Article de méthode

Enregistrement activité électromagnétique du cerveau au cours de l’Administration des Agents anesthésiques gazeux Xenon et l’oxyde nitreux chez des volontaires sains

DOI :

10.3791/56881

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13 janvier 2018

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1Centre for Human Psychopharmacology, Swinburne University of Technology, 2Department of Anaesthesia and Pain Management, St. Vincent's Hospital Melbourne, 3Brain and Psychological Science Research Centre, Swinburne University of Technology, 4Department of Anaesthesiology, University of Auckland

Dans cet article

Résumé

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Électroencéphalographie et magnétoencéphalographie simultanée fournit un outil utile pour rechercher des mécanismes distincts et communs macro-échelle de réductions dans la conscience induite par différents anesthésiques. Cet article illustre les méthodes empiriques qui sous-tend l’enregistrement de ces données chez l’homme sain pendant l’anesthésie de N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based pendant l’inhalation d’oxyde nitreux et de xénon.

Résumé

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L’anesthésie fournit sans doute une des façons seulement systématiques pour étudier les corrélats neurones de conscience/inconscience globale. Mais à ce jour la plupart neuro-imagerie ou études neurophysiologiques chez l’humain ont été limités à l’étude des anesthésiques γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based, alors que les effets de la dissociation N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- anesthésiques récepteur dotés d’antagoniste de la kétamine, l’oxyde nitreux (N2O) et le xénon (Xe) sont en grande partie inconnus. Cet article décrit les méthodes qui sous-tendent l’enregistrement simultané de la magnétoencéphalographie (MEG) et de l’électroencéphalographie (EEG) d’hommes en bonne santé pendant l’inhalation des agents anesthésiques gazeux N2O et Xe. En combinant les données MEG et EEG permet l’évaluation de l’activité cérébrale électromagnétique lors d’une anesthésie à haute résolution spatiale, temporelle et modérée. Nous décrivons ici un protocole détaillé, affiné au cours de plusieurs sessions d’enregistrement, qui inclut le recrutement des sujets, l’installation de matériel d’anesthésie dans la salle de scanner de MEG, la collecte et l’analyse de la base de données. Dans le présent protocole, chaque participant est exposé à différents niveaux de Xe et N2O dans un design reglable de mesures répétées. Suite de base pertinente enregistrements participants sont exposés à l’augmentation de lavage inspiré des concentrations de Xe et N2O de 8, 16, 24 et 42 % et 16, 32 et 47 % respectivement, au cours de laquelle leur degré de réactivité est suivi avec un auditif tâche continue de la performance (aCPT). Résultats sont présentés pour un certain nombre d’enregistrements pour mettre en évidence les propriétés au niveau du capteur de données brutes, la topographie spectrale, la minimisation des mouvements de la tête et les effets dépendants niveau sans équivoque sur les réponses évoqués auditifs. Ce paradigme décrit une approche générale de l’enregistrement des signaux électromagnétiques associés à l’action des différents types de gazeuses anesthésiques, qui peuvent être facilement adaptées pour être utilisé avec des agents anesthésiques volatils et par voie intraveineuse. Il est prévu que la méthode décrite peut contribuer à la compréhension des mécanismes macro-échelle de l’anesthésie par l’activation des extensions méthodologiques imagerie spatiale de source et d’analyse de réseau fonctionnel.

Introduction

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Il y a bon consensus entre les preuves neuroscientifiques pré-cliniques et cliniques suggérant que le phénomène de la conscience humaine dépend de l’intégrité des circuits neuraux explicites. L’observation que ces circuits sont systématiquement influencées par la descente dans l’inconscience a justifié la nécessité pour les techniques de neuroimagerie être utilisés pendant l’anesthésie et permettre « navigation » les corrélats neurones de la recherche conscience. À l’exception peut-être du sommeil, anesthésie représente le seul moyen par lequel on peut, de façon contrôlée, réversible et reproductible, perturber et donc disséquer, les mécanismes qui servent sous la conscience, en particulier à l’échelle macroscopique de dynamique du cerveau global. Cliniquement, l’anesthésie générale peut être défini comme un état d’hypnose/inconscience, immobilité et analgésie et demeure l’une des interventions médicales les plus abondamment utilisées et la plus sûres. Malgré la clarté et l’efficacité dans le résultat final, il reste grande incertitude quant aux mécanismes d’action des différents types d’agents donnant naissance à l’inconscience induite anesthésique1.

Les anesthésiques peuvent être divisés en agents intraveineux notamment propofol et les barbituriques ou des agents volatils/gazeux comme sevoflurane, isoflurane, l’oxyde nitreux (N2O) et le xénon (Xe). La pharmacologie de l’anesthésie a été bien établie avec plusieurs cibles cellulaires identifiés comme lié à l’action anesthésique. La plupart des agents a étudié à date acte principalement par l’intermédiaire de l’agonisme de γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA) l’activité médiée par le récepteur. En revanche, la kétamine agents dissociatifs, Xe et N2O sont censés exercer leurs effets en ciblant principalement les N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatergique récepteurs2,3. Autres cibles pharmacologiques importantes incluent les canaux potassiques, l’acétylcholine et les récepteurs de glutamate de vestige, AMPA et kaïnate, toutefois l’étendue de leur contribution à l’action anesthésique demeure insaisissable (pour un examen complet, voir ( 4).

La mesure de la variabilité dans le mécanisme d’action et les effets physiologiques et neurones observés des différents types d’agents complique la dérivation des conclusions générales sur leur influence sur le traitement conscient. Perte de conscience (LOC) induite par les agents GABAergiques est généralement caractérisée par un changement global dans l’activité cérébrale. Cela est évident dans l’émergence de grande amplitude, basse fréquence delta (δ, 0,5 à 4 Hz) vagues ainsi que la réduction à haute fréquence, activité gamma (γ, 35 à 45Hz) à l’électroencéphalographie (EEG), similaire à onde lente dorment5,6 ainsi que la réduction généralisée des sanguin cérébral flux et glucose métabolisme5,6,7,8,9,10,11,12 . Boveroux et al. 13 ajouté à ces observations, en démontrant une diminution significative au repos la connectivité fonctionnelle État sous anesthésie de propofol à l’aide d’imagerie de résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). En revanche, les anesthésiques dissociatifs donnent un moins désactivez le profil des effets sur l’activité cérébrale. Dans certains cas, ils sont associés à des augmentations sanguin cérébral flux et glucose métabolisme14,15,16,17,18,19, 20,21 , tandis que des études réalisées par Rex et ses collègues22 et Laitio et ses collègues de23,24 en regardant les effets de la Xe fourni la preuve des deux augmente et diminue le cerveau activité. Une irrégularité similaire peut être vu dans les effets sur les EEG signaux25,26,27,28. Johnson et al. 29 a démontré une augmentation de la puissance totale du basse fréquence bandes delta et theta ainsi que dans le gamma de bande fréquence plus élevée dans une forte densité étude EEG de l’anesthésie Xe tandis que des observations défavorables ont été faites pour N2O dans le delta, thêta et bandes de fréquences alpha30,31 et Xe dans le plus élevé de fréquences32. Cette variabilité dans les effets du Xe sur l’activité électrique de cuir chevelu peut être observée dans l’alpha et les gammes de fréquences bêta avec les deux augmente également33 et réductions34 rapportées.

Malgré les écarts mentionnés ci-dessus, l’image commence à devenir plus cohérente dans l’ensemble des agents lorsqu’on essaie de regarder les altérations dans la connectivité fonctionnelle entre les zones du cerveau. Ces mesures, cependant, ont été principalement limités aux modalités qui nécessairement faire des concessions en ce qui concerne la résolution spatiale ou temporelle. Bien que les études utilisant l’EEG semblent révéler clairement et dans une certaine mesure cohérente, changements dans la structure topologique des réseaux fonctionnels au cours de l’anesthésie/sédation par propofol35, sévoflurane36 et N2O37, le largement espacées capteur niveau données EEG ont une résolution spatiale insuffisante utilement définir et délimiter les sommets des réseaux fonctionnels correspondants. À l’inverse, des études utilisant la résolution spatiale supérieure d’IRMf et par émission de positrons (TEP), trouver des altérations topologiques semblables en connectivité fonctionnelle à grande échelle à celle de l’EEG13,38,39 ,40,41, possèdent cependant une résolution temporelle insuffisante pour caractériser la phase-amplitude de couplage dans la bande alpha de (8 à 13 Hz) EEG et d’autres phénomènes dynamiques qui émergent comme signatures importantes de action anesthésique12,42. En outre, ces mesures n’évaluent pas directement l’activité neurale électromagnétique43.

Par conséquent, afin de véritablement faire progresser la compréhension des processus macroscopiques associée à l’action des anesthésiques, les limitations des enquêtes mentionnées précédemment doivent être abordés ; la couverture restreinte des agents anesthésiques et la résolution spatio-temporelle insuffisante des mesures non invasives. Sur cette base, les auteurs décrivent une méthode pour enregistrer simultanément magnetoencephalogram (MEG) et l’activité EEG chez des volontaires sains qui a été développée pour l’administration des agents anesthésiques dissociatifs gazeux, Xe et N2O.

Le MEG est utilisé comme c’est la technique non invasive seulement neurophysiologique autres que l’EEG qui a une résolution temporelle de l’ordre de la milliseconde. EEG a le problème de flou de champs électriques par le crâne, qui agit comme un filtre passe-bas sur activité corticalement généré, tandis que MEG est beaucoup moins sensible à cette question et la question du volume de conduction44. On peut affirmer que MEG a plus spatiale et source de précision de la localisation que EEG 45,46. EEG ne permet pas de vrai enregistrement sans référence37,47, mais fait de MEG. Systèmes MEG a aussi généralement enregistrent l’activité corticale dans une gamme de fréquences beaucoup plus large que l’EEG, y compris les gamma élevés48(généralement 70-90 Hz), qui ont été proposés d’être impliqués dans les effets hypnotiques des agents anesthésiques notamment Xe29 et N 2 O28. Le MEG propose activité neurophysiologique qui complimente qui véhiculé par EEG, comme l’activité EEG est liée à des courants électriques extracellulaires tandis que MEG reflète principalement les champs magnétiques générés par des courants intracellulaire46, 49. en outre, MEG est particulièrement sensible aux activité électrophysiologique tangentielle au cortex, tandis que l’EEG enregistre principalement l’activité extracellulaire radiale pour le cortex49. Fusionnant ainsi données MEG et EEG a avantages Super additif50.

Les agents dissociatifs gazeux Xe et N2O ont été choisis pour les raisons de principe suivante : ils sont sans odeur (Xe) ou essentiellement inodore (N2O) et donc peut facilement être utilisés en présence de conditions de contrôle lorsqu’ils travaillent à concentrations infracliniques. En outre, ils sont bien adaptés pour l’administration à distance et le contrôle dans un environnement de laboratoire en raison de leurs faibles effets dépresseurs cardio-respiratoires61. Xénon et à un moindre degré N2O, retenir au moins relativement faible-alvéolaires - concentration-(MAC)-éveillé à laquelle 50 % des patients répondait à une commande verbale avec des valeurs de 32,6 ± 6,1 %51 et 63,3 + - 7,1 %52 respectivement. Malgré les Xe et N2O fois étant antagonistes des récepteurs NMDA, ils modulent l’EEG différemment - Xe semble se comporter plus comme un agent GABAergique typique lorsque surveillées à l’aide de le Bispectral Index33,53,54 (l’une des différentes approches utilisées pour surveiller electroencephalographically profondeur de l’anesthésie). En revanche, N2O produit un effet électro-encéphalographiques beaucoup moins évident en ce que c’est mal, si, surveillées à l’aide de l' Bispectral Index26. Parce que Xe a des propriétés différentes de technologues en électroencéphalographie signalées aux autres agents dissociatifs, mais possède des caractéristiques similaires aux agents GABAergiques plus communément étudiés, son étude électrophysiologique a le potentiel pour révéler important caractéristiques relatives aux corrélats neurones de la conscience et les changements correspondants de réseau fonctionnel. Agents qui agissent sur les récepteurs de NMDA sont susceptibles de révéler plus sur les réseaux de cerveau qui favorisent la conscience normale et altérée, étant donné le rôle essentiel que médiée par le récepteur NMDA activité joue dans l’apprentissage et de mémoire et de son rôle impliquée dans une gamme de troubles psychiatriques qui incluent la schizophrénie et la dépression80.

Cet article se concentre principalement sur la procédure de collecte données exigeant et complexe, associée à la livraison des agents anesthésiques gazeux en milieu non hospitalier tout en enregistrant simultanément MEG et EEG. Analyse des données de base au niveau du capteur est exposé et données exemple sont fournies qui illustrent que les enregistrements haute fidélité peuvent être obtenus avec mouvement minime de la tête. Les nombreuses méthodes potentielles de source ultérieure d’imagerie et/ou fonctionnelle connectivité analyse qui serait généralement effectuée à l’aide de ce type de données ne sont pas décrits, car ces méthodes sont bien décrites dans la littérature et de démontrent les différentes options pour analyse55,56.

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Protocole

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L’étude intitulée « Effets d’inhalation Xe et N2O sur l’activité cérébrale enregistrée à l’aide des EEG et MEG » a été approuvé (numéro d’agrément : 260/12) par le Comité d’éthique de Swinburne University of Technology et Alfred Hospital et satisfait aux exigences de la National Déclaration sur l’éthique dans la recherche humaine (2007).

1. sélection des participants et les exigences de la pré-étude

  1. Mener un entretien pour sélectionner les mâles en bonne santé, droitiers, adultes âgés de 20 à 40 ans.
    1. Confirmer un état de bonne santé en obtenant l’indice de masse corporelle (IMC) du participant et l’absence de contre-indication à l’IRM ou MEG (comme implantés métalliques des corps étrangers), ainsi que de recueillir une histoire médicale détaillée y compris n’importe quel chirurgies antérieures, ce qui est important de réactions défavorables à l’anesthésie générale, qui se traduirait par l’exclusion de l’étude.
    2. Spécifiquement exclure toute récente prise de psychotropes ou d’autres médicaments prescrits ainsi que garantir l’absence de toute utilisation récréationnelle de drogue et l’absence de tout trouble neurologique, troubles cardiaques, épilepsie, apnée du sommeil, maladie de mouvement et claustrophobie. Comme il sera par la suite important obtenir une bonne étanchéité avec un masque anesthésique exclu les participants qui ont de grandes barbes, sauf s’ils sont prêts à se raser.
      NOTE : Exclut les femmes en raison des effets documentés des extrêmes de57 et/ou l’âge des menstruations sur le signal de MEG/EEG au repos ainsi que la propension accrue à des nausées et des vomissements58.
  2. Suivez la procédure d’anesthésie générale de séjour jour désigné dans l’Australie et la Nouvelle-Zélande Collège des anesthésistes guidelines (ANZCA) (Document PS15).
    1. Conformément à ces directives, demander les sujets jeûner pendant au moins 6 heures et ne consommer aucun liquide pendant au moins 2 heures avant le début de l’expérience. Confirmer le respect en ayant l’anesthésiste en communiquant avec le participant le jour précédant l’essai prend place.
    2. À l’issue de l’expérience, avoir des sujets subissent standard post anesthésie soins suivi en commandant à eux de ne pas exploiter toute la machinerie lourde ou de prendre des décisions importantes dans les 24 heures de l’expérience (à cause du risque résiduel faible niveau troubles cognitifs du Xe et N2O).

2. les installations et le matériel

NOTE : Les installations sont conformément aux exigences de la ANZCA pour la livraison de l’anesthésie à l’extérieur d’un fonctionnement opératoire normale (http://www.anzca.edu.au/resources/professional-documents. Document PS55). Plus précisément, la chambre satisfait aux règlements génies électrique sécurité et gaz médicaux administration.

  1. Exécutez l’expérience au laboratoire d’imagerie cérébrale Swinburne Advanced Technology du Centre, à savoir la chambre de MEG qui contient une salle de blindage magnétique (MSR) qui abrite le scanner de MEG. La chambre blindée se trouve sur un plancher flottant isolé à partir des mouvements écologistes comme le passage des trains.
  2. Remettre les gaz d’anesthésie à l’aide d’une machine d’anesthésie, situé à l’extérieur de la SPTD, capable de la livraison et le suivi de xénon gazeux. Cette machine d’anesthésie est spécialement conçue pour administrer des débits d’étiage gaz Xe de la boucle fermée et pour mesurer les concentrations de Xe fin d’expiration à l’aide de katharometry (conductivité thermique, précision de ± 1 %), en plus de fournir la norme de diligence de surveillance des patients. Ceci inclut la fin d’expiration O2CO2, N2O mesure (le cas échéant), oxymétrie, ECG 3 dérivations et mesure de la pression artérielle non invasive (PNI) selon les ANZCA de directive Document PS18 d’impulsion. Mesurer des concentrations de2O N fin d’expiration à l’aide de la spectroscopie infrarouge, mis en place dans la machine d’anesthésie.
    1. Diriger les gaz aux participants l’utilisation prolongée de 22 mm de diamètre tuyaux en passant par des conduits MSR de la respiration.
  3. Fournir une norme de diligence surveillance patient selon les ANZCA de directive Document PS18. Ceci inclut la fin d’expiration O2CO2, N2O mesure (le cas échéant), pouls, oxymétrie, ECG 3 dérivations et mesure de la pression artérielle non invasive (PNI).
    1. Moniteur pression artérielle, selon les ANZCA de directive Document PS18, à l’aide d’un tensiomètre non-invasifs situés à l’extérieur de la MSR et relié par un tube de gonflage long à une manchette placée sur le haut du bras.
    2. Tout au long de l’expérience, enregistrer et documenter les paramètres physiologiques tout à intervalles de 1 min en plus un enregistrement automatique de tous les paramètres, toutes les 30 s.
  4. S’assurer que les gaz sont acheminés aux participants l’utilisation prolongée de 22 mm de diamètre tuyaux en passant par des conduits MSR de la respiration. Un système d’aspiration est situé à l’extérieur de la MSR et un tube long de livraison, connecté à un Yankauer tube d’aspiration passe à travers un conduit pour être placé à proximité de l’observateur les deux patient et clinique.
    1. En outre, assurer des bassins de vomissements sont situés à proximité d’au sein de la MSR pour permettre leur positionnement rapide par l’observateur lors de la survenance des vomissements. L’observateur clinique au sein de la MSR devra rester vigilant à toute obstruction des voies respiratoires, répondant au départ avec un menton soulever ou chevauchement de la mâchoire et interrompre immédiatement le protocole si vomissement imminent est signalé par excessive à avaler ou nausée ou des voies respiratoires l’obstruction n’est pas résolue par la vie de menton ou de la mâchoire de Poussée.
  5. Enregistrement EEG utilisant un MEG compatible 64 voies Ag/AgCl électrode capuchon attaché à une batterie alimentée amplificateur dans le MSR. L’ampli est connecté via un câble à fibre optique et un convertisseur de média adapté à un ordinateur portable exécutant un logiciel d’acquisition compatible.
  6. Activité de champ magnétique de cerveau record (MEG) à une fréquence d’échantillonnage de 1000 Hz en utilisant un système de MEG qui a une couverture de tout le cerveau et a bien défini des tableaux de capteurs qui peuvent inclure des magnétomètres et gradiomètres axial/plane ; la présente étude, utilisant un système composé de 102 magnétomètres et 204 gradiomètres planes. Pour éviter les complexités pas directement pertinentes au protocole ou à la configuration du système MEG, données exemple depuis les magnétomètres seuls sont signalées, même si les données magnétométriques tant gradiomètre sont acquis dans le cadre du protocole.
  7. Chef de piste position continuellement à l’aide de 5 bobines d’indicateur (IPH) position de la tête. Numériser l’emplacement des bobines tête, électrodes de l’EEG et marqueurs fiducial (nasion et gauche et droite pré-auriculaire points) devant MEG numérisation à l’aide appropriée de la numérisation équipement.
    1. Le but étant d’obtenir des résultats dans l’espace source, désactiver n’importe quel système de blindage actif interne utilisé par le système de MEG pour annulation de bruit en trois dimensions, afin d’assouplir le pipeline de traitement en ce qui concerne l’utilisation de l’espace signal méthodes de séparation (SSS) qui sont typiquement employés.
    2. Utilisez un scanner MRI pour obtenir correspondants pondérées en T1 structurels les scanners du cerveau pour plus tard co-enregistrement avec enregistrements M/EEG.

3. conception et protocole d’étude

Remarque : Un protocole expérimental de liaison bidirectionnelle est suivi. Effectuer deux séances d’essais distincts pour chacun des sujets séparés par un maximum de quatre semaines entre les séances de tests. Un bras de l’étude repose sur l’administration de Xe tandis que N2O est donné dans le deuxième volet. Les participants sont aveugles au type de gaz étant administrée tandis que le personnel médical et chercheurs sont pas dû à légères différences dans la procédure suivies pour leur administration.

  1. Après l’obtention du consentement éclairé, confirmer l’admissibilité participante avec une interview de vastes antécédents médicaux et les mesures des signes vitaux incluent la tension artérielle, fréquence cardiaque, débit expiratoire température et pic de corps. Après que admissibilité participante est confirmée, le sujet subit une mesure brève dans les lignes directrices pour s’assurer qu’il n’y a aucune source imprévue du bruit.
  2. Placer le capuchon de l’EEG sur la tête du sujet et gel toutes les électrodes. Fixez les 5 bobines HPI sur le capuchon pour enregistrer en continu la position de la tête dans les lignes directrices.
    1. Numériser les canaux EEG, les positions de bobine HPI et les points supplémentaires sur le nez du sujet et de stocker tous les sites utilisant de la MEG accompagnement logiciel.
    2. Déplacez l’objet vers le MSR, connectez le capuchon de l’électrode aux électrodes EEG amplificateur et re-gel si nécessaire pour s’assurer que leur impédance de contact électrique est inférieures à 5 kΩ.
  3. Outre les MEG et EEG, faire trois enregistrements de bio-canal supplémentaire bipolaire.
    1. Parce que l’administration d’agent anesthésique est associée avec les variations du tonus musculaire, record l’électromyogramme (EMG) à l’aide d’une paire d’électrodes Ag/AgCl usage unique placé submentally pour enregistrer l’activité des muscles mylohyoidien et digastrique (ventre antérieur).
    2. Enregistrer l’électro-oculogram (EOG) en attachant une paire d’électrodes au-dessus d’un des yeux, près du front et à proximité le canthus latéral correspondant et d’effectuer des enregistrements de trois conducteurs électrocardiogramme (ECG) utilisant des électrodes sur chaque poignet et un coude au sol (voir La figure 1).
  4. Demandez aux participants de garder les yeux fermés pendant toutes les phases d’enregistrement de l’expérience.
  5. Effectuer la prise en charge clinique du sujet avec un anesthésiste et une infirmière anesthésique ou autre observateur clinique convenablement formé. Avoir l’infirmière/observateur s’asseoir avec le sujet dans le MSR afin de suivre en permanence l’état du participant (en particulier l’étanchéité du masque visage et des voies respiratoires du sujet) et l’anesthésiste, situé dans la salle de contrôle pour gérer la livraison de gaz et électronique la surveillance.
  6. Collecte des données dans une équipe de trois : un membre surveiller et contrôler l’acquisition des lignes directrices du signal, un autre de surveiller et de contrôler l’acquisition de l’EEG et un autre démarrage et arrêt de la tâche informatisée auditif continue de la performance tout en suivi des réponses des sujets, coordonner tous les minutages expérimentales et enregistrement minute la pression artérielle et les concentrations de gaz fin d’expiration et débit de gaz tel que prévu par l’anesthésiste.
  7. Surveiller continuellement visuellement le participant dans le MSR via un appareil adapté, qui enregistre également toutes les étapes de l’expérience pour l’évaluation ultérieure et d’examen.
  8. Sur le plan comportemental, mesurer le niveau permanent de réactivité tout au long de l’expérience en utilisant une tâche continue de la performance auditive (aCPT). Utiliser les écouteurs compatibles MEG pour offrir une tonalité auditive binaurale de 1 ou 3 kHz fréquence et amplitude stéréo fixe (environ 76 dBA), avec une inter-stimulation intervalle compris entre 2 à 4 secondes, tirées d’une distribution uniforme.
    1. Demander aux participants de répondre le plus rapidement possible à l’aide de deux boîtes de bouton séparé dans chaque main. Utilisez la gauche et boutons à droite sur chaque boîte correspondent respectivement à une basse ou haute fréquence ton, boîtes à la touche gauche et droite, respectivement, pour le participant indiquer l’absence ou la présence de nausées.
  9. Suivre de près tout au long de l’expérience, la réactivité. La latence temps de réaction et la précision (pourcentage de tons correctement classés) des réponses sont enregistrées automatiquement aussi bien sous le nom affiché sur un écran à l’extérieur de l’IPM aux chercheurs d’obtenir une indication de temps réel de participants comportementale État.
    1. Suite à plusieurs réponses de boîte séquentielle bouton droit (indiquant les nausées), attirer l’attention de l’observateur dans le MSR et l’anesthésiste administrante qu’administration de gaz peut devoir être brutalement interrompue pour éviter les vomissements.
  10. Record yeux fermés au repos EEG et MEG pendant 5 min, suivie d’un enregistrement d’EEG/MEG 5 min yeux fermés de base avec l’objet effectuant la tâche aCPT.
  11. Retirer le sujet de la MSR et permettent une canule intraveineuse de 20 calibre à placer dans la cubitale gauche par l’anesthésiste. Administration d’antiémétique, lentement sur une période de 1 à 2 minutes, composée de 4 mg de dexaméthasone et d’ondansetron 4 mg59, suit pour prévenir tout vomissement causée par l’inhalation de gaz anesthésique, qui est souvent observée avec N2O à la des concentrations plus élevées utilisé60.
  12. Fixez le masque facial et circuit pour le sujet en utilisant un harnais de pression (CPAP) mis à jour le sommeil apnea airways positif continu de respiration et d’évaluer pour le confort de l’objet et l’absence de toute fuite à pression positive de 5 cm H2O.
  13. Retourner l’objet pour le MSR pour rester assis dans les lignes directrices pour le reste de l’étude.
  14. Prendre un certain nombre de mesures préventives afin d’assurer le mouvement du sujet limité durant les enregistrements simultanés de MEG et EEG, puisque le mouvement de tête et le corps peut causer des artefacts de grands enregistrements électromagnétique et sont censés se produire pendant l’administration de la agents anesthésiques dissociatifs en raison de leur propension bien connue pour induire l’agitation psychomotrice.
    1. Placer un bouchon sur mesure fait d’une faible densité mousse non colorée sur la tête qui retient la position de la tête à l’intérieur du casque de MEG dewar quelle que soit la forme et la taille de la tête.
    2. De plus, utiliser un harnais tissu enroulé autour des cuisses et les muscles fessiers et fixé à l’arrière de la chaise de MEG pour minimiser tout affaissement/affalé qui se produit dans la position verticale du participant (voir Figure 1).
    3. Lors de l’enregistrement, suivre la position de la tête en permanence en utilisant les bobines HPI, pour afficher en mode hors connexion après la fin de l’expérience (voir la section analyse des données pour plus de détails).
  15. Une fois que le participant est correctement placé, administrer 100 % inspiré O2 et cela continue jusqu'à 30 minutes jusqu'à ce que leur concentration de2 O fin d’expiration est > 90 %, ce qui indique qu’ils sont effectivement de-azotées, un processus nécessaire pour assurer mesures précises des concentrations de gaz anesthésiques fin d’expiration.
    1. Durant les 5 dernières minutes de dénitrogénation, effectuer un yeux de dernière minute 5 fermé au repos EEG/MEG aCPT enregistrement afin que toute l’administration effets antiémétiques et dénitrogénation peuvent avoir sur l’activité cérébrale peut ensuite être déterminé et contrôlé pour.
    2. Comparer ce troisième enregistrement de référence à des lignes de base précédentes (yeux reste fermés sans antiémétique et tâche les yeux fermés sans antiémétique) afin de déterminer les effets antiémétique et acceptation spontanée/repos M/EEG. Les lignes de base sont appelées lignes de base 1, 2 et 3 dans le manuscrit pour le reste les yeux fermés sans antiémétique, yeux de tâche fermés sans antiémétique et tâche yeux fermés avec anti-émétique, respectivement.

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Figure 1 : Images démontrant EEG, EOG, EMG et ECG disposition d’électrode et le Global créé au sein de la MSR. (A) présente la PAC compatible de 64 canaux MEG, utilisée pour enregistrer l’EEG, l’EOG est enregistrée à l’aide de deux électrodes montrés placés au-dessus et au-dessous de le œil gauche, EMG est enregistré à l’aide de deux électrodes placées au-dessous de la mâchoire et ECG est enregistré à l’aide de deux électrodes placées sur la poignet. (B) montre le chapeau de mousse sur mesure et harnais permettant de minimiser les mouvements du sujet pendant l’enregistrement. (C) montre la configuration finale requise pour anesthésique administration qui comprend le positionnement de la tête au sein de la MEG et en fixant un masque à gaz raccord étanche. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

4. protocole d’Administration de gaz

Remarque : Le protocole d’administration de gaz varie légèrement selon le bras de l’étude.

  1. Administrer le Xe à quatre lavage augmentant de niveaux et N2O à trois lavage augmentant niveaux. Les premiers niveaux de trois gaz pour chaque gaz correspondent aux niveaux d’equi-MAC-éveillé de 0,25 (niveau 1), 0,5 (niveau 2) et 0,75 (niveau 3) fois la concentration MAC éveillé. Ces concentrations sont 8 %, 16 %, 24 % et 16 %, 32 %, 47 % des concentrations de Xe/O2 et N2O/O2, respectivement.
    Remarque : La 4ème niveau XE correspond à 1,3 fois la concentration MAC éveillé.
  2. Choisissez le niveau de gazth 4 Xe telle que 95 % des participants sont censés perdre conscience à ce niveau (tous les sujets étudiés à ce jour ont atteint la pleine perte de réactivité au cours de la tâche de l’aCPT). En raison de la propension bien documentée de N2O d’induire des nausées et des vomissements à concentrations élevées, n’incluez pas un N2O niveau à une concentration suffisante pour induire la perte de conscience dans 95 % des participants (~ 75 %). La figure 2 résume les profils d’administration de gaz.
  3. Suivez la même procédure expérimentale pour tous les niveaux d’equi-MAC Xe et N de2O à l’exception de 42 % Xe/O2, qui aura besoin d’une méthode légèrement différente (voir 4.4. ci-dessous).
    1. Au début de chaque niveau, informer le sujet et l’observation clinique infirmière anesthésique qu’administration de gaz va commencer et commencer l’enregistrement de l’EEG et MEG, signaler à l’anesthésiste administrante pour commencer l’administration gaz et démarrer la tâche aCPT. Lavage de gaz puis se produit pendant une période de 10 minutes, tel que la concentration cible fin d’expiration est atteint à la fin de cette période et maintenue pendant 5 minutes (la phase stationnaire supposée).
    2. À la fin de cette période d’état d’équilibre de 5 minutes, effectuer le lavage-out avec l’administration de 100 % O2 sur une période de 10 minutes au cours de laquelle la concentration de gaz fin d’expiration revient à 0.
    3. Répétez la procédure pour le prochain niveau de gaz d’étape.
      NOTE : Perte de réactivité (LOR) XE devrait être atteint dans 95 % des participants à une concentration de 42 % Xe/O261. L’administration de ce niveau se produit en ce qui concerne les niveaux inférieurs, jusqu'à ce que l’observateur anesthésique infirmière/cliniques tant la perte de réponses bouton indiquent LOR.
  4. Une fois que LOR est obtenue, maintenir le niveau de gaz Xe pendant 10 minutes ou jusqu'à ce que l’anesthésiste ou anesthésiques infirmière/clinique observateur estime qu’il est dangereux de continuer après que laquelle wash-out avec 100 % O2 prend place. Instances dans lesquelles l’anesthésiste peut juger dangereux de continuer incluent pressantes fréquentes de la boîte de droite bouton indiquant les nausées, les bruits glottales, les signes des vomissements comme une salivation excessive ou réactions vaso-vagale et de déglutition.
    NOTE : À ce niveau plus élevé, faire preuve de prudence significative et fixer un seuil clinique faible pour interrompre l’administration de gaz de Xe. Expérience de l’auteur suggère que ce niveau peut être associé à une réduction à avaler, a permis l’accumulation de la salive et l’apparition d’un comportement semblable haut-le-cœur, que si continuer mai préfigurer la régurgitation dans le masque. Naturellement, les conséquences pourraient inclure potentiellement mortelles d’aspiration. Il est également possible que des réponses moins intenses peuvent se produire à des niveaux inférieurs de gaz et exercer ainsi un niveau élevé de vigilance durant l’administration de tous les niveaux de gaz par étapes. En plus de ces éventuels problèmes des voies respiratoires, soyez conscient des risques de syncope vaso-vagale, en particulier dans les jeunes participants masculins. Leur âge et les restrictions temporaires de fluide et la nourriture sont tous les facteurs de risque62.

figure-protocol-2
Figure 2 : Résumé de l’administration de gaz profils pour Xe et N 2O. Concentrations de chronologie et gaz pendant le cours de l’administration de médicaments pour N2O (en haut) et Xe (en bas). Les nombres au-dessus de chaque scénario indiquent le temps en minutes depuis le début de la première livraison de gaz. Chaque niveau de concentration de gaz maximale équilibrée est accessible par le biais de 10 minutes équilibration période, suivie d’un état d’équilibre de 5 minutes pendant lequel la concentration de gaz maximale équilibrée est maintenue, et puis un affaissement de 10 minutes. Le pic équilibrés gaz séquentiellement les concentrations augmentent au fil du temps. Notez que la chronologie de la préparation de l’expérience ainsi que la période après l’administration de gaz ne sont pas affichés. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

5. structure Scan

  1. Avant l’IRM, placer les capsules de vitamine E sur la tête du participant pour être utilisés comme marqueurs pour mettre en évidence les points numérisés fiducial pour l’apex nasale et gauche et droite pré-auriculaire. Ceci assure une meilleure co-enregistrement des capteurs MEG/EEG et IRM cérébrale lors d’une tentative de relier imagerie source MEG/EEG à la neuroanatomie par IRM.
  2. Obtenir un seul balayage de MRI pondérées en T1 structurels, soit après l’achèvement d’un bras de l’étude, si le participant ne se sent bien, sinon leur demander de revenir un jour séparé pour l’analyse structurelle de cerveau.

6. participant suivi

Remarque : Le sujet est libre de quitter lorsqu’il est accompagné par un ami ou un parent.

  1. À la sortie, demandez aux participants de remplir une version tronquée des 5 dimensions États modifiés de conscience Rating Scale (5D-ASC) ; un questionnaire destiné à accéder aux différences individuelles en comparant l’état de conscience normale et modifiés au moyen d’une échelle visuelle analogique63,64.
  2. En outre, demander pour la présentation d’un court récit de leur expérience globale au cours de l’expérience ainsi que des détails spécifiques sur niveau effets qualitatifs dépendants.
  3. A ces deux documents rempli et transmis aux chercheurs de 24 heures après chaque séance d’enregistrement.

7. analyse de données

Remarque : Cette section décrit l’analyse des données de base au niveau capteur MEG/EEG couvrant les étapes nécessaires pour générer les exemples de prétraité données MEG/EEG, topographie spectrale, mouvements de la tête, marquant de la réactivité et auditifs réponses évoquées. Cet article porte sur l’illustration d’exemples typiques afin que le lecteur puisse comprendre les caractéristiques importantes des données enregistrées. Aucune analyse statistique intra-individuelle ou plus n’est effectuées comme principal objectif de cette section de l’analyse est de détailler important de pré-traitement étapes qui attestent de la qualité et l’intégrité des données recueillies. Aucuns détails ne sont fournis pour les innombrables analyses qui pourraient être effectuées sur cette données55,56 , car elles sortent du cadre de la description de la méthode.

  1. Compléter l’analyse des données en mode hors connexion sur un ordinateur de bureau à l’aide du logiciel d’analyse de données appropriées et utiliser des boîtes à outils pertinents pour le traitement de données fois EEG et MEG. En pipeline des auteurs, utilisez la version 20160801 de la boîte à outils de Fieldtrip65 .
  2. Calculer les mouvements de la tête pendant chaque MEG enregistrement en obtenant d’abord les positions de tête continues comme une séquence de coordonnées quaternion en analysant les signaux de bobine 5 HPI enregistrées dans le cadre de chacun des niveaux dépendant et base enregistrements de MEG. Convertir les positions de tête de quaternion en coordonnées cartésiennes.
  3. Assembler les 6 et 7 enregistrements pour N2O et Xe étudient des armes (lignes 1, 2 et 3, niveaux 1 à 3 ou 1 à 4 gaz respectivement). Temps Maj EEG brut par rapport aux données de MEG afin de synchroniser les deux types de signaux basé sur un canal de déclencheur commun. Cette forme de synchronisation vient le choix du système d’enregistrement EEG.
    Remarque : De nombreux systèmes de MEG contiennent construit dans le système d’EEG qui offre la synchronisation niveau électronique très précise de la MEG et EEG, mais ont souvent quantification DAC basse résolution de 16 bits. Pour cette raison, utiliser un système d’EEG externe (voir 2.3) ayant 24 bits EEG amplitude une résolution plus élevée pour permettre une tolérance plus élevée à électrode compensée potentiels, la mesure des basses fréquences et une réponse en fréquence plane sur tous les canaux.
  4. Pour tous les enregistrements portant sur la livraison de gaz et de la performance de l’aCPT, redéfinir le temps zéro de l’entrée en vigueur du aCPT tâche/gaz.
  5. Inspection des données brutes de MEG visuelle et exclure tous les mauvais canaux de l’analyse. Ensuite, filtrer les données en utilisant un algorithme de séparation temporelle de signal-espace76 implémenté dans le logiciel du système de MEG. L’algorithme supprime les sources d’interférences magnétiques en dehors du tableau de capteur et donc se traduit par une réduction des artefacts de mouvement de corps rigide ou externe. Importez le jeu de données de sortie dans le logiciel d’analyse de données pour être utilisés avec les magnétomètres (102 canaux) sélectionnées pour un traitement ultérieur.
  6. Passe-bande filtrer le MEG à 2 à 50 Hz et appliquer des filtres de bruit de ligne à 50, 100 et 150 Hz. Visual artefact de détection et une procédure de détection automatique d’artefact mis en œuvre dans le logiciel d’excursion permettent la suppression de tout élément artifactual. Inspecter visuellement tous les segments contenant oeil clignote, battements de coeur ou artefacts musculaires et exclure des données, ainsi que tous les segments en corrélation avec des changements significatifs dans les mouvements de la tête plus de 5 mm (voir ci-dessous).
    NOTE : Les mouvements de plus de 5 mm en ce qui concerne le début de chaque ligne de base de 5 minutes ou gaz équilibrés période servent à rejeter continuellement données MEG puisque l’imagerie source MEG a généralement une résolution spatiale de l’ordre de 5 mm (p. ex. pour MEG/EEG beamformers55). Il est toutefois possible d’effectuer la compensation de mouvement des données MEG66 , plutôt que de rejeter les segments de données corrélées avec d’importants mouvements de la tête, mais ces méthodes sont au-delà de la portée du présent document.
  7. Comme avec les données de MEG, une inspection visuelle l’EEG raw 64 voies et exclure tous les mauvais canaux une analyse plus poussée des données. Passe-bande filtrer les données en utilisant les bandes de fréquences de même en ce qui concerne le MEG. Re-référencer l’EEG d’une commune moyenne que celle qui est standard pour source d’imagerie des approches. Enfin, retirer tous les segments contenant des artefacts contemporains avec celles des lignes directrices correspondantes.
  8. Pour visualiser les propriétés spectrales des données MEG/EEG, calculer les spectres d’amplitude recto le long de la ligne de médiane antéro-postérieur des canaux EEG FPz, Cz et Oz et des canaux midline frontales, centrales et occipitales MEG magnétomètre ( Figure 3 ).
    1. Calculer la carte topographique au niveau du capteur de puissance de la bande alpha (8 à 13 Hz) pour EEG/MEG, compte tenu de cette forte bande alpha ont observé des changements précédemment pour N2O et GABAergiques anesthésiques25,31,67 .
    2. Pour les données de l’EEG, utiliser le canal de FPz comme référence pour calculer la puissance de la bande alpha topographique afin de mieux faire ressortir les changements d’alimentation alpha.

figure-protocol-3
Figure 3 : Maquettes de capteurs EEG (A) et MEG (B) vue depuis le sommet de la tête et aplatie dans un plan. Notez la structure triplet de MEG où les capteurs se terminant par 1 ### sont magnétomètres et capteurs se terminant par ### 2 ou 3 ### gradiomètres. Les cases rouges indiquent les canaux le long de la ligne de médiane antéro-postérieur permettant de visualiser les propriétés spectrales des canaux central et occipital magnétomètre EEG et MEG, FPz (frontal), Cz (centrale) et Oz (occipital) et frontal, respectivement. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

  1. Obtenir des réponses évoquées auditives pour sans artefact MEG et EEG données filtrées pour chaque enregistrement impliquant la tâche aCPT. Époque les signaux de la milliseconde-1000 à + 2000 ms par rapport à la tonalité déclenchent fois et moyenne tout artefact disponible gratuitement les époques. Prenez le temps de latence entre le stimulus déclencheur production et livraison du son à l’oreille en compte, dans ce cas ms 190,5.

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Résultats

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Cette section utilise les données provenant d’un sujet afin de démontrer les caractéristiques typiques des enregistrements simultanés et le potentiel d’une telle information afin de contribuer à une meilleure compréhension de l’anesthésique induit par États modifiés de conscience. Pour simplifier l’exposition, résultats sont présentés aux i) les enregistrements de la base de l’administration post-anti-émétique (référence 3), ii) 0,75 equi-MAC-éveillé pics de concentration de gaz (niveau 3...

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Discussion

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Cet article a décrit un protocole complet pour l’enregistrement simultané de MEG et EEG pendant la livraison gaz anesthésique N2O et Xe. Un tel protocole seront utile pour étudier les corrélats neurones électromagnétiques des réductions induite par l’anesthésie en conscience. Le protocole devrait également de généraliser à la livraison des autres gaz anesthésiques tels que sévoflurane ou l’isoflurane. Cela facilitera une meilleure compréhension des mécanismes macroscopiques communes, spécifiques et distinctes ...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs tiens à remercier Mahla Cameron Bradley, Rachel Anne Batty et Johanna Stephens pour assistance technique précieuse avec la collecte de données de MEG. Par ailleurs nous remercions Dr Steven Mcguigan soutien comme un deuxième anesthésiste. Paige Pappas a supervisé de l’infirmière anesthésique inestimable. Markus Stone offerte gracieusement son temps et son expertise en montage et tournage du protocole. M. Suresh Muthukumaraswamy a donné des conseils spécifiques concernant l’analyse des données et l’interprétation des résultats. Enfin, Jarrod Gott beaucoup contribué une discussion stimulante, aidé dans l’exécution d’un certain nombre d’expériences pilotes et a été central dans la conception de l’orthèse tête de mousse.

Cette recherche a été financée par une subvention de collaboration de James 220020419 # « Reconstruire la conscience » attribuée à George Mashour, Michael Avidan, Max Kelz et David Liley.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Neuromag TRIUX Système MEG 306 canauxElekta Oy, Stockholm, SUÈDEN/A
Polhemus Système 3DFastrak Polhemus, VT, USAN/A
Casque d’insertion ER-1 compatible MEGEtymotic Research Inc., IL, USAN/A
Capuchon de tête en mousse basse densité, compatible MEGN/A/AFabriqué sur mesure par l’équipe de recherche
Harnais, MEG compatibleN/A~ 3 m de long, ~ 5 cm de large, bande de tissu/jute pour sécuriser la position du participant sur le fauteuil MEG
Ambu Neuroline 720 Single Patient SurfaceElectrodes Ambu, Copenhague, Danemark72015-K10
3.0T TIM Trio Système d’IRMSiemens AB, Erlangen, ALLEMAGNEN/A
Système d’amplification AsalabANT Neuro, Enschede, PAYS-BASN/Ace système n’est plus fabriqué et a été déprécié à 64 canaux eego eeg
amplificateur 64 canaux Waveguard EEG cap, compatible MEG ANTNeuro, Enschede, PAYS-BASCA-138taille moyenne
Boîtier de batterie sans fil à blindage magnétiqueANT Neuro, Enschede, PAYS-BASN/ABlindage magnétique non fourni par le fabricant &ndash ; Modifié par l’équipe de recherche
OneStep ClearGel Electrode gelH+H Medizinprodukte GbR, Munster, ALLEMAGNE154547
Akzent Xe Color Anesthesia MachineStephan GmbH, Gackenbach, ALLEMAGNEN/A
Omron M6-Comfort Tensiomètre OmronHealthcare, Kyoto, JAPONN/A
Gaz xénon (pureté de 99,999 %)Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIEN/Anous estimons que nous utilisons environ 40 L (SATP) par participant
Protoxyde d’azote médicalCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIEN/Ax2 Bouteilles de taille G
Oxygène médical, Thomastown, VIC, AUSTRALIEN/Ax2 Bouteilles de taille G
médical, Thomastown, VIC, AUSTRALIEN/Ax2 Bouteilles de taille G
Filtre Respiratoire & HMES avec port Capno HypnobagMedtronic, MN, USA352/5805
Yankauer High AdultMedtronic, MN, USA8888-502005
Quadralite EcoMask masques anesthésiquesIntersurgical Australia Pty Ltd7093000/7094000taille 3 et taille 4
Aspirateur Disp 1200 mL Medival GuardianCardinal Health, OH, USA65651-212
Support de cathéter Ext 4-13 cm avec  ; Coude 90AMedtronic, MN, USA330/5667
Cathéter IV Optiva 24g x 19 mm Jaune St SuSmiths Medical, MN, USA5063-INT
Flacons d’injection de dexaméthasone Mylan (4 mg/1 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIE400528517
Ondasetron (4 mg/2 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIE400008857
Chariot de réanimation médicaleLe chariot de réanimation médicale est configuré selon les exigences minimales suggérées pour la réanimation adulte recommandées dans le document « Normes pour la réanimation : pratique clinique et éducation ; juin 2014) par les conseils de réanimation de l’Australie et de la Nouvelle-Zélande et spécifiquement approuvée par plusieurs organisations professionnelles de soins de santé, dont l’Australian and New Zealand College of Anaesthetists. Il comprend tous les équipements nécessaires pour les voies respiratoires et circulatoires, ainsi que les agents pharmaceutiques associés pour permettre une réanimation et un soutien cardio-respiratoires complets dans un environnement non clinique. Tous les détails peuvent être trouvés sur https://resus.org.au/standards-for-resuscitation-clinical-practice-and-education/
Maxfilter Version 2.2Elekta Oy, Stockholm, SUÈDEN/ALogiciel d’analyse de données fourni avec le système Neuromag TRIUX MEG d’Elekta
N taille Air

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