] A --> AE["Stereo EEG generalmente seguro
excepto riesgo de sangrado. 30"] class A,B kapella class C,D,E,F,G,H,I,J ecog class K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U signalProcessing class V,W,X,Y,Z,AA,AD localization class AB,AC,AE experiments

Resumen:

1.-Christoph Kapeller lidera el departamento invasivo de G-Tech, trabajando en tecnologías corticales, estimulación eléctrica intracraneal y experimentos de neuromodulación usando implantes ECoG.

2.-Las rejillas ECoG con 20-64 canales se implantan en regiones corticales por neurocirujanos para registrar gamma alta y otras oscilaciones de hasta 1kHz.

3.-Los electrodos de profundidad (stereo EEG) pueden insertarse en el cerebro para registrar desde estructuras profundas, además de ECoG.

4.-ECoG tiene mayor amplitud, rango de frecuencia y resolución espacial en comparación con EEG. Stereo EEG y ECoG tienen propiedades de electrodos similares.

5.-Las rejillas ECoG se colocan subduralmente durante la craneotomía. Los electrodos stereo EEG se implantan a través de orificios sin remover el cráneo.

6.-Los electrodos tienen conexiones pasivas a una caja de cabezal que se conecta al amplificador de biosignales. Los conectores rápidos pueden interconectar múltiples electrodos.

7.-Las señales intracraneales tienen mayor amplitud y rango de frecuencia que EEG. ECoG y stereo EEG pueden registrar hasta 1kHz.

8.-La banda gamma alta muestra activación cortical focalizada durante tareas, mientras que las bajas frecuencias muestran supresión generalizada. Gamma alta se relaciona con disparo neuronal.

9.-El control del cursor ECoG, interfaces de videojuegos y control robótico se han demostrado usando señales de la corteza motora en el pasado.

10.-La oportunidad clínica, tiempo limitado, diseño de protocolo, asignación de canales, computadora de control, plataforma de procesamiento y pipeline de análisis son consideraciones clave del experimento.

11.-La selección de electrodos de tierra y referencia, la conexión a tierra y la gestión adecuada del ruido de línea son cruciales para una buena calidad de señal.

12.-La verificación de impedancia ayuda a identificar canales defectuosos. Las salas de operaciones introducen más interferencia de ruido de línea que las unidades de monitoreo. La referencia adecuada ayuda.

13.-Se utilizan tasas de muestreo de 1200Hz y superiores. Los ADCs de 24 bits permiten un amplio rango de entrada. Las conexiones de cable pasivo van al amplificador.

14.-El diseño experimental utiliza un protocolo de tareas basado en XML cargado en GHYSIS/Simulink. Se configuran la visualización de datos en bruto y el procesamiento en línea.

15.-La revisión de datos offline en MATLAB con GBS Analyze verifica la calidad de la señal, re-referencia los datos y define intervalos de análisis relacionados con la tarea.

16.-El análisis tiempo-frecuencia de 5-145Hz y el mapeo topográfico a disposiciones de rejilla ayudan a visualizar biomarcadores de gamma alta relacionados con la tarea a través de la rejilla.

17.-Los datos de entrenamiento del clasificador se extraen, se filtran espacialmente con CSP, se extrae la potencia de banda y se utilizan para entrenar un clasificador LDA.

18.-La salida del BCI en línea se genera filtrando espacial y temporalmente los datos, extrayendo la potencia de banda gamma alta normalizada y clasificándola.

19.-El BCI en tiempo real se valida con el sujeto, mostrando una decodificación rápida de caras presentadas vs símbolos de imágenes no entrenadas.

20.-El mismo pipeline de procesamiento de señales se aplica para la decodificación continua para el control de un brazo robótico basado en la actividad de la corteza motora.

21.-La localización anatómica de los electrodos en el cerebro se realiza mediante el registro conjunto de MRI pre-op, CT post-op y la segmentación del cerebro.

22.-Los electrodos se ajustan a la segmentación de la superficie cerebral para corregir el desplazamiento cerebral. Los electrodos stereo EEG se localizan a lo largo de los ejes.

23.-Se determinan las coordenadas 3D de los electrodos y se asignan a regiones cerebrales. El registro conjunto con fMRI puede mapear función y síntomas.

24.-La localización anatómica a nivel de grupo en cerebros plantilla permite mapear la topología de biomarcadores y síntomas a través de sujetos con ubicaciones de rejilla variables.

25.-Se habilitan el mapeo de estimulación efectivo y experimentos de BCI pasivos. El mapeo funcional de diagnóstico es un caso de uso importante.

26.-La impedancia y la actividad epiléptica también pueden visualizarse espacialmente. El análisis de conectividad puede aplicarse usando BCIs.

27.-El pipeline central es la grabación de ECoG/stereo EEG, el filtrado espacial y temporal, la normalización, la clasificación y la generación de salida para la operación en tiempo real.

28.-El diseño cuidadoso de protocolos, procesamiento de señales y validación permite BCIs ECoG efectivos desde la sala de operaciones hasta implantes crónicos.

29.-La localización de electrodos y la integración con otras modalidades de mapeo cerebral ayudan a interpretar mecanismos y localizar funciones para muchos casos de uso.

30.-A pesar de penetrar el cerebro, el stereo EEG parece generalmente seguro, excepto por los riesgos de sangrado. Los síntomas específicos de los ejes no son evidentes.

Bóveda de Conocimiento construida porDavid Vivancos 2024