מדידות אלקטרו וניתוח Nociception אצל תינוקות אדם

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא להקליט ולאפיין פעילות ספציפית של המוח ושל חוט השדרה בתגובה לגירויים נוציצפטיביים אצל תינוקות בני אדם. מטרה זו מושגת באמצעות טכניקות EEG ו-EMG למדידת פעילות אלקטרופיזיולוגית במערכת העצבים המרכזית. בעקבות הליכים נוציצפטיביים חיוניים מבחינה קלינית, השלב הראשון הוא להבטיח קבלת הקלטות פיזיולוגיות באיכות גבוהה מתינוקות בעת שהם חווים גירויים נוציצפטיביים ניסויים, מגעים וחיוניים.

בשלב הבא, יש להחיל טכניקות אנליטיות של עיבוד לאחר מדידה (post-processing) על הנתונים על מנת לאפיין את דפוסי הפעילות שהוזו. ניתן לקבל תוצאות המראות כי לא ניתן להקליט פעילות ספציפית רגישה של המוח וחבל השדרה ממוחו של תינוק אנושי. שיטה זו תסייע לנו להבין כיצד מערכת העצבים המתפתחת מגיבה לגירוי מזיק.

כדי להתחיל בהכנות לניסוי זה, הכינו תחילה את עורו של התינוק ולאחר מכן הניחו על הראש לפחות 16 אלקטרודות כוס חד-פעמיות של EEG העשויות כסף וכסוף-כלוריד. בהתאם למערכת מיקום האלקטרודות הבינלאומית 10-20 המעודכנת, השתמשו במשחה מוליכה ל-EEG כדי למקסם את הצימוד החשמלי בין האלקטרודה לעור. כאן ניתן לראות תרשים של מיקום האלקטרודות להקלטות EEG, המבוסס על מערכת מיקום האלקטרודות הבינלאומית 10-20 המעודכנת.

השתמשו ב-FCZ כאלקטרודת הייחוס להקלטה. השתמשו באותה אלקטרודת הארקה עבור ה-ECG וה-EEG. מקמו אלקטרודת הארקה על החזה או על הראש.

לאחר מכן, כדי להגדיר את הקלטת ה-ECG, יש להכין את העור ולהניח אלקטרודות ECG בצד שמאל ובצד ימין של החזה. קשרו את כבלי האלקטרודות יחד כדי למזער הפרעות חשמליות. לאחר מכן, הניחו מתמר תנועה על הבטן כדי למדוד את הנשימה.

השלב הבא הוא להכין את העור ולהניח אלקטרודות EMG על שרירי הדו-ראשי של שתי הרגליים עבור המדידה. כעת יש להניח חיישן מד סטורציה (pulse oximeter) על כף הרגל הנגדית לרגל שתעבור גירוי, ולוודא שהחיישן מקובע במקומו. יש לבדוק במסך את אות ה-EEG ולוודא שרוויית החמצן וקצב הלב נרשמים ללא הפסקות באות.

לבסוף, הגדירו מצלמה המותקנת על חצובה כך שתמסגר את פניו של התינוק, כדי שניתן יהיה להקליט שינויים בהבעות הפנים. מקמו דיודה פולטת אור (LED) בתוך מסגרת הצילום. ה-LED מקושר למעגל התזמון כך שימצמץ בעת הצגת הגירוי, במטרה לסנכרן את הקלטות ה-E-E-G-E-M-G והוידאו.

לאחר השלמת ההגדרות, התחילו באיסוף הנתונים. הפעילו את הקלטת הווידאו, ולאחר שהתינוק התמקם, אחזו בכף הרגל כאילו אתם מבצעים דקיקת עקב וסמנו את האירוע בהקלטות ה-EEG וה-EMG. תקופה זו תשמש לזיהוי של מקטע בקרת רקע.

בשלב הבא, החילו גירוי מגע על ידי הקשה קלה עם פקק גומי על העקב. גרו את כף הרגל שאינה מחוברת למד סטורציית החמצן (pulse oximeter). במקרה זה, גירוי המגע מסומן כאירוע באמצעות פקק גומי המחובר לראש עכבה (impedance head) על פטיש גידים, המקושר באופן אלקטרוני לציוד ההקלטה.

הקלטת הווידאו מסומנת על ידי הבזק ה-LED. ניתן להפעיל מגעים חוזרים, וניתן להחיל את הגירוי על אזורים שונים בגוף, כגון הכתף.

כעת החילו גירוי ביקורת על ידי סיבוב הלנסט ב-90 מעלות והצמדתו לכף הרגל, כך שכאשר הלהב המופעל על ידי קפיץ ישוחרר, הוא לא יבוא במגע עם העור. לאחר שפעילות ה-EEG תתייצב, בצעו את דקירת העקב החיונית מבחינה קלינית בהתאם לפרקטיקה הקלינית. דקירת העקב לא בוצעה בתינוק שצולם עד לנקודה זו; המוצג כאן הוא דקירת עקב בתינוק אחר, עם נעילת זמן של העקב.

יש לבצע את הדקירה כפי שבוצעה עבור גירוי הביקורת לאחר הדקירה בעקב; אין לסחוט את כף הרגל למשך 30 שניות לפחות כדי להבטיח שהתגובות הרשומות נובעות אך ורק מהדקירה. לאחר איסוף כמות הדם הנדרשת, הכין את הדגימות לניתוח קליני. שמור את הנתונים והפסק את פעולת כל ציוד ההקלטה.

לאחר מכן הסירו את האלקטרודות. לבסוף, רשמו את המידע הדמוגרפי של התינוק ואת פרטי הניסוי. הזינו נתונים אלו למסד נתונים אנונימי לאחסון בטוח ולשימוש עתידי.

חזרו על הליך זה במדגם התינוקות הנדרש למחקר. כדי להתחיל בניתוח נתוני ה-EEG, צרו תחילה מקטעי (epochs) EEG של 1.7 שניות המתאימים לכל בקרת מגע, לגירוי הדקירה ול-EEG הרקע. מקטעים אלו צריכים להתחיל 0.6 שניות לפני כל אירוע.

מספר ה-epochs המתאימים לכל מודאליות צריך להיות זהה בקו הבסיס (baseline), ויש לתקן את ה-epoch על ידי חיסור אות קו הבסיס הממוצע. לאחר מכן, יש להחיל סינון מעביר גבוה (high pass filter) בתדר של 0.1 hertz. יש להבאיב את ה-epoch שהוקלט ב-CPZ או ב-CZ לצורך ניתוח נוסף, ולהוציא epochs שנפגעו מארטיפקט של תנועה עם שינוי באמפליטודה הגדול מ-50 microvolts בפחות מ-50 milliseconds.

חזור על פעולה זו עבור כל ההקלטות. לאחר מכן, יישר את העקבות שהוקלטו מכל תינוק כדי לתקן את תנודות השיהוי (latency jitter) שבין 50 ל-30 מילישניות לאחר הגירוי.

בצע ניתוח רכיבים ראשיים (PCA) בפרק הזמן הזה כדי לזהות את הפוטנציאל התחושתי, המהווה את פעילות ה-EEG הקשורה לגירוי התחושתי. התייחס ל-EPOCH כאל המשתנים ולנקודות הזמן כאל התצפיות.

ניתוח רכיבים עיקריים (Principal component analysis). מפרק את תקופות ה-EEG לצורות גל בסיסיות, המכונות רכיבים עיקריים או PCs, ומייצג שונות שיטתית בעוצמת האות לאורך נקודות זמן. כעת יישרו את העקבות כדי לתקן עבור ג'יטר של השהיה (latency jitter) בין 300 ל-700 מילישניות לאחר הגירוי, ובצעו ניתוח רכיבים עיקריים במרווח זמן זה. עבור ניתוח נתוני ה-EMG, חשבו תחילה את השורש הממוצע של הריבועים (root mean square) של אות ה-EMG ב-1000 המילישניות הראשונות לאחר הגירוי עבור גירויי הבקרה והlance.

לאחר מכן, בצעו T-test על ערכי השורש הריבועי הממוצע (RMS) כדי לקבוע את רפלקס הנסיגה הספצירי של השריר בעקבות גירוי נוציצפטי. כאן אנו רואים את הממוצע הכללי ב-CZ שהתקבל עבור כל סוגי הגירויים לאחר סנכרון בין 50 ל-300 מילישניות. הרכיבים הראשיים המסומנים בקו מודגש מייצגים פוטנציאל תחושתי שעורר הן על ידי גירוי מגע והן על ידי גירוי נוציצפטי, מכיוון שהמשקולות של רכיב זה גדולות משמעותית לאחר גירוי מגע וגירוי נוציצפטי בהשוואה ל-EEG הרקע.

לעומת זאת, הרכיב העיקרי המתקבל בין 300 ל-700 מילישניות לאחר תחילת הגירוי מייצג פוטנציאל נוציצפטי ספציפי. המשקל של רכיב זה גדול באופן משמעותי בעקבות גירוי נוציצפטי בהשוואה לגירוי טקטילי ולרקע. ה-EEG מציג כאן דוגמאות לפוטנציאל התחושתי בכחול ב-cz שהושרה על ידי גירוי טקטילי בשלושה תינוקות, וכאן דוגמאות לפוטנציאל הנוציצפטי הספציפי בירוק ב-cz שהושרה על ידי דקירה נוציצפטית בשלושה תינוקות.

לבסוף, אנו רואים כאן דוגמה לפעילות EMG בתינוק לאחר דקירה מכאיבה בעקב וגירוי מגע לא מכאיב בעקב. פעילות ה-EMG בממוצע ריבועי שורש (root mean square) גדולה באופן משמעותי בעקבות גירוי מכאיב בהשוואה לגירוי לא מכאיב. טכניקה זו תסלול את הדרך בתחום מדעי העצבים עבור חוקרים להבין את ההתפתחות של עיבוד הכאב.