Elektrofysiologische metingen en analyse van Nociceptie in Human Zuigelingen

Het algemene doel van het volgende experiment is het registreren en karakteriseren van nociceptieve hersen- en ruggenmergactiviteit bij menselijke baby's. Dit wordt bereikt door middel van EEG- en EMG-technieken om de elektrofysiologische activiteit in het centrale zenuwstelsel te meten. Na klinisch essentiële nociceptieve procedures is de eerste stap om te waarborgen dat er fysiologische opnames van hoge kwaliteit worden verkregen van baby's wanneer zij experimentele, tactiele en essentiële nociceptieve stimuli ervaren.

Vervolgens moeten analytische postprocessing-technieken op de gegevens worden toegepast om de opgewekte activiteitspatronen te karakteriseren. Er kunnen resultaten worden verkregen waaruit blijkt dat er geen specifieke hersen- en ruggenmergactiviteit kan worden geregistreerd in de hersenen van de menselijke zuigeling. Deze methode zal ons helpen begrijpen hoe het ontwikkelende zenuwstelsel reageert op nociceptieve stimulatie.

Om de opstelling voor dit experiment te beginnen, bereidt u eerst de huid van de zuigeling voor en plaatst u vervolgens minimaal 16 individuele wegwerpbeker-EEG-elektroden van zilver/zilverchloride op het hoofd. Gebruik EEG-geleidingspasta om de elektrische koppeling tussen elektrode en huid te optimaliseren, conform het aangepaste internationale 10-20-elektrodeplaatsingssysteem. Hier is een schema te zien van de elektrodeplaatsing voor EEG-registraties, aangepast op basis van het internationale 10-20-elektrodeplaatsingssysteem.

Gebruik FCZ als referentie-elektrode voor de registratie. Gebruik dezelfde grounding-elektrode voor zowel het ECG als het EEG. Plaats een grounding-elektrode op de borst of het hoofd.

Bereid vervolgens de huid voor om de ECG-registratie op te zetten en plaats ECG-elektroden op de linker- en rechterzijde van de borstkas. Bind de elektrodeluim samen om elektrische interferentie te minimaliseren. Plaats daarna een bewegingstransducer op de buik om de ademhaling te meten.

De volgende stap is het voorbereiden van de huid en het plaatsen van EMG-elektroden op de biceps femoris van beide benen. Plaats nu een pulsoximetersensor op de voet contralateraal aan de voet die gestimuleerd zal worden, en zorg ervoor dat de sensor goed is vastgezet. Controleer op de monitor het EEG-signaal en controleer of de zuurstofsaturatie en hartslag worden geregistreerd zonder signaalonderbrekingen.

Stel tenslotte een camcorder op een statief zo in dat het gezicht van de zuigeling in beeld is, zodat veranderingen in de gezichtsuitdrukking kunnen worden geregistreerd. Plaats een lichtgevende diode (LED) in het camerakader. De LED is gekoppeld aan het timingscircuit, zodat deze knippert wanneer de stimulatie wordt gepresenteerd om de EEG-EMG- en videorecordsing te synchroniseren.

Zodra de opstelling is voltooid, kan de gegevensverzameling beginnen. Start de video-opname en wanneer de zuigeling is gesetteld, houdt u de voet vast alsof u een hielprik uitvoert en plaatst u een event-markering in de EEG- en EMG-registraties. Deze epoch zal worden gebruikt om een gedeelte van de achtergrondcontrole te identificeren.

Pas vervolgens tactiele stimulatie toe door met een rubberen stop lichtjes tegen de hiel te tikken. Stimuleer de voet die niet is aangesloten op de pulsoximeter. Hier wordt de tactiele stimulatie gemarkeerd als een gebeurtenis door gebruik te maken van een rubberen stop die is bevestigd aan een impedantiekop op een peenhamer, welke elektronisch is gekoppeld aan de registratieapparatuur.

De videopopname wordt gemarkeerd door de LED-flits. Herhaalde aanrakingen kunnen worden toegepast en de stimulus kan op verschillende lichaamsregio's worden aangebracht, zoals de schouder.

Pas nu een controlestimulatie toe door de lancet 90 graden te draaien en tegen de voet te plaatsen, zodat het blad bij het ontspannen van de veer de huid niet raakt. Zodra de EEG-activiteit is gestabiliseerd, wordt de klinisch essentiële hielprik uitgevoerd conform de klinische praktijk. De hielprik werd niet uitgevoerd bij de zuigeling die tot dit punt is gefilmd; hier wordt een hielprik getoond bij een andere zuigeling tijdens het vastzetten van de hiel.

De lancering moet worden uitgevoerd zoals bij de controle-stimulatie na de hiellancering; knijp minstens 30 seconden lang niet in de voet om ervoor te zorgen dat de geregistreerde reacties uitsluitend door de lancering worden veroorzaakt. Bereid na het verzamelen van de vereiste hoeveelheid bloed de monsters voor klinische analyse voor. Sla de gegevens op en schakel alle registratieapparatuur uit.

Verwijder vervolgens de elektroden. Noteer tot slot de demografische gegevens van de zuigeling en de details van het experiment. Voer deze gegevens in een geanonimiseerde database in voor veilige opslag en toekomstige referentie.

Herhaal deze procedure bij de benodigde steekproef van zuigelingen in de studie. Om te beginnen met de analyse van de EEG-gegevens, creëer eerst EEG-epochs van 1,7 seconden die overeenkomen met elke aanrakingscontrole, elke lancetstimulatie en het achtergrond-EEG. Deze epochs moeten 0,6 seconden vóór elk event beginnen.

Het aantal epochs dat overeenkomt met elke modaliteit moet dezelfde baseline hebben; corrigeer de epoch door het gemiddelde baseline-signaal af te trekken. Pas vervolgens een high-pass filter toe op 0,1 hertz. Gebruik de epoch die is geregistreerd bij CPZ of CZ voor verdere analyse en sluit epochs uit die zijn aangetast door bewegingsartefacten met een amplitudeverandering van meer dan 50 microvolts in minder dan 50 milliseconden.

Herhaal dit voor alle opnames. Lijn vervolgens de sporen uit die van elke zuigeling zijn opgenomen om de latentie-jitter tussen 50 en 30 milliseconden na stimulatie te corrigeren.

Voer in dit tijdsinterval een principale componentenanalyse uit om het tactiele potentiaal te identificeren, zijnde de EEG-activiteit die gerelateerd is aan de tactiele stimulatie. Beschouw de EPOCH als de variabelen en de tijdspunten als de observaties.

Principale componentanalyse. Ontleedt de EEG-epochs in basisgolfvormen, genaamd principale componenten of PC's, en representeert systematische variatie in de amplitude van het signaal over de tijdspunten. Lijn nu de traces uit om te corrigeren voor latentiejitter tussen 300 en 700 milliseconden na stimulatie en voer de principale componentanalyse uit in dit tijdsinterval. Bereken voor de EMG-data-analyse eerst het kwadraatgemiddelde (root mean square) van het EMG-signaal in de eerste 1000 milliseconden na stimulatie voor de controle- en lansstimuli.

Voer vervolgens een T-toets uit op de root-mean-square-waarden om de nociceptieve specifieke spinale reflexmatige terugtrekking te bepalen. Hier zien we het algemene gemiddelde bij CZ, verkregen over alle stimulatietypen na uitlijning tussen 50 en 300 milliseconden. De hoofdcomponenten in de dikke lijn vertegenwoordigen een sensorisch potentieel dat door zowel de tactiele als de nociceptieve stimulatie wordt opgewekt, omdat de gewichten van deze component significant groter zijn na de tactiele en nociceptieve stimulatie vergeleken met het achtergrond-EEG.

In tegenstelling hiermee vertegenwoordigt de hoofdcomponent die tussen 300 en 700 milliseconden na het begin van de stimulus wordt verkregen, een nociceptief specifiek potentiaal. Het gewicht van deze component is significant groter na de nociceptieve stimulatie vergeleken met de tactiele stimulatie en de achtergrond. Het EEG toont hier voorbeelden van het sensorisch potentiaal in het blauw bij cz, opgewekt door tactiele stimulatie bij drie zuigelingen, en hier zijn voorbeelden van het nociceptief specifiek potentiaal in het groen bij cz, opgewekt door een nociceptieve lancering bij drie zuigelingen.

Ten slotte zien we hier een voorbeeld van EMG-activiteit bij een zuigeling na een nociceptieve hielprik en een niet-nociceptieve aanrakingsstimulatie van de hiel. De root mean square EMG-activiteit is significant groter na de nociceptieve stimulatie in vergelijking met de niet-nociceptieve stimulatie. Deze techniek zal de weg vrijmaken in het veld van de neurowetenschappen voor onderzoekers om de ontwikkeling van pijnverwerking te begrijpen.