方法論記事

気体の麻酔薬は、キセノンと亜酸化窒素の健康なボランティアの管理中に記録脳波電磁

DOI：

10.3791/56881

⸱

2018年1月13日

 ,  ,  ,  ,  , 
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

この記事について

サマリー

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同時脳磁図、脳波、異なる麻酔によって引き起こされる意識の削減のマクロ スケールの一般的かつ明確なメカニズムを検索する便利なツールを提供します。本稿は、N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based 麻酔中にキセノンと亜酸化窒素の吸入による健康な人間からそのようなデータの記録を基になる経験的な方法を示しています。

要約

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麻酔は恐らく間違いなくグローバル意識/無意識の神経機構を研究する唯一の組織的な方法の 1 つを提供します。しかし、解離性の N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) の効果中、γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based の麻酔薬の研究にまでに閉じこめられていた、ほとんどのニューロ イメージングまたは人間の神経生理学的調査受容体拮抗薬による麻酔薬ケタミン、亜酸化窒素 (N2O) とキセノン (Xe) はほとんど分かっていません。本稿では、ガス麻酔薬 N2O の Xe 吸入中に脳磁図 (MEG) と健常者の脳波 (EEG) の同時記録を基になるメソッドについて説明します。脳磁図、脳波データを組み合わせることにより、高で麻酔中に電磁的な脳活動の評価と適度な時間、空間的な解像度。ここで詳細なプロトコル、複数のレコーディング セッションで洗練されたメグ スキャナー ルーム、データ収集と基本的なデータ分析の被験者募集、麻酔機器のセットアップを含むについて述べる。このプロトコルでは、各参加者は Xe と N2O の繰り返し測定のクロス オーバー設計のさまざまなレベルに公開されます。ステップごとの増加に関連するベースラインの公開録音参加者を次に影響を与えた Xe と N2O の 8、16、24、42% と 16、32、47% の濃度, 応答性のレベルを追跡する時間、聴覚連続遂行課題 (カ国です)。生データ、スペクトルの形状、頭の動きの最小化と聴覚誘発反応の明確なレベル依存効果のセンサー レベルのプロパティを強調表示するレコーディングの数の結果が掲載されています。このパラダイムでは、揮発性および静脈麻酔薬に使用するために容易に合わせることができる気体の麻酔薬のさまざまな種類のアクションに関連付けられている電磁信号の記録への一般的なアプローチについて説明します。記載されている方法はスペース イメージング法と機能ネットワーク解析を含む方法論の拡張機能を有効にする麻酔のマクロ スケールのメカニズムの理解に貢献できると期待されます。

概要

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前臨床・臨床の科学的証拠を人間の意識の現象が明示的な神経回路の整合性に依存していることを示唆している間良いコンセンサスがあります。このような回路が無意識のうちに体系的に降下に影響されて観測が麻酔中に利用して、'移動' に関わる神経基盤の検索を有効にするのにニューロ イメージング技術の必要性を立証します。意識。睡眠の可能な例外を除いて、麻酔を表します、制御、リバーシブルで再現可能な方法で 1 つができる、唯一の方法、摂動、およびこうして解剖、サブの巨視的スケールで特に意識を提供するメカニズムグローバル脳ダイナミクス。臨床的に、全身麻酔は催眠/無意識、不動、鎮痛の状態として定義することができ、豊富、最も使用され、最も安全な医療介入の 1 つに残る。にもかかわらず、最終的な結果の効率の明快さと、様々 なタイプの麻酔による無意識1に上昇を与えるエージェントのアクションのメカニズムに関する大きな不確実性が残っています。

麻酔薬は、静脈内のエージェントに分けることができます特にプロポ フォールとバルビツール酸塩、またはイソフルラン、セボフルランなど揮発性/気体エージェント キセノン (Xe) と亜酸化窒素 (N2O)。麻酔の薬理学は、麻酔作用にリンクとして識別される複数の細胞内標的でも確立されています。ほとんどのエージェント γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA) 受容体を介した活性、作動を介して主日付法について検討しました。コントラスト、解離剤ケタミン Xe と N2O は N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) グルタミン酸受容体2,3を主にターゲットにその効果を発揮すると考えられています。その他の重要な薬理学的目標にはしかし麻酔作用への貢献の範囲の (の包括的なレビューを参照してくださいとらえどころのないままカリウム チャネル、アセチルコリン受容体と残グルタミン酸受容体、AMPA とカイニン酸が含まれます4)。

作用機序と様々 なタイプのエージェントの観察された生理学的および神経効果の変動の程度は、困難な意識処理に与える影響についての一般的な結論の導出をレンダリングします。Gaba 作動性のエージェントによって引き起こされる意識 (LOC) の損失通常グローバル変更脳活動の特徴です。これは明らかに高振幅、低周波のデルタの出現 (δ、0.5-4 Hz) 波、高周波、低速波に類似した脳波 (EEG)、ガンマ (γ, 35-45 Hz) 活動の減少睡眠5,6と同様脳血流とグルコース代謝5,6,7,8,9,10、11,12 の広範な削減.Boverouxら。13機能磁気共鳴イメージ投射 (fMRI) を用いたプロポ フォール麻酔下州立機能的結合を安静時に有意な減少を示すことによってこのような観測に追加されます。対照的に、解離性麻酔薬収量少ない脳活動に及ぼす影響のプロファイルをオフにします。脳血流とグルコース代謝14,15,16,17,18,19の増加に関連付けられているいくつかのケースで 20,21レックスと同僚の22と Xe の影響を見て Laitio と同僚の23,24で研究しながら提供両方の証拠が増加し、脳を減少活動。脳波信号25,26,27,28に及ぼす影響と同様の不規則性を見ることができます。ジョンソンら。29低周波バンド デルタと同様高密度 Xe 麻酔反対観察 N2O デルタのために作られた中の脳波研究で高い周波数バンド ガンマのようにシータの総消費電力の増加を示したシータとアルファ周波数バンド30,31と高い周波数32xe。アルファの Xe が電気頭皮活性に及ぼす影響のような変動を観察できるし、ベータ周波数範囲も両方が報告されている33と削減量の34増加します。

上記の相違にもかかわらず、画像は脳部位間の機能的結合の変化を見てしようと 1 つのエージェントの間でより一貫性になるを開始します。ただし、措置は、空間的または時間的解像度に対して必ずしも譲歩の様相に主に制限されています。脳波を用いた研究が、はっきりと程度には一貫性があり、35プロポ フォール、セボフルラン36 N2O37と麻酔・鎮静の中に機能的ネットワークのトポロジカルな構造の変化を明らかにするため、広く間隔をあけられたセンサー レベルの脳波データは意味を定義し、対応する機能的ネットワークの頂点を描く空間解像度が不足しています。逆に、fMRI 及び陽電子放射断層撮影 (PET)、優れた空間分解能を利用した研究が脳波13,38,39 の大規模機能接続で同様の位相変化を検索します。41,, ,40しかし持っている位相-振幅のアルファ (8-13 Hz) の脳波バンドと他の力学現象の重要な署名として浮上している結合を特徴づける時間分解能が不足しています。麻酔作用12,42。また、これらの措置が、電磁的神経活動43直接評価は行いません。

したがって、麻酔薬のアクションに関連付けられた巨視的プロセスの理解を進める意味深長、前述の調査の制限必要がありますに対処する;麻酔剤および非侵襲的測定の不十分な時空間的解像度の制限の報道。これに基づき、著者概要気体の解離性麻酔剤の管理方法同時に脳磁図 (MEG) と開発されている健常者の脳波 Xe と N2o.

MEG は、ミリ秒の範囲は、時間分解能の脳波以外だけ侵襲神経生理学的手法として利用されています。脳波には、生成される皮質活動の低域通過フィルターとして機能し、メグはこの問題、容積伝導44号に大いにより少なく敏感な頭蓋骨によって電場のぶれの問題があります。メグが高いが、それを主張することができます空間定位脳波45,46よりソースと。メグはしかし、脳波は真の参照無料レコーディング37,47, を許可しません。Meg も通常活動を記録皮質脳波、高ガンマ線は48(通常 70 90 Hz) よりもはるかに広い周波数範囲で Xe29および N を含む麻酔剤の催眠効果に関与することが示唆されています。2O28。MEG メグは主に細胞内電流46,によって生成された磁場を反映しているに対し細胞外の電流に関連する脳波と脳波によって伝えられることを褒め神経生理学的活動を提供しています49。 さらに、メグは電気生理学的活動、皮質に接線方向に特に敏感な脳波は大抵放射状皮質49に細胞の活動を記録しながら。超添加物の利点の50は、脳磁図、脳波データを合成すること。

次の原則の理由のため、気体の解離剤 Xe と N2O の分野: 無臭 (Xe) または本質的に無臭 (N2O)、したがって、制御条件で採用する場合存在下で容易に利用できます。サブ臨床濃度。さらに、リモート管理と彼らの弱い心臓性呼吸抑制作用の61のための実験環境の監視に適しています。キセノンと低い範囲 N2O、比較的低い最小値を保持-肺胞濃度 (MAC)-目を覚まし、患者の 50% がそれぞれ 32.6 ± 6.151と52 63.3 ± 7.1 の値で口頭でのコマンドに応答しなくなります。Xe と N2O にもかかわらず両方 NMDA 受容体拮抗薬であること、彼らは異なる脳波を調節する - Xe は、典型的な gaba 作動性エージェント、バイスペクトラル ・ インデックス33,53,54 を使用して監視するときのように動作するが表示されます(電気麻酔の深さを監視するために使用するいくつかのアプローチの 1 つ)。対照的に、N2O 効果を生成それほど明白脳波悪い、それがすべてでは、26のバイスペクトラル ・ インデックスを使用して監視をされている場合。Xe 他の解離性のエージェントに報告された脳波プロパティが異なるより一般に調査の gaba 作動性エージェントに類似した特性を所有しているので、その電気生理学的研究が重要な明らかにする潜在的な意識と対応する機能的なネットワークの変化に関わる神経基盤に関連する機能。NMDA 受容体で動作するエージェントが明らかにするより通常と変更された意識を生後脳ネットワークについて NMDA 受容体を介した重要な役割を与えられた学習とメモリとの関係の役割の範囲内での活動を果たしている可能性が高い統合失調症とうつ病の80を含む精神疾患。

本稿は、メグと脳波を同時に記録しながら非病院環境での気体の麻酔剤の配信に関連付けられている要求の厳しい、複雑なデータ収集の手順に重点を置いた。センサー レベルで基本的なデータ解析を概説し、最小限の頭の動きと高品質のレコーディングを得られることを示す例のデータを提供します。通常実行されるこの種のデータを使用して後続のソース画像および/または機能接続分析のための多くの潜在的な方法が説明されていないこれらのメソッドも文献に記載されてのためのさまざまなオプションと解析55,56。

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プロトコル

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研究権利「の影響吸入 Xe と N2O の記録脳波・脳磁図を用いた脳活動」が承認された (承認番号: 260/12) アルフレッド病院スウィンバーン工科大学倫理委員会によって国民の要件を満たすと人間の研究 (2007 年) の倫理的な行動に関する声明。

1. 参加者の選考と事前調査の要件

  1. 20 〜 40 歳の年齢の間の健康、右利き、大人の男性を選択するインタビューを実施します。
    1. 任意の前の手術を含む詳細な病歴を収集だけでなく、参加者のボディマス指数 (BMI) と MRI や脳磁図 (埋込金属異物) などの禁忌の欠如を取得することによって良好な一般的な健康状態を確認します。全身麻酔の研究から除外になることに重要な任意の好ましくない反応。
    2. 具体的精神または他の処方薬の任意の最近の摂取量を除外するだけでなく、娯楽薬剤の使用の有無と神経疾患、てんかん、心臓病、睡眠時無呼吸の欠如を確保、乗り物酔い、閉所恐怖症。その後取得することが重要であるので麻酔マスクで良好なシールは彼らはひげをそること喜んでいる場合を除き、大きなひげを持つ参加者を除外します。
      注: は、月経の57および/または年齢の極端な安静時メグ/脳波信号だけでなく、悪心および嘔吐58を増加傾向の文書化された効果のための女性を除外します。
  2. (ANZCA) ガイドライン (ドキュメント PS15) オーストラリア、ニュージーランド大学の名誉職で示される日宿泊全身麻酔手順に従います。
    1. これらのガイドラインに沿った、少なくとも 6 時間の高速かつ実験の開始前に少なくとも 2 時間液体を消費しない科目を求めます。場所麻酔テスト前日参加者に連絡することによってコンプライアンスを確認します。
    2. 実験終了後標準の post 麻酔ケア監視していない任意の重機を操作する重要な決定 (低レベルの残留の可能性があるため実験の 24 時間以内に指示することによって受ける科目があります。Xe と N2O から認知障害)。

2. 施設・設備

注: 設備は通常外科手術室 (http://www.anzca.edu.au/resources/professional-documents 外麻酔の配信の ANZCA 要件に従ってします。ドキュメント PS55)。具体的には、部屋は電気安全とガス医療管理工学規制を満たしています。

  1. スウィンバーン高度な技術センターの脳イメージング研究、住宅のメグ スキャナー磁気シールド ルーム (MSR) が含まれているメグ室すなわちで実験を実行します。シールド ルームは、通過する列車など環境の動きから分離された浮き床に座っています。
  2. 麻酔ガス麻酔器、MSR、配信の対応外に位置し、ガス状のキセノンを監視を使用してを提供します。この麻酔器は、クローズド ループの低流量 Xe ガスを管理するため、標準のケアの患者モニタリングを提供することに加えて katharometry (熱伝導率; ± 1% の精度) を使用して呼気 Xe 濃度を測定するために特別設計されています。呼気 O2CO2N2O の測定が含まれます (必要に応じて)、パルス酸素濃度計、3 - 心電図、非観血的血圧測定 (NIBP) ANZCA ガイドライン ドキュメント PS18 に従って。麻酔器で実装された赤外分光法を用いた呼気 N2O 濃度を測定します。
    1. MSR の導管を通過するホースを呼吸拡張 22 mm 径を使用して参加者にガスをパイプ処理します。
  3. ANZCA ガイドライン ドキュメント PS18 に従って標準のケアの患者の監視を提供します。呼気 O2CO2N2O の測定が含まれます (必要に応じて)、パルス酸素濃度計、3 - 心電図、非観血的血圧測定 (NIBP)。
    1. 非侵襲的な血圧モニターを使用して ANZCA ガイドライン ドキュメント PS18 に従ってモニター血圧は MSR 外に位置し、上腕にカフをロング インフレーション チューブで接続されています。
    2. 実験を通して記録し、すべて生理学的パラメーターを記録に加え、自動化されたすべてのパラメーターのすべての 30 の 1 分間隔でドキュメント s。
  4. ガスが MSR の導管を通過するホースを呼吸拡張 22 mm 径を使用して参加者に渡されたことを確認します。吸引システムは、MSR と長い配信チューブ、吸引の杖が患者と臨床観察者の近くに配置するのに導管を介して渡されるヤンカーに接続されている外にあります。
    1. また、嘔吐の洗面器が近く、嘔吐の発生時オブザーバーで急速なの位置を指定する MSR 内を確認します。MSR 内臨床のオブザーバーは、気道閉塞に注意し続ける、あごで最初応答を持ち上げて、推力を顎や過剰な嚥下、吐気または気道によって切迫した嘔吐の通知を受けた場合に、プロトコルを直ちに中止する必要があります。あご生命または顎スラストして閉塞が解決しません。
  5. 記録脳波キャップを使用、メグ互換性のある 64 ch 銀/塩化銀電極、バッテリーに接続されている MSR 内のアンプを搭載しました。アンプは、光ファイバーケーブルと互換性のある入力ソフトウェアを実行しているラップトップを適切なメディア コンバーターを介して接続されます。
  6. 脳全体のカバレッジを持ち、磁力計、平面/軸勾配; がありますセンサーの配列がしっかり定義された MEG システムを使用して 1000 の Hz のサンプリング レートで記録脳磁場活動 (メグ)本研究は 102 の磁力計と 204 平面勾配から成るシステムを利用します。プロトコルまたはメグのシステム構成に直接関係のない複雑さを避けるためは、磁力計、勾配計のデータはプロトコルの一部として取得したが、単独での磁力計から例データが報告されます。
  7. トラック ヘッド位置を継続して使用する 5 頭の位置インジケーター (HPI) コイル。頭のコイル、脳波電極とマーカの位置をデジタル化 (頭骨と左と右耳介前点) メグの適切なを使用してスキャンする前に機器をデジタル化します。
    1. 目的は元の空間の結果を得るには、信号空間の使用に関して柔軟な処理のパイプラインを作るために三次元ノイズ キャンセル、MEG システムによって使用される任意の内部のアクティブなシールド システムを無効にします。通常採用されている (SSS) の分離方法。
    2. MRI スキャナーを使用して、対応する T1 加重構造脳スキャン M/脳波と後の共同登録を取得します。

3. 設計とプロトコルを研究します。

注: 双方向のクロス オーバー実験的プロトコルが続きます。テスト セッションの間の 4 週間の最大で区切られた各件名の 2 つの別々 のテスト セッションを実行します。N2O は、2 番目のアームで与えられる間、Xe 管理の研究の 1 つの腕で構成されます。参加者は医療職員が管理されているガスの種類に盲目であり、研究者の手順でわずかな違いによらない続いている彼らの管理のため。

  1. インフォームド コンセントを取得すると、広範な病歴のインタビューとバイタル サイン測定、血圧、心拍数、体温度、ピーク呼気流量、参加者の資格を確認します。参加者の資格を確認した後、件名は予期しないノイズ源がないことを確認するメグの簡単な測定を受けます。
  2. 件名の頭に脳波キャップを置き、すべての電極のゲルします。MEG のヘッド位置を連続的に記録するためにキャップの 5 HPI コイルを取り付けます。
    1. 脳波チャンネル、HPI コイル位置、被験者の鼻の余分なポイントをデジタイズし、メグの付属のソフトウェア パッケージを使用してすべての場所を格納します。
    2. MSR に被写体を移動、電気接触インピー ダンスを 5 kΩ 以下確実にするために必要な場合、脳波増幅器および再ゲル電極を電極キャップを接続します。
  3. 脳磁図、脳波に加えて 3 つの追加のバイポーラ バイオ チャンネル録音を行います。
    1. 麻酔薬投与は、筋緊張の変化に関連付けられて、ためレコード シングル使用銀/塩化銀電極のペアを使用して筋電図 (EMG) 配置 submentally 顎舌骨筋と顎二腹筋 (前腹) の筋肉の活動を記録します。
    2. 対の目、眉、近く対応する眼の近くの 1 つの上の電極を接続することによって、眼電図 (EOG) を記録し、それぞれの手首と肘地面 (参照電極を用いた 3 誘導心電図 (ECG) 録音を実行図 1)。
  4. 実験のすべての記録段階で閉じた目を保つために、参加者に依頼します。
  5. 麻酔科医と麻酔看護師またはその他の適切な訓練を受けた臨床観察者と対象の臨床管理を実行します。看護師/オブザーバー参加者の条件 (特に顔マスク シールで被写体の気道), 麻酔科医、ガス供給を管理する制御室に位置し、電子を継続的に監視するために主語 MSR に座るがあります。監視します。
  6. 3 つのチームでデータ収集: 監視および MEG の集録を制御する 1 つのメンバー信号を別の監視および脳波と別起動と停止しながらコンピューターの聴覚連続遂行課題の獲得を制御します。被験者の応答、すべて実験的タイミングを調整し、分の血圧、呼気ガス濃度とガス流量麻酔科医で定める記録を監視します。
  7. 継続的に視覚的にもその後の評価のための実験のすべての段階を記録する適切なカメラ経由で MSR の参加者を監視し、確認します。
  8. 行動継続的なレベルの聴覚連続パフォーマンス タスク (カ国です) を用いた実験を通して応答を測定します。メグ互換性のあるヘッドフォンを使用すると、1 または 3 khz ステレオ振幅一定 (約 76 dBA) の刺激間間隔の均一分布から得られる 2 ~ 4 秒間のバイノーラル聴覚トーンを提供します。
    1. 参加者は、それぞれの手で開催された 2 つの独立したボタン ボックスを使用して、できるだけ迅速に対応するお問い合わせください。左を使用して、各ボックスの右のボタンはそれぞれ、低または高周波数のトーンに対応し、左と右のボタンの箱、それぞれ、吐き気の有無を示す参加者の。
  9. 実験を通して応答性を密接に監視します。反応時間遅延と精度 (正しく分類される音の割合) の応答を自動的に記録同様、行動参加者のリアルタイム表示を取得する研究者の MSR の外のモニターに表示されます。状態です。
    1. 次の複数のシーケンシャル右ボタン ボックス応答 (吐き気を示す)、MSR のオブザーバーに警告し、ガスの管理管理麻酔が突然嘔吐を避けるために終了する必要があります。
  10. カ国ですタスクを実行する対象の 5 分目閉じたベースライン脳波・脳磁図記録が続く 5 分間安静時の脳波・脳磁図を閉じたするレコード目に。
  11. MSR から件名を削除し、左肘窩に麻酔科医によって配置される 20 ゲージの静脈カニューレを可能にします。制吐剤投与、デキサメサゾン 4 mg から 4 mg オンダンセトロン59から成る 1-2 分かけてゆっくりと発生する次が N2O でよく見られる麻酔ガスの吸入によって引き起こされるすべての嘔吐を防ぐために、高濃度、使用される60を。
  12. フェイス マスクを添付し、呼吸回路変更された睡眠時無呼吸連続的な肯定的な航空路圧力 (CPAP) ハーネスを使用して件名に件名の快適さと 5 cm H2O の肯定的な圧力で漏れの有無を評価します。
  13. 研究の残りのメグで着席して MSR にサブジェクトを返します。
  14. 頭と体の動きは、電磁記録の大きなアーティファクトが発生することができの管理中に発生することが期待されますので、同時のメグと脳波の記録中に限られた被写体の動きを確保するための予防のステップ数を取る、精神運動性激越を誘導するために、よく知られている傾向により解離性麻酔剤。
    1. 場所の低密度の特注キャップ頭の大きさや形状に関係なくメグ デュワー ヘルメットの中の頭の位置を固定している頭に未塗装の泡。
    2. さらに、使用布ハーネス太ももと臀部の筋肉を包んだし、たるみ/前かがみ参加者の垂直方向の位置で発生する最小限に抑えるためにメグの椅子の背面に保護 (図 1参照)。
    3. 継続的に実験終了後オフラインで表示する HPI コイルを用いた頭部の位置を追跡、記録中に (詳細についてはデータ分析セクションを参照してください)。
  15. 参加者を安全に配置すると、一度管理 100% O2をインスピレーションし、呼気 O2濃度になるまで、最大で 30 分にこれを継続 > 彼らが効果的にデ-窒素、プロセスを確認する必要を示す 90%呼気麻酔ガス濃度の正確な測定。
    1. 最後の 5 分目脳活動に影響制吐剤投与と denitrogenation 可能性があることを確認する記録閉じた安静時脳波/メグ カ国ですその後決定および制御できますを実行 denitrogenation の最後の 5 分間。
    2. 比較以前の基準 (残り目制吐剤なし閉じた制吐剤とタスクの目なしに閉鎖) にこの第 3 ベースライン記録制吐剤とカ国ですが自然/休んで M/脳波に与える影響を判断します。ベースラインは、基準 1、2 および 3、原稿の残り目制吐剤、せずに閉じるタスクは目を閉じて、制吐剤をそれぞれ閉じた制吐剤とタスクの目なしと呼ばれます。

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図 1: 脳波を示す画像、眼球運動、筋電図、心電図電極のレイアウトや全体的なセットアップ MSR 内。(A) 番組表示左目の上下に配置された 2 つの電極を使用して脳波、眼電図を記録するために使用 64 ch メグ互換性のあるキャップを記録、顎下に置かれる 2 つの電極を用いた筋電図を記録や上に配置 2 つの電極を用いた心電図が記録されます、手首。(B) カスタムメイド フォーム キャップと録音中に被写体の動きを最小限に抑えるために使用されるハーネスを示しています。(C) MEG 内でヘッドを配置、タイトなフィッティングの防毒マスクを取り付けるなど麻酔管理に必要な最終的な構成を示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

4. ガス管理プロトコル

注: ガス管理プロトコルは、研究の腕によって若干異なります。

  1. 4 Xe を管理 step-wise 増加レベルと N2O step-wise 増加 3 時レベルします。各ガスの最初の 3 つのガスのレベルは 0.5 (レベル 2) 0.25 (レベル 1) 等 MAC 覚醒レベルに対応 0.75 (レベル 3) 回 MAC 起きて濃度とします。これらの濃度は、8%、16%、24% と 16%, 32%, 47% 濃度 Xe/O2と N2O/O2、それぞれ。
    注: Xe の 4番目のレベルは、1.3 倍 MAC 目を覚まし濃度に対応します。
  2. 参加者の 95% は (日付をすべて履修科目はカ国です作業中に応答性の完全な損失を達成している) このレベルで意識を失うことが期待するような Xe の 4番目のガスのレベルを選択します。吐き気や高濃度で嘔吐を誘発する N2O のよくとり上げられる性癖のため参加者の 95% で意識消失 (75% まで) を誘発するのに十分な濃度で N2O レベルは含まれません。ガス管理プロファイルの概要を図 2に示します。
  3. すべて等 MAC Xe と N2O レベル 42 %xe/O2、わずかに異なる方法論を必要とするを除いて同じ実験手順 (4.4 を参照してください。 以下)。
    1. 各レベルの開始時、ガス管理が開始している脳波・脳磁図の記録を開始、管理麻酔ガス管理を開始し、カ国ですタスクを開始する信号件名と麻酔看護師/臨床オブザーバーに通知します。ガス洗浄で、ターゲット呼気ガス濃度がこの期間の終わりに達されるような 10 分の期間のため発生します、5 分 (想定される定常状態位相) 維持されます。
    2. この 5 分定常状態の期間の終わりには、ウォッシュ アウト期間中に呼気ガス濃度が 0 に戻る 10 分 100% O2の管理を実行します。
    3. 次のステップのガスのレベルに対して、手順を繰り返します。
      注: xe (LOR) 応答性の損失は、42 %xe/O261の濃度で参加者の 95% で達成する予定です。このレベルの管理は、麻酔看護師/臨床観察とボタン応答の損失の両方を示すロアまで低レベルについては発生します。
  4. ロアが達成されれば、10 分または麻酔科医まで、Xe ガスのレベルを維持または麻酔看護師/臨床観察、それ 100% O2をウォッシュ アウトを取る場所後に続行する安全を考慮します。吐き気、声門音、流涎、嚥下と血管迷走神経反応など嘔吐の兆候を示す右ボタン ボックスを頻繁に押すなど、麻酔科医が安全を考慮それを続けますです。
    注: この最高レベルで重要な注意を行使、Xe ガス管理を中止の低い臨床しきい値を設定します。筆者の経験ことを示唆このレベルが嚥下困難、削減に関連付けられてビルドアップ唾液と吐気のような動作の外観, その場合の許可 5 月に引き続きマスクに逆流の前兆します。当然のことながら、この結果は、生命を脅かす誤嚥を含めることができます。以下の強烈な反応がより低いガスのレベルで発生する、従ってすべての二段折れ曲がりガス レベルの管理中に警戒の高レベルを行使可能です。これらの潜在的な気道の問題に加えて血管迷走神経性失神発作、特に若い男性の参加者の可能性のあります。自分の年齢と一時的な水分と食べ物の制限は、すべてのリスク要因62です。

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図 2: ガス管理の概要プロファイル Xe と N 2o ・N2O の薬剤管理のコース (上) および Xe (下) タイムラインとガスの濃度。各タイムライン上の数字は、最初のガス供給開始以降分の時間を示します。ピリオドの後、ピーク平衡ガス濃度は維持されます 5 分安定した状態にし、10 分ほど下ったところ、平衡させる 10 分でピーク平衡ガス濃度の各レベルに達する。ピークは平衡濃度は時間の経過と共に連続的に増えてガスです。実験としてガス管理の後の期間のための準備のタイムラインが表示されないことに注意してください。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

5. 構造スキャン

  1. MRI の前に鼻尖のデジタル化された基準点と左と右耳介前点を強調表示するマーカーとして使用される参加者の頭にビタミン E のカプセルを配置します。メグ/脳波源イメージング mri 神経解剖学に関連するしようとしたとき、これによりメグ/脳波センサーと脳 mri の良い共同登録です。
  2. 参加者はよく感じている場合完了の研究の腕のいずれかの後、単一構造 T1 強調 MRI スキャンを取得、それ以外の場合構造の脳スキャンのため別の日に戻るよう求めます。

6. 参加者のフォロー アップ

注: 件名は、相対または友人が同伴を残して無料です。

  1. 退院時意識尺度 (5 D ASC); の 5 次元の改変された状態の切り捨てられたバージョンを完了する参加者を求める視覚的アナログ尺度63,64による正常および変えられた意識の状態を比較することで個人差をアクセスするように設計アンケート。
  2. また、提出を求める彼らの全体的な経験の短い物語の具体的な詳細と同様に、実験中にレベル依存定性的効果について。
  3. 完成品、各レコーディング ・ セッション後 24 時間研究者に送信されますこれらのドキュメントの両方があります。

7. データ解析

注: このセクションは前処理したメグ/脳波データ、スペクトル地形、頭の動き、応答性の得点、および聴覚誘発反応の例を生成する際に必要な手順をカバー メグ/脳波センサー レベルでの基本的なデータ分析をについて説明します。この記事の焦点は典型的な例の図記録データの重要な特徴を理解ができるように、です。この分析セクションの主な目的は、重要な収集処理前の品質とデータの整合性を証明する手順を詳しく説明すると、個体またはグループの統計分析は実行されません。メソッドの記述の範囲外になったように、このデータ55,56に対して行うことが無数の解析の詳細は表示されません。

  1. 適切なデータ解析ソフトウェアを使用してデスクトップ コンピューター上のデータのオフライン解析を完了し、脳波・脳磁図のデータ処理に関連するツールボックスを使用します。著者のパイプラインのフィールドト リップ ツールボックス65の 20160801 バージョンを使用します。
  2. 各メグ MEG の録音レベルの扶養家族のそれぞれの一部とベースラインとして保存 5 HPI コイルの信号を分析することによって四元数座標のシーケンスとして連続的な頭部の位置を取得して記録の中に、頭の動きを計算します。四元数の頭の位置をデカルト座標に変換します。
  3. N2O の Xe 7 録音研究 (基準 1、2、3 は、レベル 1 を 3 または 4 に 1 をそれぞれガス) の腕と、6 を組み立ています。2 つの信号の種類を同期するために MEG データに対して時間シフト生脳波は、共通のトリガー チャンネルに基づいています。同期のこのフォームは、脳波記録システムの選択から発生します。
    注: 多くの meg メグ ・脳波、非常に正確な電子レベルの同期を提供する脳波システムで造られるを含むことも少なくありません低解像度 DAC 量子化 16 ビットの。このため、外部の脳波システムを利用 (2.3 を参照してください) すべてのチャネルにわたって電位、低周波情報の計測、平坦な周波数応答をオフセット電極への高い耐性を有効にするのに、24 ビット高の脳波振幅分解能を有するします。
  4. すべての録音は、ガス供給とカ国ですパフォーマンスを含む、時間 0 カ国ですタスク/ガス供給の開始を再定義します。
  5. 視覚的に生メグ データを検査して、さらに分析から任意の悪いチャンネルを除外します。次に、一時的な信号空間分離アルゴリズム76 MEG システム ソフトウェアで実装を使用してデータをフィルターします。アルゴリズムは、センサー配列の外部磁場干渉の源を抑制し、外部または堅いボディ動きアーチファクトの低減でそれ故に結果します。処理用に選択された磁力計 (102 チャンネル) で使用されるデータ解析ソフトに出力データ セットをインポートします。
  6. 帯域通過フィルター 2 を 50 Hz でメグと 50 行ノイズ フィルターを適用、100 〜 150 hz Visual アーチファクト歪み検出とフィールドト リップ ソフトウェアで実装された自動アーティファクト検出手順を任意の人工の要素の除去のため許可します。5 mm (下記参照) より大きな頭の動きに大きな変化と相関して任意のセグメントだけでなく、瞬き、心臓の拍動や筋肉の成果物とデータから除外を含む任意のセグメントを目視で確認します。
    注: 各 5 分基準またはガス平衡期間の先頭に対して 5 mm 以上の動きはメグ ソース画像は通常 5 mm (例えばのためのオーダーの空間分解能を持っているので、継続的に取得した MEG データを拒否する使用します。MEG/EEG ビームフォーマ55)。しかし、このような方法は本稿の範囲を超えていますしかし MEG データの動き補正を実行することが可能を拒否するのではなく、66のデータ セグメントは、重要な頭の動きとの相関です。
  7. MEG データと視覚的に 64 チャンネル生脳波を検査し、さらにデータ分析から任意の悪いチャンネルを除外します。帯域通過は、MEG は同じ周波数範囲を使用してデータをフィルター処理します。ソースの画像のアプローチのための標準として一般的な平均に脳波の再参照します。最後に、対応するメグのものと同時期の成果物を含む任意のセグメントを削除します。
  8. メグ/脳波データのスペクトル特性を視覚化するには、脳波チャンネル FPz、Cz、オンス、正中線正面、中央と後頭メグ磁力計チャンネル (図 3前方後方正中線に沿って片側振幅スペクトルを計算します。).
    1. N2O および gaba 作動性麻酔薬25,31,67 以前変化は見られない強力なアルファ バンドを与えメグ/脳波のアルファ バンド (8-13 Hz) 電源のセンサー レベルの地形図を計算します。.
    2. 脳波データよりアルファ電源の変更を強調するために地形のアルファ帯域内電力を計算するための参照として FPz チャネルを使用します。

figure-protocol-3
図 3: (A) と (B) メグ脳波センサーのレイアウト頭の上から見た、飛行機に平坦化します。メグ三重項構造 # 1 で終わるセンサー、磁力計、センサー ### 2 または ### 3 で終わる、勾配に注意してください。赤いボックスは、それぞれ脳波・脳磁図、FPz (前頭)、Cz (中央)、Oz (後頭)、正面中央と後頭の磁力計チャンネルのスペクトル特性を可視化するために使用前後の正中線に沿ってチャンネルを示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. フィルター処理されたアーティファクト無料脳磁図、脳波データ カ国ですタスクを含む各記録のための聴覚誘発反応を取得します。エポック +2000 ms トーンを基準に-1000 ms からの信号をトリガー時間と平均すべてのアーティファクトは利用可能な無料の新紀元。この場合 190.5 ms の刺激トリガー生成と考慮し、耳に音の配信までの待機時間を取る。

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結果

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

このセクションは同時録音の典型的な特徴を示すために 1 つの主題から得られたデータを利用し、誘導される麻酔薬のより良い理解を貢献するこのような情報の潜在的な意識の変容状態。ため、博覧会を簡略化の結果を表示 i) 後抗嘔吐管理ベースライン (基準 3) の録音 ii) 0.75 等 MAC 目を覚ましピーク濃度 (レベル 3) N2O (47%)、Xe (24%)、および iii) 42% (ピーク Xe ガス濃度レベル 4)。レベル 3 と 4 は、彼らは、N2O、Xe、それぞれ考慮最高の定常状態レベルに選ばれました。また、レベル 4 Xe は、応答性、N2o. 通常達成可能ではない状態の明確な損失を伴います

頭の動きの範囲を明確に説明するためにすべて 5 HPI コイルの絶対位置は、複数のレコーディング中に時間の関数として表示されます。図 4<...

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ディスカッション

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本稿は、包括的なプロトコルの N2O と Xe 麻酔ガスの配達中にメグと脳波の同時記録を概説しています。このようなプロトコルは、意識の麻酔薬による削減の電磁の神経機構を研究するための貴重ななります。プロトコルは、セボフルランやイソフルラン麻酔など他の麻酔ガスの配達に一般化するも期待されます。麻酔薬による削減分子の非常に異なるモードとアクションのターゲットを持つ麻酔薬の範囲のための意識の根底にある一般的な具体的かつ明確な巨視的なメカニズムの理解が容易になります。理解は神経科学の偉大な未解決の問題の 1 つは、おそらく、麻酔薬関数の間違いなく行動の神経科学的基礎の理解への鍵です。

表示結果の例は完全麻酔誘発脳波パワー スペクトルの変化、プロトコルを開発し、概説の忠実性を証明するための調査以前の研究と一致しています。N2O 管理の場合上記に要約いたしました結果、N2O の高いインスピレーション レベルの観察されている脳波でデルタ、シータとアルファの帯域内電力の減少に伴い (> 40%)2...

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開示事項

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

著者が明らかに何もありません。

謝辞

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

著者は、MEG データ コレクションに貴重な技術援助の Mahla キャメロン ブラッドリー、レイチェル アン バティとヨハンナ ・ スティーブンスを感謝したいです。おかげで、サポートのための 2 番目の麻酔科医として博士スティーブン ・ マクギガンに拡張さらに。ペイジ パパスには、非常に貴重な麻酔看護師の監視が用意されています。マーカス石優雅彼の時間と編集と撮影プロトコルの専門知識を提供しました。博士スレシュ ・ Muthukumaraswamy は、データの解析と結果の解釈に関する具体的なアドバイスを与えた。最後に、ジャロッド ゴットは多くの刺激的な議論を貢献した、パイロット実験の数の実行に貢献し、泡ヘッド ブレースの設計の中心だった。

この研究はジェームス s. マクドネル ・共同助成金 #220020419 ジョージ Mashour、マイケル ・ Avidan、マックス Kelz、デビッド ・ リリーに与えられる「再構築意識」によって支えられました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
Neuromag TRIUX 306チャンネルMEGシステムスウェーデン・ストックホルム・エレクタ・オイN/A
Polhemus Fastrak 3Dシステムアメリカ・バーモント州ポレムス該当なし
MEG対応 ER-1インサートヘッドホンEtymotic Research Inc., IL, アメリカ該当なし 低
密度フォームヘッドキャップ・MEG対応該当なし/A研究チームによるカスタムメイド
ハーネス・MEG互換性のあるN/A~3 m 長さ ~ 5 cm、布/ジュート ストリップで MEG チェア上の参加者の位置を固定
Ambu Neuroline 720 Single Patient Surface ElectrodesAmbu, Copenhagen, Denmark72015-K10
3.0T TIM Trio MRI systemSiemens AB, Erlangen, GERMANYN/A
Asalab amplifier systemANT Neuro, Enschede, NETHERLANDSN/Aこのシステムは製造されなくなり、64チャンネルEEGO脳波増幅器に廃止されました
64チャンネルWaveguard EEGキャップ、MEG互換 ANTニューロン、エンスヘーデ、オランダCA-138サイズ ミディアム
磁気シールドコードレスバッテリーボックスANTニューロン、エンスヘーデ、オランダN / A磁気シールドはメーカーから提供されていません–研究チームによって変更されました
OneStep ClearGel 電極ゲルH+H Medizinprodukte GbR, Munster, GERMANY154547
Akzent Xe Color Anesthesia MachineStephan GmbH, Gackenbach, GERMANYN/A
Omron M6-Comfort Blood Pressure MonitorOmron Healthcare, Kyoto, JAPANN/A
キセノンガス (純度99.999%)Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/A参加者あたり約 40 L (SATP) を使用すると推定
医療亜酸化窒素コアガス、トーマスタウン、ビクトリア州、オーストラリアN/Ax2 G サイズ シリンダー
医療酸素コアガス、トーマスタウン、ビクトリア州、オーストラリアN/Ax2 G サイズ シリンダー
医療エアコアガス、トーマスタウン、ビクトリア州、オーストラリアN/Ax2 G サイズ
シリンダー フィルター 呼吸器 &HMES with Capno Port HypnobagMedtronic, MN, USA352/5805
Yankauer High AdultMedtronic, MN, USA8888-502005
Quadralite EcoMask 麻酔マスクIntersurgical Australia Pty Ltd7093000/7094000サイズ 3 およびサイズ 4
サクション キャニスター Disp 1200 mL Medival GuardianCardinal Health, OH, USA65651-212
カテーテルマウント内線4-13 cm 90A elbowMedtronic, MN, USA330/5667
Catheter IV Optiva 24g x 19 mm Yellow St SuSmiths Medical, MN, USA5063-INT
Dexamethasone Mylan Injection Vials (4 mg/1 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA400528517
Ondasetron (4 mg/2 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA400008857
医療用蘇生カート医療用蘇生カートは、ドキュメント「蘇生の基準:臨床実践と教育;2014年6月)は、オーストラリアとニュージーランドの蘇生評議会によって承認され、特にオーストラリアとニュージーランドの麻酔医大学を含む複数の専門医療機関によって承認されています。これには、必要なすべての気道および循環器装置、および非臨床環境での完全な心肺蘇生法とサポートを可能にする関連する薬剤が含まれています。 詳細については、https://resus.org.au/standards-for-resuscitation-clinical-practice-and-education/
Maxfilter Version 2.2Elekta Oy, Stockholm, SWEDENN/AElekta's Neuromag TRIUX MEGシステムに付属するデータ分析ソフトウェアをご覧ください。
Nしています

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