Le misurazioni elettrofisiologiche e Analisi di nocicezione nei neonati umani

L'obiettivo generale del seguente esperimento è registrare e caratterizzare l'attività cerebrale e del midollo spinale specifica per la nocicezione nei neonati umani. Questo viene ottenuto mediante l'utilizzo di tecniche EEG ed EMG per misurare l'attività elettrofisiologica nel sistema nervoso centrale. Dopo procedure nocive clinicamente essenziali, il primo passo consiste nel garantire che vengano ottenute registrazioni fisiologiche di alta qualità dai neonati quando sperimentano stimoli nocivi sperimentali, tattili ed essenziali.

Successivamente, devono essere applicate tecniche analitiche di post-elaborazione ai dati al fine di caratterizzare i modelli di attività evocati. Possono essere ottenuti risultati che mostrano come nessuna attività specifica del cervello e del midollo spinale suscettibile possa essere registrata dal cervello del neonato umano. Questo metodo ci aiuterà a comprendere come il sistema nervoso in via di sviluppo risponde a stimolazioni nocicettive.

Per iniziare l'allestimento di questo esperimento, preparare innanzitutto la pelle del neonato, quindi posizionare un minimo di 16 singoli elettrodi monouso in argento/cloruro di argento per EEG sulla testa. Secondo il sistema modificato di posizionamento degli elettrodi internazionale 10-20, utilizzare una pasta conduttiva per EEG al fine di ottimizzare il collegamento elettrico tra elettrodi e cute. Qui di seguito è riportato uno schema del posizionamento degli elettrodi per le registrazioni EEG, modificato rispetto al sistema internazionale di posizionamento 10-20.

Utilizzare FCZ come elettrodo di riferimento per la registrazione. Utilizzare lo stesso elettrodo di massa per l'ECG e l'EEG. Posizionare un elettrodo di massa sul torace o sulla testa.

Quindi, per impostare la registrazione dell'ECG, preparare la pelle e posizionare gli elettrodi ECG sul lato sinistro e destro del torace. Fissare insieme i cavi degli elettrodi per ridurre al minimo le interferenze elettriche. Successivamente, posizionare un trasduttore di movimento sull'addome per misurare la respirazione.

Il passo successivo consiste nel preparare la cute e posizionare gli elettrodi EMG sul bicipite per morice di entrambe le gambe. Posizionare ora una sonda del pulsossimetro sul piede controlaterale rispetto al piede che verrà stimolato e assicurarsi che la sonda sia ben fissata. Verificare sul monitor il segnale EEG e controllare che la saturazione di ossigeno e la frequenza cardiaca siano registrate senza interruzioni del segnale.

Infine, posizionare una videocamera montata su un treppiedi in modo da inquadrare il volto del neonato, così da poter registrare le variazioni dell'espressione facciale. Collocare un diodo ad emissione luminosa (LED) all'interno dell'inquadratura della videocamera. Il LED è collegato al circuito temporale in modo da lampeggiare al momento della presentazione dello stimolo, per sincronizzare la registrazione dell'elettroencefalogramma-elettromiogramma (E-E-G-E-M-G) e quella video.

Una volta completata l'installazione, iniziare la raccolta dei dati. Avviare la registrazione video e, dopo che il neonato si è calmato, tenere il piede come se si dovesse eseguire una puntura al tallone ed etichettare l'evento sulle registrazioni di EEG e EMG. Questo intervallo verrà utilizzato per identificare un tratto del controllo di base.

Successivamente, applicare una stimolazione tattile picchiettando leggermente un tappo di gomma contro il tallone. Stimolare il piede che non è collegato al pulsossimetro. In questo caso, la stimolazione tattile viene segnalata come evento utilizzando un tappo di gomma fissato a una testa di impedenza su un martelletto per riflessi, che è collegato elettronicamente all'apparecchiatura di registrazione.

La registrazione video è contrassegnata dall'evento mediante il flash del LED. Possono essere applicati stimoli ripetuti e lo stimolo può essere applicato a diverse regioni del corpo, ad esempio la spalla.

Ora applicare una stimolazione di controllo ruotando il lancetto di 90 gradi e appoggiandolo sul piede in modo che, quando la lama a scatto viene rilasciata, non entri in contatto con la pelle. Dopo che l'attività EEG si è stabilizzata, eseguire la puntura clinica essenziale sul tallone secondo la pratica clinica abituale. La puntura non è stata eseguita sull'infante ripreso fino a questo momento; quanto mostrato qui è la puntura sul tallone di un infante diverso, con sincronizzazione temporale della procedura.

La puntura dovrebbe essere eseguita come nel caso della stimolazione di controllo dopo il test del tallone; non comprimere il piede per almeno 30 secondi per garantire che le risposte registrate siano dovute esclusivamente alla puntura. Dopo aver raccolto la quantità richiesta di sangue, preparare i campioni per l'analisi clinica. Salvare i dati e spegnere tutte le apparecchiature di registrazione.

Rimuovere quindi gli elettrodi. Infine, registrare le informazioni demografiche del neonato e i dettagli dell'esperimento. Inserire questi dati in un database anonimo per la conservazione sicura e futuri riferimenti.

Ripetere questa procedura nel campione richiesto di neonati nello studio. Per iniziare l'analisi dei dati EEG, creare innanzitutto un'epoca EG di 1,7 secondi corrispondente a ogni stimolazione di controllo al tocco, a quella con la lancetta e al fondo EEG. Queste epoche dovrebbero iniziare 0,6 secondi prima di ogni evento.

Il numero di epoche corrispondenti a ciascuna modalità deve essere lo stesso baseline; correggere l'epoca sottraendo il segnale medio del baseline. Successivamente, applicare un filtro passa-alto a 0,1 hertz. Considerare per ulteriori analisi l'epoca registrata in CPZ o CZ ed escludere le epoche contaminate da artefatti di movimento con una variazione di ampiezza superiore a 50 microvolt in meno di 50 millisecondi.

Ripetere questa procedura per tutte le registrazioni. Successivamente, allineare i tracciati registrati da ogni neonato per correggere la variabilità della latenza compresa tra 50 e 30 millisecondi successivamente alla stimolazione.

Eseguire un'analisi delle componenti principali in questo intervallo di tempo per identificare il potenziale tattile, ovvero l'attività EEG correlata alla stimolazione tattile. Considerare l'EPOCH come le variabili e i punti temporali come le osservazioni.

Analisi delle componenti principali. Decompone le epoche EEG in forme d'onda di base, denominate componenti principali o PC, e rappresenta la variazione sistematica dell'ampiezza del segnale nei diversi punti temporali. Ora allineare i tracciati per correggere la variabilità di latenza compresa tra 300 e 700 millisecondi dopo la stimolazione ed eseguire l'analisi delle componenti principali in questo intervallo temporale. Per l'analisi dei dati EMG, calcolare innanzitutto il valore efficace (root mean square) del segnale EMG nei primi 1000 millisecondi successivi alla stimolazione, per gli stimoli di controllo e di lance.

Quindi eseguire un test T sui valori della radice quadrata media per determinare il riflesso spinale di ritrazione specifico per la nocicezione. Qui osserviamo la media globale in CZ ottenuta considerando tutti i tipi di stimolazione dopo l'allineamento tra 50 e 300 millisecondi. Le componenti principali, rappresentate dalla linea in grassetto, indicano un potenziale sensoriale evocato sia dalla stimolazione tattile che da quella nocicettiva, poiché i pesi di questa componente risultano significativamente maggiori dopo la stimolazione tattile e nocicettiva rispetto all'EEG di base.

Al contrario, il componente principale ottenuto tra 300 e 700 millisecondi dopo l'inizio dello stimolo rappresenta un potenziale specifico per la nocicezione. L'ampiezza di questo componente è significativamente maggiore dopo la stimolazione dolorosa rispetto alla stimolazione tattile e al fondo. L'EEG mostra qui degli esempi di potenziale sensoriale in blu in cz evocato da stimolazione tattile in tre neonati, e qui degli esempi di potenziale specifico nocicettivo in verde in cz evocato da puntura dolorosa in tre neonati.

Infine, qui vediamo un esempio di attività EMG in un lattante dopo una puntura dolorosa al tallone e una stimolazione tattile non dolorosa del tallone. L'attività EMG calcolata come valore efficace è significativamente maggiore dopo la stimolazione dolorosa rispetto a quella non dolorosa. Questa tecnica aprirà la strada nel campo delle neuroscienze, permettendo ai ricercatori di comprendere lo sviluppo dell'elaborazione del dolore.