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

この実験の目的は、2 つのガス状解離剤キセノンと亜酸化窒素の健康な参加者への投与に応じた脳の電磁活動の変化を特徴付けることです。実験は複雑なため、機器のセットアップの大部分は参加者が到着する前に行うことが重要です。これらの中で最も重要なのは、磁気シールドルームまたはMSRでのEEGシステムの構成です。

EEGアンプは、参加者からできるだけ離れたMSRに配置され、内蔵バッテリーまたは外部シールドバッテリーボックスのいずれかを使用してDC電源で動作するように構成する必要があります。アンプからデータロギングコンピュータへの光ファイバー結合が動作しているかどうかを確認する必要があります。最後に、MSRのビデオカメラは、医師の麻酔科医が参加者の呼吸状態と気道状態を明確に監視できるように、その視野が参加者の顔と上部胸部をはっきりと捉えるように構成する必要があります。

一貫性のある比較可能なデータを取得するために、参加者は最初にインタビューを受け、研究の適格性を確認します。参加者は、20 歳から 40 歳までの健康な男性で、精神医学的または神経学的状態がなく、薬物またはアルコールの使用歴がなく、呼吸器疾患または心臓疾患がない必要があります。参加者は、実験当日にきれいに髭を剃り、少なくとも 6 時間絶食した後に到着しなければなりません。

高品質の脳波記録を確保するために、被験者の髪は最近コンディショナーなしで洗ったこと、および頭皮をしっかりとブラッシングして乾燥した皮膚や古い皮膚を取り除くことをお勧めします。MEG対応の高密度脳波キャップは、導電性ゲルを適切に使用して適用されます。その後、ヘッドポジションインジケータコイルは、EEGキャップの所定の位置にしっかりと取り付けられます。

次に、すべての補助生体電位電極を被験者の顔と体の指定された位置に適用します。その後の解析では、すべての電極とHPIコイルの位置を正確に登録し、軌道、鼻嶺、頬の輪郭をデジタル化して、その後の構造MRIとの同時登録を行うことが重要です。2つの電極がオトガイ下に配置され、安静時の筋緊張を記録します。

眼電図またはEOG記録は、目の上下にさらに2つの電極を配置することによって行われます。そして最後に、3誘導心電図の導出は、左右の手首屈筋表面の電極によって構成されます。次に、EEG電極のインピーダンスが5キロオーム未満であることを確認して、忠実度の高い記録を実現する必要があります。

実験の持続時間と投与されたガスの鎮静効果により、頭の動きを最小限に抑えることが重要になります。頭の横方向の動きを減らすためにメモリーフォームヘッドブレースが適用され、ジュートハーネスが体に結ばれて垂直方向の動きを最小限に抑えます。目を閉じた安静状態とベースラインの聴覚連続パフォーマンスタスクの記録が実行されるようになりました。

麻酔ガスの投与は、常に医師の麻酔科医によって監督されることが非常に重要です。患者のモニタリングだけでなく、医師の麻酔科医の役割には、この場合にキセノンの送達と監視に特化した麻酔ガス送達ユニットの適切な構成を確保することが含まれます。医師の麻酔科医は、麻酔器をテストし、マスクが快適にフィットし、漏れていないことを確認し、ガスの流れを調整し、カニューレを挿入し、制吐剤を投与し、100%酸素で脱窒素を開始します 参加者がMSRに座っている状態で 最終的な制吐剤後のベースラインデータ収集とガス投与プロトコルの開始。

この段階で、参加者はMSRに快適に座り、脱窒素化され、デキサメタゾンとオンダンセトロンを投与され、ガス投与による有害な吐き気や嘔吐のリスクを最小限に抑えます。MSRのドアが閉まる前に、麻酔看護師またはその他の適切な訓練を受けた医療専門家が参加者の隣に座っています。血圧カフが接続されていること、ボタンの応答ボックスが快適に配置されていること、つま先または指のパルスオキシメータがしっかりと固定されていることを最終チェックします。

次に、プロトコルは、血液-脳-ガスの平衡を確保するために、キセノンガスの段階的なレベルを段階的に増加させる4つのEqui-MACのアウェイク、またはそれぞれ15分間にわたって3つの段階的な亜酸化窒素レベルを送達します。各レベルには、目的のガス濃度に達したときに5分間の定常状態が含まれ、その後に10分間のウォッシュアウト期間が続く必要があります。すべてのレベルで、酸素、二酸化炭素、キセノンまたは亜酸化窒素のレベルが継続的に監視され、電子的に記録されます。

各レベルの終わりに、参加者はより高いレベルに進む前に簡単に評価されます。なぜなら、反応性の喪失が達成される最も高いキセノンレベルでは、気道閉塞が容易にかつ予期せず発生する可能性があり、必要なすべての行動を直ちに講じるためには、MSRの内外で資格のある担当者が被験者を綿密に監視し、継続的に評価する必要があるからです。実験の終了時に、医師の麻酔科医が MSR に入り、患者と報告します。

その後、参加者は MSR の外に連れ出され、装置が取り外され、標準的な術後麻酔治療が実施されます。参加者が出発する前に、親戚や友人と一緒に安全に帰宅できることを確認してください。次の 24 時間以内に、参加者は手順とその後遺症に関するアンケートに記入する必要があります。

このビデオは、主に脳波とMEGの同時データを記録しながらガス状麻酔を投与する方法を説明するために用意されているため、非常に基本的なデータ分析と代表的な結果のみを提示し、視聴者に記録されたデータがどのように見えるべきかを明確に理解することができます。基本的な結果は、頭の動き、ガス濃度の時間経過、および聴覚タスクの精度の例を示しています。フィルタリングされたアーティファクトフリーのEEGおよびMEGデータ。EEGおよびMEGスペクトルとパワートポグラフィー。ベースラインとガス投与中の両方で聴覚誘発反応。基本的な結果を作成するために、データ分析ソフトウェアプラットフォームとツールボックスの組み合わせを使用して、次のパイプラインが採用されます。

生のMEGおよびEEGデータは、それぞれfifおよびcntファイル形式で保存されます。頭の動きは、MaxFilterソフトウェアと著者が作成したスクリプトを使用して計算され、どちらもコルトニアン空間からの頭の動きをデカルト座標に変換するために使用されます。次に、聴覚タスクの精度と反応時間が計算され、頭の動きとガス濃度の時系列に合わせて時間調整され、EEGおよびMEGデータをさらに処理する前にデータ品質を評価します。

データのタイムアライメントは、記録されたトリガー時間に基づいています。通常、ベースライン状態では頭の動きは最小限に抑えられますが、解離状態または鎮静状態に関連するガスレベルが高いほど、より多くの動きが発生する傾向があります。これは、たとえば、上の図が頭の動きを示し、下の図がガス濃度と聴覚タスクの精度を示している42%キセノンの記録で見ることができます。

応答性の喪失は 7.5 分から 12.5 分の間に発生することに注意してください。頭の絶対的な動きが5ミリメートル未満であることは、ソースイメージングの目的では許容できると考えられています。移動が 5 mm を超えるデータ セグメントは無視されます。

MEGおよびEEGデータの前処理には、最初に不良チャネルの選択が含まれます。これに続いて、tSSSアルゴリズムを使用して、外部ソースによるMEG記録からのアーティファクトを削除します。処理パイプラインの残りの部分では、データ分析ソフトウェアプラットフォームと分析用の関連ツールボックスを使用します。

バンドパスフィルタリングとノッチフィルタリングは、MEGデータとEEGデータの両方に適用され、関心のある周波数帯域に分析を集中させます。アーティファクトを含むデータ内の期間は、目視検査に基づいて拒否され、頭の動きが過度に変化する期間も削除されます。その後、フィルタリングされたアーチファクトフリーのMEGおよびEEGデータを視覚化し、麻酔薬による変化に関連付けることができます。

次に、各センサーの振幅スペクトルと、すべてのセンサーのスペクトルバンドパワートポグラフィーが、MEGデータとEEGデータの両方について計算されます。異なるセンサー位置での振幅スペクトルを可視化することで、異なる麻酔薬レベルが信号スペクトルに及ぼす影響の観察が容易になります。異なる周波数帯域(この場合はアルファバンド)のセンサーレベルの電力トポグラフィーを視覚化することで、さまざまな麻酔薬レベルが活動の空間パターンに及ぼす影響を観察することができます。

フィルタリングされたアーティファクトのないMEGおよびEEGデータは、聴覚トーンの伝達時間にリンクされたトリガーを使用してエポックされます。次に、平均聴覚誘発反応は、サンプル平均化で経時的に構築されます。センサーレベルの聴覚誘発反応を視覚化することで、麻酔薬が脳の反応性に及ぼす影響を特徴付けることができます。

特に、最初に誘発された反応の覚醒と、その後に誘発された反応ピークの消失は、高ガス濃度に起因します。この基本的な分析の後に実行できる、他にも多くの興味深い分析手順があります。文献には多くのオプションが提示されているため、ここでは詳しく説明しません。

このようなオプションには、ビームフォーミングを使用したMEGおよびEEGソースイメージングや、脳活動と脳の解剖学的構造との関係をよりよく理解するための最小ノルム推定が含まれます。センサーまたはソースレベルの機能的コネクティビティ解析により、麻酔作用に関連する脳ネットワークの変化を解明することができます。また、センサーまたはソースレベルの聴覚誘発反応に分析を集中させるか、聴覚刺激とは無関係に連続データを見て、麻酔薬によって誘発される全体的な脳ダイナミクスの変化を特定するオプションもあります。

麻酔薬による意識低下のマクロスケールのメカニズムはよく理解されていません。文献からの証拠は、麻酔薬による意識低下の根底にある機能的接続性の崩壊を強く示唆しています。麻酔薬にはさまざまな分子標的があり、EEGとMEGに対する巨視的な影響はさまざまですが、すべての麻酔薬に普遍的または共通のマクロスケールメカニズムが存在するかどうかはまだ解決されていません。

ここでは、推定される NMDA 受容体拮抗薬であるキセノンと亜酸化窒素を使用してガス麻酔を行うためのプロトコルを概説し、同時に MEG データと EEG データを記録します。この方法は、同時に記録されたMEGおよびEEGデータに対するさまざまなガス状および揮発性物質の研究を促進し、したがって、麻酔薬による意識低下の普遍的なメカニズムの探索を促進します。