使用与脑电图耦合的平头探针测量新生儿伤害性刺激诱发的脑电活动
2017年11月29日
对无语言能力患者进行疼痛测量具有挑战性。在本研究中，我们结合脑电图（EEG）记录与扁平探针刺激，以客观方式检测有害刺激诱发的脑部活动。
本项电生理测量的总体目标是对新生儿伤害性感受进行客观评估。该方法有助于回答新生儿领域的一些关键问题，例如非语言表达患者如何感知疼痛，以及在不同条件下其疼痛反应的差异。该技术的主要优势在于，可用于胎龄满34周及以上出生的足月儿或晚期早产儿。
该技术的意义在于对疼痛的研究，因为这是首次对无语言表达能力的患者进行伤害性感受的客观测量。通常，刚接触该方法的研究人员会遇到困难，因为需要具备脑电图（EEG）操作经验。我们最初提出该方法的设想，源于在分娩后观察到自然分娩新生儿与择期剖宫产新生儿表现出不同的疼痛反应。
但在新生儿重症监护病房，婴儿会接受大量可能引起疼痛的操作。即使使用镇痛药物，您也无法确切了解他们感受到多少疼痛。现在我们可以客观地测量他们的有害刺激反应。
开始前，确保婴儿处于安静且安定的状态。婴儿可以处于睡眠状态，但记录过程中应无吸吮动作，以免产生运动伪迹。使用卷尺测量新生儿的头围，以确定脑电图帽的尺寸。
然后使用皮肤标记笔标出鼻根与枕外隆凸之间中点以及左右耳前点之间中点，以确定有源电极的位置。此处显示了电极位置的示意图。确定接地电极在右侧前额的位置和参考电极在左侧乳突的位置。
使用浸有皮肤消毒剂的棉签清洁三个电极放置部位。然后用脑电图预处理膏轻轻擦拭电极部位以降低阻抗，并将带有电极的脑电图帽放置于新生儿头部。接着，使用带有短塑料针头的注射器向电极内注入导电脑电图凝胶，以优化电极与头皮之间的接触。
然后，为确保阻抗低于50千欧姆，将阻抗计连接至电极，并将阻抗调至50千欧姆以下。若阻抗低于50千欧姆，指示灯将变为绿色。此后，将电极连接至放大器。
将摄像头放置到位以记录新生儿的面部表情。然后将平头探头连接至固定在脑电图记录设备上的接触触发装置。首先选择一个新的工作文件。
将采样率设置为 2,000 Hertz。将低截止滤波器设置为 1 Hertz 的频率。将高截止滤波器设置为 70 Hertz，陷波滤波器设置为 50 Hertz。
选择一个研究名称以存储数据。启动脑电图和视频记录。在新生儿右手保持水平位置的同时，记录背景脑电活动。
手动标注脑电图记录，标记未施加刺激且婴儿处于静息状态的时间段。当背景脑电活动稳定后，对新生儿右手施加所需数量的平头探针刺激。注意将平头探针垂直作用于新生儿的手部，以防止探针尖端弯曲，并确保施加正确的力。
当平头探针在皮肤上达到标称力时，接触触发装置会生成一个触发信号。该信号被发送至计算机，用于在脑电图记录中标记触发点。刺激施加完毕后，停止所有记录，并记录实验设置的详细信息。
取下婴儿头部的电极后，用湿毛巾清洁头皮，以清除任何残留物。对一名患者的右手施加了32毫牛顿的平头探针刺激。阴影区域表示刺激后200至500毫秒内出现的关注时间窗。
单次刺激后，伤害性刺激诱发的反应在刺激开始后约300毫秒可见。主峰位于250毫秒，以箭头标示。该波形显示了对同一患者施加50次、每次32毫牛顿力的刺激后的平均反应。
需要注意的是，施加的刺激越多，伤害性诱发电位越清晰。可以使用伍迪滤波来调整反应潜伏期的轻微变异。图中显示的红色预定义模板会投射到脑电图上，以计算伤害性诱发电位的幅度。
一旦掌握，若操作得当，该技术可在15分钟内完成。在实施该程序时，重要的是要记住，需等待婴儿处于平静状态后再施加刺激。观看本视频后，您应能够很好地理解如何在床旁客观地测量伤害性感受。
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概述
本研究旨在通过结合有害刺激的脑电图记录，客观评估非语言患者（特别是新生儿）的伤害性感受。该方法有助于了解这些患者在不同条件下对疼痛的感知情况。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 疼痛感知
- 电生理学
背景
- 对无语言能力的患者进行疼痛评估具有挑战性。
- 了解新生儿的疼痛反应对于新生儿护理至关重要。
- 该技术可应用于足月或晚期早产出生的新生儿。
- 既往观察表明，不同分娩方式下新生儿的疼痛反应存在差异。
研究目的
- 开发一种针对无语言表达能力患者的疼痛感知客观测量方法。
- 研究不同状态下疼痛感知的差异。
- 增进对新生儿疼痛反应的理解。
使用的方法
- 通过脑电图（EEG）记录测量脑电活动。
- 使用平头探针进行刺激，以诱发有害反应。
- 该方法从妊娠34周开始应用。
- 比较不同新生儿分娩情况下对疼痛的反应。
主要结果
- 该方法为非语言患者的伤害性感受提供了首个客观测量手段。
- 根据分娩方式的不同，在新生儿中观察到不同的疼痛反应。
- 该技术适用于广泛的新生儿患者群体。
- 有效实施该技术需要具备脑电图（EEG）操作经验。
结论
- 该技术代表了在非语言表达患者疼痛评估方面的重要进展。
- 它为新生儿疼痛感知的进一步研究开辟了途径。
- 理解伤害感受有助于改善新生儿护理实践。
常见问题
行业重要性概述
对无语言表达能力的新生儿患者进行伤害感受的客观测量，填补了临床前镇痛药物研发中的关键空白，能够在不依赖行为替代指标的情况下直接评估中枢疼痛处理过程。这种电生理学方法通过提供可量化、可重复的有害刺激诱发脑活动生物标志物，支持对镇痛候选药物进行机制层面的风险评估。该方法适用于胎龄34周以上的新生儿，有助于在新生儿疼痛模型验证和镇痛疗效筛选中实现早期转化研究的连续性。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过测量皮层伤害性反应作为中枢疼痛通路激活的直接读出指标，能够验证治疗假设。
- 操作价值：利用平头探针刺激提供标准化、可重复的伤害性诱发电位，降低靶点验证实验中的变异性。
- 预测价值：通过一致的基于脑电图的伤害性感知指标，实现不同化合物镇痛效果的客观比较，支持先导化合物的筛选与鉴定。
筛选与检测方法开发
- 检测准备就绪性：可生成定量的因变量测量值（例如，刺激后300毫秒时的峰值幅度），从而实现对镇痛候选药物的剂量-反应特征分析。
- 可重复性：要求阻抗低于50 kΩ，并采用固定的刺激参数（32 mN力度，垂直施加），以确保多次实验间信号采集的一致性。
- 可扩展性：每次实验约15分钟内即可完成方案，当与自动刺激递送和脑电图采集系统整合时，适用于高通量筛选的准备。
转化与临床前研究
- 疾病相关性系统：针对胎龄≥34周的新生儿建立人类伤害性感受模型，为围产期镇痛药物的研发提供具有转化保真度的平台。
- 临床前连续性：通过追踪诱发电位的成熟过程，支持从发现到临床前验证阶段对伤害性感受发展轨迹的纵向评估。
- 基于风险调整的推进：客观的伤害性感受指标可减少对间接生理或行为性疼痛指标的依赖（此类指标在非言语模型中存在已知局限），从而为决策提供依据，支持推进或终止项目的判断。
流程与工作流整合
该方法适用于从早期发现到临床前研究的连续阶段，既可作为确认靶点结合的发现生物学工具，也可作为在与新生儿相关的系统中评估镇痛功效的转化桥梁。
- 发现生物学：通过测量有害刺激诱发的皮层反应作为通路调节的功能性生物标志物，支持镇痛靶点的假设验证。
- 筛选：提供经过检测标准化的定量脑电图输出（例如，通过模板投影法测定诱发电位幅度），实现化合物间的比较及从苗头化合物到先导化合物的推进。
- 分析：需要预定义的时间锁定分析窗口（刺激后200–500 ms）以及Woody滤波进行潜伏期校正，以确保定量读数的一致性。
- 转化研究：通过与胎龄相匹配的应用性，连接临床前研究的连续性，从而将新生儿模型中的镇痛效应外推至临床疼痛评估。
- 企业级复用：建立可重复使用的电生理平台，用于跨类镇痛药物的伤害感受评估，减少新生儿疼痛项目中重复的检测开发。
运营与企业影响
- 科学价值：通过在疼痛评估中将中枢伤害性信息处理与外周或行为变量的混杂因素分离，提供机制层面的风险降低。
- 操作价值：通过标准化刺激递送（平头探针、接触触发）和脑电图预处理（阻抗 <50 kΩ、凝胶注入、电极准备）确保可重复性。
- 战略价值：通过基于中枢神经系统激活情况对镇痛候选药物进行早期、客观的决策，提高资本使用效率。
- 项目组合影响：通过在与疾病相关的新生儿伤害性感受系统中量化靶点调节效能，支持基于风险调整的优先级排序。
实施注意事项
- 需要具备脑电图（EEG）电极放置、阻抗监测以及新生儿信号伪迹消除（例如，排除吸吮动作）方面的专业知识。
- 依赖于符合方案规定的脑电放大器，能够实现2000 Hz采样率、1–70 Hz带通滤波以及50 Hz陷波滤波。
- 需要在不同团队间对刺激施加（使用垂直平面尖端探针，力度为32 mN）和脑电采集的触发同步进行标准化。
- 适应性考虑因素包括根据年龄相关的皮肤厚度调整刺激强度，同时保持伤害性诱发电位的可检测性。
- 实际限制：婴儿运动引起的运动伪迹要求记录时处于安静或睡眠状态，这在烦躁的新生儿中会限制实验通量。
