Name: 電気生理学的測定とヒト幼児における痛覚の分析 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-12-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: 学ぶヒト幼児の痛覚応答を電気生理学的に測定する手法。EEGとEMGを用いて脳と脊髄の活動を記録し、有害刺激に対する神経応答を定量的に解析します。発達神経科学における疼痛処理の理解に貢献します。

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この作品は、ウェルカムトラストによって資金を供給された。

どんな研究が幼児の倫理的承認を行うことができると書かれた通知の前に親の同意が求められている必要があります。 本研究では倫理的な承認は、大学病院の倫理委員会から入手し、親の同意を書面通知、各手順の前に得られた。れましたこの研究は、ヘルシンキ宣言および医薬品の臨床試験の実施に関するガイドラインの定める基準に適合さ。 1。データの収集 - セットアップ<ol><li>肌が10〜20電極配置のシステム（図1A）にしたがって準備中後の乳児の頭の上に16個使い捨てEEG銀/塩化銀カップ電極の最小値を置きます。より包括的なカバレッジは、埋め込み電極による脳波キャップを使用して達成することができます。 EEGキャップを使用すると、プロセスはより速く、より混乱の少ない、電極を頭の上にキャップを配置する前に、誘導性ゲルを用いて調製され、特にとなる。使い捨ての脳波電極のアプリケーションが必要です。より多くの時間とスキルが、より良い記録で、一般的な結果。乳児へのアクセスが制限されている場合は、電極の数を減らすことを検討し、常に（Czに、CPZとFCZ）正中線の電極を使用してください。記録用参照電極としてFCZを使用してください。 </li><li>電極/皮膚電気的結合を最適化するために脳波の導電性ペーストを使用してください。 </li><li>場所でそれらを保持するために、電極上に弾性ネットを置きます。 </li><li>電極は、電気的干渉を最小限に抑えるために一緒につながる接続します。 </li><li>胸や頭の上に接地電極を配置。 </li><li>肌が（ 図1B）準備中後の両脚の大腿二頭筋のEMG電極を配置。 </li><li>肌が（胸の左側に一方の電極、右上の1と脳波と同じ接地電極を使用して）準備中後のボディにECGの活動の場のリード1 ECG電極を記録するには。 </li><li>呼吸を測定するために腹部の動きのトランスデューサを配置。 </li><li>徒歩でのパルスオキシメータのプローブを配置酸素飽和度と心拍数を測定する。プローブが所定の位置に固定されていることと、連続的な信号がドロップアウトすることなく記録されていることを確認してください。オキシメータのプローブを使用すると、刺激しようと足の反対側である足の上に配置する必要があります。 </li><li>顔の表情でその変更が記録できるように乳児の顔をフレームに三脚に取り付けられたビデオカメラを設定します。 </li><li>カメラのフレーム内の発光ダイオード（LED）を配置します。刺激が脳波、筋電図とビデオ録画を同期させるために提示されるときに点滅するように、LEDは、タイミング回路にリンクされています。 </li></ol> 2。データの収集 - 記録<ol><li>ビデオ録画を開始します。 </li><li>パルスオキシメトリーの記録を開始します。 </li><li> EEG / EMG記録を開始します。 </li><li>乳児が確定するまで待ちます。 </li><li>ヒールランスと手動でイベントマーク脳波と筋電図記録を行うかのように足をホールド。この時代は、脳波コントロールの背景のセクションを識別するために使用されます。とEMG。 </li><li>軽くかかとの表面に対する腱ハンマーのアームに取り付けられているゴム栓をタップしてタッチの刺激を適用します。パルスオキシメータに接続されていない足を刺激する。乳児が刺激されるとEEG / EMGおよびビデオ録画は、刺激が行われたときに、録音の時間を特定するために、イベントマークする必要があります。タッチの刺激は、電子的に記録装置への刺激をつなぐ腱ハンマーにインピーダンスヘッドを取り付けることにより、イベントをマークすることができます。ビデオ録画は、LEDの点滅により、イベントマークです。繰り返しタッチを適用することができると刺激が体のさまざまな領域に適用することができる、肩、すなわち</li><li>バネ付きのブレードが解放されたときにそれが皮膚に接触しないように90度でランセットを回転し、足に対してそれを置くことで、非有害なコントロールの刺激を適用します。このイベントは、tの上面に取り付けられた加速度計を使用して、時間をロックすることができます彼ランス。加速度計は、ブレードが解放されたときに発生する振動を検出します。 </li><li>新生児室における臨床実践に基づいて臨床的に本質的なヒールランスを実行します。脳波活動がヒールランスを行う前に決済されるまで待ちます。ヒールランスのタイムロックが制御刺激の場合と同じ方法で行うことができます。ヒールランスに続いて、記録された応答が槍にもっぱら起因していることを確認するために少なくとも30秒間足を絞るしないでください。 </li><li>血液の必要量が収集されていることを確認し、臨床分析用サンプルを準備する。 </li><li>データを保存し、すべての録音を停止します。 </li><li>乳児の人口統計情報と実験の詳細と入力それらの安全な保管と将来の参考のためにデータベースへの記録。 </li><li>乳幼児の必要なサンプルでは、​​この手順を繰り返します。この例では乳児の数= 23。 </li></ol> 3。脳波データの解析<ol><li>それぞれのタッチ、コントロールとランス刺激と背景脳波に対応する1.7秒の脳波エポックを作成します。エポックは、各イベントの前に0.6秒を開始する必要があります。各モダリティに対応したエポックの数は同じでなければなりません。 </li><li>ベースラインは、平均ベースラインの信号と高域が0.1 Hzでそれらをフィルタリング差し引くことによって紀元を修正。 </li><li>さらなる分析のためにCPZまたはCzにで記録されたエポックを考慮すると動きのアーチファクトによって汚染されていた新紀元を除外する。動きのアーチファクトは、50ms以内で50μVよりも大きい振幅の変化として定義されています。 </li><li>触覚の潜在的な（すなわち脳波活動が触覚刺激に関連）を識別するために50〜300ミリ秒のポスト刺激と行動の主成分分析（PCA）との間のこの時間間隔にジッタレイテンシを補正するためのトレースを合わせます。変数にエポックを考慮すると時間は、観測を指しています。 PCAは、基本的な波形にEEGエポックと呼ば​​れる、主要なコンポーネントを（分解パソコン）と時間の点で信号の振幅の体系的変化を表しています。 </li><li>触覚の可能性を表しているPCかを判断する最初の2台のPCのそれぞれの重みに一元配置分散分析（ANOVA）を実行します。これは、その重み脳波背景に比べて以下の触覚刺激有意に大きかったPCになります。 </li><li> 300と700ミリ秒の後の刺激とこの時間間隔でPCAを行うとの間のレイテンシジッタを補正するためのトレースを合わせます。 </li><li>侵害受容固有のポテンシャルを表しているPCかを判断する最初の2台のPCのそれぞれの重みに一元配置ANOVAを実行します。これは、その重みれた非常に大きく、以下の侵害刺激触覚刺激と背景脳波に比べてPCになります。 </li></ol> 4。 EMGデータの解析<ol><li>二乗平均平方根（RMS）コントロールのための最初の1000ミリ秒後の刺激とランスの刺激で、EMG信号のを計算する。 </li><li>でt -検定を実行RMSは、侵害受容性特有の脊髄反射の撤退を決定する値。 </li></ol> 5。代表的な結果<img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3118/3118fig1.jpg"> <st><img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3118/3118fig2.jpg"> 図2（A）はCzでの感覚の可能性の例としては、3児の接触によって誘発、（B）CZにおける侵害受容性固有性の例としては、3児の有害ランスによって誘発。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/3118/3118fig3.jpg"> 図3。Czでの刺激のモダリティのPCの重さ（平均± SEM）の依存性。刺激開始後50〜300ミリ秒の間に得られたPCは、触覚の可能性を表し、刺激開始後300〜700ミリ秒の間に得られたPCは、侵害受容性固有のポテンシャルを表しています。パソコン（太線）は壮大な平均値でオーバーレイされます個々のトレースが記載時間間隔で整列された後、すべての刺激の種類（背景脳波、タッチ、有害ランス）を介して得られた。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/3118/3118fig4.jpg"> 図4（i）の有害ヒールランスとヒールの（ⅱ）タッチ後の幼児1における筋電図活動の（）の例。 （B）平均（± SE）EMG有害なヒールと非有害なタッチの刺激後の乳児の二乗平均平方根EMG活動。 </st>

<ol><li>Fitzgerald, M., Walker, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infant+pain+management%3A+a+developmental+neurobiological+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Clin.+Pract.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Infant pain management: a developmental neurobiological approach.</a> Nat. Clin. Pract. Neurol. 5 (1), 35-35 (2009).</li>
<li>Slater, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oral+sucrose+as+an+analgesic+drug+for+procedural+pain+in+newborn+infants%3A+a+randomised+controlled+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet%22%5BJournal%5D)">Oral sucrose as an analgesic drug for procedural pain in newborn infants: a randomised controlled trial.</a> Lancet. 376 (9748), 1225-1225 (2010).</li>
<li>Slater, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evoked+potentials+generated+by+noxious+stimulation+in+the+human+infant+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Pain%22%5BJournal%5D)">Evoked potentials generated by noxious stimulation in the human infant brain.</a> Eur. J. Pain. 14 (3), 321-321 (2010).</li>
<li>Slater, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Premature+infants+display+increased+noxious-evoked+neuronal+activity+in+the+brain+compared+to+healthy+age-matched+term-born+infants%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Premature infants display increased noxious-evoked neuronal activity in the brain compared to healthy age-matched term-born infants.</a> Neuroimage. 52 (2), 583-583 (2010).</li>
</ol>

著者らは、開示することは何もないことを宣言。

このビデオでは、触覚や侵害刺激により誘発される電気生理学的反応が、、脳波と筋電図記録を用いて、ヒト乳児を特徴とする方法を示しています。このタイプの研究は、人間の痛みの処理の開発と可塑性を理解する助けになる、と乳児の痛み1、2の改良された臨床的評価と治療につながる。 これらの実験の成功は、学際的なチームの密接な協力が必要です。専門は新生児学、臨床神経生理学、生命工学、発達神経科学の分野で要求される。 それは、これらの実験が実施されているときに赤ちゃんの世話が最も高い優先順位を取ることが不可欠です。ヒールランスを行う研究看護師や医師が乳児の健康に責任を持っており、実験が臨床の現場に準拠して行われていることを確認する必要があります。病院倫理委員会とwritteから承認nは親の同意は、これらの研究を行うことが必要です。 ヒールランスは、臨床的に必要なイベントであり、研究の目的のために繰り返すことはできません。それは記録が臨床実習3、4と干渉しない信頼性の高い堅牢な方法で収集されることが不可欠です。特に、それは時間がロックするのに使用される方法は、刺激が信頼性が高く、臨床血液のコレクションを妨げないことが重要です。 それが記録された活動が、特に有害事象と乳児のケア2の他のではない側面によって惹起されることを確かめることが重要であるような乳児の痛みのすべての措置は、必ずしも間接です。これは、データの慎重な技術的設計と後処理を介して達成することができます。

電気生理学的測定とヒト幼児における痛覚の分析

Electrophysiological Measurements and Analysis of Nociception in Human Infants

痛みは不快な感覚および感情的な経験です。幼児は口頭での経験を報告できないので、痛みの評価の現在の方法は、そのような表情で泣いて、身体の動きや変化などの行動や生理的な身体の反応に基づいています。これらの措置は、乳児は有害刺激に続く応答をマウントすることを実証しながら、彼らは限られて：彼らは確実に脳の中央感覚処理にリンクされていない可能性があります皮質体性および自律運動経路の活性化に基づいています。中枢神経系の有害事象にどのように応答するかの知識は、侵害受容情報と痛みが新生児にどのように処理されるかに洞察を提供することができます。 入院の乳児の血液を抽出するために使用される踵穿刺の手順では、乳児期に痛みを研究するユニークな機会を提供しています。このビデオでは、脳波（EEG）と筋電図検査（EMG）は、この手順をCAに時間ロック方法を説明します。nは、脳と脊髄の侵害受容活動を調査するために使用される。 乳児の疼痛の測定には、この統合的なアプローチは効果的で敏感な臨床測定ツールへの道を開く可能性を秘めています。

幼児は口頭での経験を報告できないので、乳児の疼痛の評価と治療が困難です。このビデオでは、乳児神経系からの有害事象に対する反応を測定するために使用できる定量的な電気生理学的手法や分析手法を説明します。

痛みとは、不快な感覚的および感情的な体験です。乳幼児は自身の体験を言葉で報告することができないため、現在の痛み評価法は...

本実験の全般的な目的は、人間の乳児における侵害受容特異的な脳および脊髄活動を記録し、特性を明らかにすることである。これは、中枢神経系の電気生理学的活動を測定するために、EEGおよびEMGの手法を用いて達成される。臨床的に不可欠な侵害的処置に続き、第一のステップとして、乳児が実験的、触覚的、および不可欠な侵害刺激を受けた際に、高品質な生理学的記録が得られることを確認する。次に、誘発された活動パターンの特性を明らかにするため、データに後処理解析手法を適用する必要があります。その結果、人間の乳児の脳からは、感受性のある特異的な脳および脊髄活動が記録されないことが示される場合があります。この手法は、発達中の神経系が有害刺激にどのように反応するかを理解するのに役立ちます。この実験の準備を開始するには、まず乳児の皮膚を整え、次に16個以上の使い捨てEEG銀・塩化銀カップ電極を頭部に配置します。修正国際10-20電極配置法に基づき、EEG導電性ペーストを使用して電極と皮膚の電気的結合を最適化します。ここでは、国際10-20電極配置法を修正したEEG記録用の電極配置図を示します。記録の参照電極としてFCZを使用してください。ECGとEEGには同じ接地電極を使用します。接地電極を胸部または頭部に配置してください。次に、ECG記録を行うため、皮膚を前処理し、胸部の左右にECG電極を配置します。電気的な干渉を最小限に抑えるため、電極リードを一緒にまとめます。続いて、呼吸を測定するために、腹部に動作トランスデューサを設置します。次のステップは、皮膚の準備を行い、両脚の二頭筋にEMG電極を配置することです。次に、刺激を与える脚とは反対側の足にパルスオキシメータプローブを装着し、プローブがしっかりと固定されていることを確認してください。モニターでEEG信号を確認し、酸素飽和度と心拍数が信号の欠落なく記録されていることを確認してください。最後に、乳児の顔にフォーカスを合わせ、表情の変化を記録できるよう三脚に固定したカムコーダーを設置します。カメラのフレーム内に発光ダイオード（LED）を配置します。このLEDはタイミング回路に連結されており、刺激が提示されると同時に点灯することで、EEG、EMG、およびビデオ録画を同期させます。セットアップが完了したら、データ収集を開始します。ビデオ録画を開始し、乳児が落ち着いた後、踵穿刺を行うように足を保持し、EEGおよびEMG記録にイベントマークを付けます。このエポックは、バックグラウンドコントロールのセクションを特定するために使用されます。次に、ゴム栓で踵を軽く叩き、触覚刺激を与えます。パルスオキシメータを装着していない方の足に刺激を与えてください。ここでは、腱反射用ハンマーのインピーダンスヘッドに取り付けたゴム栓を用いて触覚刺激を行い、記録装置に電子的にリンクさせてイベントマーキングを行います。ビデオ録画にはLEDフラッシュによるイベントマークが付与されます。繰り返しタッチを行うことができ、また刺激を肩などの身体の異なる部位に適用することも可能です。次に、ランセットを90度回転させ、スプリングロード式のブレードが放出されたときに皮膚に接触しないように足に当てて、コントロール刺激を行います。EEG活性が安定した後、臨床的に不可欠な踵穿刺（かかとせんし）を、臨床実務に従って実施します。ここまでの映像に登場した乳児には穿刺を行っていないため、ここでは別の乳児への踵穿刺を示します。踵の固定を行います。穿刺は、対照刺激時と同様の手順で行ってください。踵の穿刺後、記録される反応が穿刺のみによるものであることを確実にするため、少なくとも30秒間は足を圧迫しないでください。必要な量の血液を採取した後、臨床分析用のサンプルを調製します。データを保存し、すべての記録装置を停止してください。その後、電極を取り除きます。最後に、乳児の人口統計学的情報と実験の詳細を記録します。これらのデータを匿名化されたデータベースに入力し、安全に保存して後で参照できるようにします。研究で必要とされる乳児のサンプルに対して、この手順を繰り返します。EEGデータの解析を開始するには、まず、各タッチコントロール、ランス刺激、およびバックグラウンドEEGに対応する1.7秒間のEGエポックを作成します。これらのエポックは、各イベントの0.6秒前から開始する必要があります。各モダリティに対応するエポック数を同一のベースラインとし、平均ベースライン信号を差し引くことでエポックを補正します。次に、それらを0.1 hertzでハイパスフィルタリングします。今後の解析にはCPZまたはCZで記録されたエポックを使用し、50 milliseconds未満で振幅の変化が50 microvoltsを超える、体動アーチファクトにより汚染されたエポックは除外します。すべての記録についてこれを繰り返します。次に、各乳児から記録されたトレースを整列させ、刺激後の50から30ミリ秒のレイテンシジッターを補正します。この時間間隔において主成分分析を行い、触覚刺激に関連するEEG活動である触覚誘発電位を特定します。ここで、EPOCHを変数とし、時間点を観測値として扱います。主成分分析。EEGエポックを主成分（PC）と呼ばれる基本波形に分解し、時間経過に伴う信号振幅の系統的な変動を表現します。次に、刺激後300から700ミリ秒の間のレイテンシジッターを補正するためにトレースをアライメントし、この時間間隔で主成分分析を行います。EMGデータの解析では、まず、コントロール刺激およびランス刺激における刺激後最初の1000ミリ秒間のEMG信号の二乗平均平方根（RMS）を算出します。次に、二乗平均平方根（RMS）値に対してT検定を行い、侵害受容特異的な脊髄反射性逃避反応を判定します。ここでは、50から300ミリ秒の間でアライメントを行った後、すべての刺激タイプにわたって得られたCZにおける総合平均を示しています。太線で示された主成分は、触覚刺激と有害刺激の両方によって誘発された感覚電位を表しています。なぜなら、この成分のウェイトは、背景EEGと比較して、触覚刺激および有害刺激の後に有意に大きくなるためです。対照的に、刺激開始後300～700ミリ秒の間で得られる主成分は、侵害受容特異的電位を表しています。この成分の重みは、触覚刺激や背景と比較して、有害刺激後に有意に大きくなります。EEGに示されているのは、3人の乳児において触覚刺激により誘発されたczにおける感覚電位の例（青色）であり、また、3人の乳児において有害な穿刺（ランス）により誘発されたczにおける侵害受容特異的電位の例（緑色）です。最後に、新生児の踵への侵害性刺激（針刺し）および非侵害性刺激（接触）後のEMG活性の例を示します。二乗平均平方根（RMS）EMG活性は、非侵害性刺激と比較して、侵害性刺激後に有意に増大しています。この手法は、痛みの処理過程の発達を解明しようとする神経科学分野の研究者にとって、新たな道を開くものとなるでしょう。

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