Artykuł metodologiczny

Elektrofizjologiczny pomiar aktywności mózgu wywołanej szkodliwymi substancjami u noworodków przy użyciu sondy z płaską końcówką sprzężoną z elektroencefalografią

6.6K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/56531

⸱

29 listopada 2017

 ,  ,  ,  , 
1Division of Neonatology, University of Basel Children's Hospital, 2Divison of Neuropediatrics and Developmental Medicine, University of Basel Children's Hospital

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Mierzenie bólu u pacjentów niewerbalnych jest wyzwaniem. W tym badaniu łączymy zapis EEG ze stymulacją za pomocą sondy z płaską końcówką, aby w obiektywny sposób wykryć szkodliwą aktywność mózgu.

Streszczenie

Ból jest nieprzyjemnym doświadczeniem zmysłowym i emocjonalnym. U pacjentów niewerbalnych bardzo trudno jest zmierzyć ból, nawet za pomocą narzędzi do oceny bólu. Narzędzia te są subiektywne lub określają drugorzędne wskaźniki fizjologiczne, które również mają pewne ograniczenia, zwłaszcza w przypadku badania skuteczności analgezji. Ponieważ przetwarzanie korowe jest niezbędne do percepcji bólu, pomiary aktywności mózgu mogą stanowić użyteczne podejście do oceny bólu u niemowląt. W artykule przedstawiono metodę oceny nocycepcji z elektrofizjologicznymi zapisami aktywności mózgu zoptymalizowanymi do stosowania u noworodków. Aby wytworzyć wysoce ustandaryzowane i powtarzalne bodźce szkodliwe, zastosowaliśmy stymulację mechaniczną za pomocą sondy z płaską końcówką, np. PinPrick, która nie łamie skóry i nie powoduje stresu behawioralnego. Potencjał wywołany szkodliwością pozwala na obiektywny pomiar nocycepcji u pacjentów niewerbalnych. Metoda ta może być stosowana u noworodków już od 34 tygodnia ciąży. Co więcej, może być stosowany w różnych sytuacjach, takich jak pomiar skuteczności leków przeciwbólowych lub znieczulających.

Wprowadzenie

Ból to nieprzyjemne doświadczenie sensoryczne i emocjonalne związane z rzeczywistym lub potencjalnym uszkodzeniem tkanki, lub opisane w kategoriach takiego uszkodzenia1. Niezdolność do komunikacji werbalnej nie neguje możliwości, że dana osoba doświadcza bólu, ale sprawia, że bardzo trudno jest ocenić leczenie przeciwbólowe, na przykład u noworodków2. Do oceny bólu u pacjentów niewerbalnych wykorzystuje się kilka wskaźników behawioralnych i fizjologicznych. Na przestrzeni lat opracowano różne skale, wybór zależy od rodzaju bodźca, wieku ciążowego i środowiska, w którym noworodki są osadzone3,4,5. Te narzędzia oceny bólu albo opierają się na interpretacji oceniającego, albo wymagają drugorzędnych wskaźników fizjologicznych.

W tym filmie prezentujemy metodę oceny nocycepcji za pomocą zapisów elektrofizjologicznych zoptymalizowanych do stosowania u noworodków. Nocycepcję definiuje się jako neuronalny proces kodowania szkodliwych bodźców. Tak więc ilościowe nocycepcja jest elegancką i obiektywną metodą określania danych wejściowych neuronalnych u osoby niewerbalnej. Co więcej, aktywność kory mózgowej wykrywana za pomocą elektroencefalografii (EEG) jest skorelowana z intensywnością szkodliwych zdarzeń5,6.

Przedstawiona tutaj metoda łączy zapis EEG ze szkodliwymi bodźcami wytwarzanymi przez mechaniczną stymulację za pomocą sondy z płaską końcówką, zwaną również pinprick7, która nie łamie skóry i nie powoduje zaburzeń behawioralnych6. Wykazano, że nocycepcja po stymulacji punktowej jest głównie pośredniczona przez włókna Aδ, nie wymaga uszkodzenia niszczącego skórę8, a wielkość potencjału specyficznego dla nocyceptywności nie jest zależna od stanu snu9. Sonda jest dobrze akceptowana również przez rodziców, którzy stosują tę metodę w warunkach badawczych z noworodkami. Sonda jest elektronicznie połączona z systemem rejestracji EEG, dzięki czemu zapis EEG jest precyzyjnie oznaczony w momencie kontaktu sondy ze skórą. To znacznie upraszcza proces blokowania czasu i jest przesłanką dla wszystkich późniejszych analiz EEG. W celu zminimalizowania czasu przygotowania zapisu EEG dla niemowląt zastosowaliśmy zmodyfikowany międzynarodowy system umieszczania elektrod 10/20, w którym zmniejszyliśmy liczbę elektrod do minimalnego wymogu trzech elektrod (Rysunek 1). Elektroda Cz z centralnym wierzchołkiem, w której aktywność mózgu wywołana szkodliwością jest maksymalna9,10,11, została użyta razem z jedną elektrodą referencyjną i jedną elektrodą masową.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Badanie zostało zatwierdzone przez Kompetentną Komisję Etyki Północno-Zachodniej Szwajcarii (EKNZ 2015-079) i uzyskano świadomą pisemną zgodę rodziców dla uczestnika przed pomiarem.

1. Przygotowanie

  1. Upewnij się, że dziecko jest usadowione. Powinien być cichy i ustabilizowany, bez ruchów zasysających podczas nagrywania z powodu artefaktów ruchowych. Dziecko może spać9.
  2. Zmierz obwód głowy noworodka za pomocą miarki, aby określić rozmiar czepka EEG.
  3. Zidentyfikuj aktywną pozycję elektrody: Cz / pozycję wierzchołka, zaznaczając środkowy punkt między nasionem a inionem oraz środkowy punkt między lewym i prawym punktem przedusznym za pomocą ołówka do markera do skóry. Aby zapoznać się z pozycjonowaniem elektrod, zobacz również Rysunek 1.
  4. Określ położenie elektrody uziemiającej: prawe czoło (Fp2) i elektrody odniesienia: lewy wyrostek sutkowaty (A1).
  5. Oczyść miejsca elektrod (Cz, Fp2 i A1) środkiem dezynfekującym za pomocą bawełnianego wacika. W przypadku dużej ilości włosów należy je rozdzielić, aby uwidocznić skórę głowy.
  6. Delikatnie wyszoruj miejsca elektrod pastą przygotowującą EEG za pomocą bawełnianego wacika, aby obniżyć impedancję.
  7. Umieść czepek EEG z elektrodami przymocowanymi do głowy noworodka.
  8. Wstrzyknij przewodzący żel EEG do elektrod za pomocą strzykawki z krótką plastikową igłą, aby zoptymalizować kontakt między elektrodami a skórą głowy.
  9. Wyreguluj elektrody, aż impedancja spadnie poniżej 50 kΩ, zgodnie z zaleceniami producenta i opublikowanymi wytycznymi12.
  10. Ustaw kamerę, aby nagrywać mimikę twarzy noworodka.
  11. Podłącz sondę z płaską końcówką do wyzwalacza kontaktowego, który jest przymocowany do urządzenia rejestrującego EEG. Gdy sonda z płaską końcówką osiągnie siłę nominalną działającą na skórę, wyzwalacz kontaktowy generuje sygnał wyzwalający. Sygnał ten jest wysyłany do komputera, który oznacza zapis EEG znakiem wyzwalającym.

2. Pomiar

  1. Należy wybrać nazwę badania, w którym mają być przechowywane dane.
  2. Dodaj filtry pasma przepustowego online:
    1. Filtry wyświetlania:
      Filtr dolnego odcięcia: Częstotliwość: 1 Hz
      Filtr wysokiego odcięcia: Częstotliwość: 70 Hz
      Filtr wycinający: 50 Hz
      Częstotliwość próbkowania: 2000 Hz
  3. Rozpocznij zapis EEG i wideo.
  4. Trzymaj prawą rękę noworodka w pozycji poziomej. Bodziec może być również zastosowany w innym miejscu, np. na stopie, co spowoduje dłuższe opóźnienie niż w przypadku ręki, szczegóły w punkcie 3.7.
  5. Najpierw zarejestruj aktywność EEG w tle. Trzymając noworodka za rękę, ręcznie dodaj adnotacje do zapisu EEG, aby zarejestrować okresy, w których nie stosuje się żadnych bodźców, a niemowlę odpoczywa.
  6. Przeprowadź wymaganą ilość bodźców z płaską końcówką sondy zgodnie z projektem badania na prawej ręce noworodka. W naszym eksperymentalnym projekcie ustaw liczbę bodźców sondy z płaską końcówką na 50. Uważaj, aby używać sondy z płaską końcówką prostopadle do dłoni noworodka, aby końcówka się nie zginała i przyłożona była odpowiednia siła. Aby uniknąć sumowania, wykonaj bodźce sondy z płaską końcówką, stosując co najmniej 2 do 3 s interwału między bodźcami (ISI)6.
  7. Zatrzymaj wszystkie nagrania.
  8. Udokumentuj szczegóły ustawień eksperymentalnych.

3. Analiza danych

  1. Przefiltruj surowe dane EEG w trybie offline za pomocą filtra górnoprzepustowego przy 1 Hz i filtra dolnoprzepustowego przy 30 Hz.
  2. Segmentuj dane w epokach trwających 1 500 ms (od 500 ms przed do 1 000 ms po wystąpieniu bodźca).
  3. Wykonaj korektę linii bazowej do interwału przed bodźcem.
  4. Ręcznie odrzuć epoki EEG zawierające artefakty, takie jak artefakty ruchu i hałas, po oględzinach. Zapoznaj się również z konspektem samouczka: https://sccn.ucsd.edu/wiki/Chapter_01:_Rejecting_Artifacts
  5. Uśrednij epoki EEG (osobno dla tła i odpowiedzi na bodziec).
  6. Woody filtruje dane z maksymalnym jitterem ± 50 ms w oknie czasowym 0 - 1,000 ms po rozpoczęciu bodźca. Pozwala to na różnice w opóźnieniach między niemowlętami. Zrób to osobno dla tła i reakcji bodźca.
  7. Projektuj szablon aktywności mózgu wywołanej szkodliwością, który został zdefiniowany w niezależnym zestawie danych i został szczegółowo opisany w innym miejscu11 na dane, aby ustalić wielkość reakcji wywołanej szkodliwością w każdym indywidualnym badaniu. Szablon opisuje charakterystyczny przebieg reakcji wywołanej szkodliwością, a wielkość odzwierciedla ilość tej szkodliwie wywołanej odpowiedzi w ramach indywidualnego badania.
    UWAGA: Okno czasowe, w którym wyświetlany jest szablon, zależy od wieku niemowlęcia i pozycji bodźca. Jeśli bodźce są stosowane do ręki, to interesujące nas okno czasowe wynosi 200 - 500 ms po bodźcu11. Jeśli bodźce są przykładane do stopy, to interesujące nas okno czasowe wynosi 400 - 700 ms po bodźcu11. Należy pamiętać, że ten szablon został obecnie zatwierdzony tylko dla niemowląt w okresie od 34 do 43 tygodnia ciąży. Aby zapoznać się ze szczegółowymi metodami związanymi z używaniem tego szablonu oraz omówieniem ograniczeń, zobacz Hartley et al. 201711.
  8. Sprawdź, czy wielkość aktywności mózgu wywołanej szkodliwością obliczona przy użyciu szablonu jest znacznie wyższa po bodźcu w porównaniu z EEG w tle.
  9. Następnie przeanalizuj behawioralny wyraz twarzy (kamera jest połączona z zapisem EEG) za pomocą Systemu Kodowania Twarzy Noworodka2,13.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Rysunek 1 przedstawia schemat rozmieszczenia elektrod z wykorzystaniem zmodyfikowanego międzynarodowego systemu 10/20. Rysunek 2 pokazuje aktywność EEG zarejestrowaną krótko przed i po zastosowaniu pojedynczego bodźca nocyceptywnego przy użyciu sondy z płaską końcówką z siłą 32 mN; stymulacja została przeprowadzona zgodnie z opisem w protokole na prawej dłoni noworodka (Rysunek 2A). Odpowiedź wywołan...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Przedstawione tutaj podejście pokazuje, w jaki sposób aktywność mózgu wywołaną przez trujące osoby u noworodków może być mierzona w obiektywny sposób za pomocą zapisu EEG i stymulatorów z płaską końcówką w celu zastosowania eksperymentalnych bodźców szkodliwych. Technika ta może być stosowana w różnych warunkach klinicznych do wykrywania nocycepcji, np . u osób niewerbalnych, takich jak noworodki. Pełne badanie można wykonać w ciągu 15 minut, w tym umieszczenie dziecka, identyfikację, przygotowanie i zamontowani...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować Caroline Hartley i Rebeccah Slater (Wydział Pediatrii, Uniwersytet Oksfordzki, Wielka Brytania) za krytyczną recenzję naszego artykułu oraz Walterowi Magerlowi (Wydział Neurofizjologii, Centrum Biomedycyny i Technologii Medycznej w Mannheim (CBTM), Uniwersytet w Heidelbergu, Niemcy) za wsparcie nas sprzętem technicznym i wiedzą.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
EasycapEASYCAP GmbHAC-32-Cdla niemowląt w rozmiarach 34 i 36
actiCAPBrain Products GmbHBP-04243-SIGElektrody aktywne
ImpBoxBrain Products GmbHPomiar impedancji
V-AmpBrain Products GmbHUrządzenie rejestrujące EEG
Wyzwalacz kontaktowy do stymulacji nakłuciaMRC Systems GmbH
Zestaw stymulatorów PinPrickMRC Systems GmbH
Pasta preparacyjna EEGUSB Pharmacyzawiera chlorek sodu, pumeks, glikol propylenowy
SuperViscEASYCAP GmbHElektrolit-żel do elektrod aktywnych
Rejestrator Brain Vision BrainProducts GmbH
Analizatorwzroku mózguBrain Products GmbH
MATLAB przy użyciu EEGLAB

Swartz Center for Computational Neuroscience, Uniwersytet Kalifornijski w San DiegoDo przetwarzania EEG, w tym uśredniania wszystkich epok EEG

Czepki EEG

Bibliografia

  1. Bonica, J. J. The need of a taxonomy. Pain. 6 (3), 247-248 (1979).
  2. Duhn, L. J., Medves, J. M. A systematic integrative review of infant pain assessment tools. Adv Neonatal Care. 4 (3), 126-140 (2004).
  3. Witt, N., Coynor, S., Edwards, C., Bradshaw, H. A Guide to Pain Assessment and Management in the Neonate. Curr Emerg Hosp Med Rep. 4, 1-10 (2016).
  4. Hummel, P., van Dijk, M. Pain assessment: current status and challenges. Semin Fetal Neonatal Med. 11 (4), 237-245 (2006).
  5. Slater, R., Fitzgerald, M., Meek, J. Can cortical responses following noxious stimulation inform us about pain processing in neonates? Semin Perinatol. 31 (5), 298-302 (2007).
  6. Hartley, C., et al. The relationship between nociceptive brain activity, spinal reflex withdrawal and behaviour in newborn infants. Sci Rep. , 31(2015).
  7. Iannetti, G. D., Baumgärtner, U., Tracey, I., Treede, R. D., Magerl, W. Pinprick-evoked brain potentials: a novel tool to assess central sensitization of nociceptive pathways in humans. J Neurophysiol. 110 (5), 1107-1116 (2013).
  8. Ziegler, E. A., Magerl, W., Meyer, R. A., Treede, R. D. Secondary hyperalgesia to punctate mechanical stimuli. Central sensitization to A-fibre nociceptor input. Brain. 122 (Pt 12), 2245-2257 (1999).
  9. Slater, R., et al. Evoked potentials generated by noxious stimulation in the human infant brain. Eur J Pain. 14 (3), 321-326 (2010).
  10. Fabrizi, L., et al. A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from pain. Curr Biol. 21 (18), 1552-1558 (2011).
  11. Hartley, C., et al. Nociceptive brain activity as a measure of analgesic efficacy in infants. Sci Transl Med. 9 (388), (2017).
  12. Keil, A., et al. Committee report: publication guidelines and recommendations for studies using electroencephalography and magnetoencephalography. Psychophysiology. 51 (1), 1-21 (2014).
  13. Grunau, R. V., Johnston, C. C., Craig, K. D. Neonatal facial and cry responses to invasive and non-invasive procedures. Pain. 42 (3), 295-305 (1990).
  14. van den Broeke, E. N., et al. Characterizing pinprick-evoked brain potentials before and after experimentally induced secondary hyperalgesia. J Neurophysiol. 114 (5), 2672-2681 (2015).
  15. Verriotis, M., et al. Cortical activity evoked by inoculation needle prick in infants up to one-year old. Pain. 156 (2), 222-230 (2015).
  16. Rolke, R., et al. Quantitative sensory testing in the German Research Network on Neuropathic Pain (DFNS): standardized protocol and reference values. Pain. 123 (3), 231-243 (2006).
  17. Moultrie, F., Slater, R., Hartley, C. Improving the treatment of infant pain. Curr Opin Support Palliat Care. 11 (2), 112-117 (2017).
  18. Hu, L., Zhang, Z. G., Mouraux, A., Iannetti, G. D. Multiple linear regression to estimate time-frequency electrophysiological responses in single trials. Neuroimage. 111, 442-453 (2015).
  19. Hartley, C., et al. Changing Balance of Spinal Cord Excitability and Nociceptive Brain Activity in Early Human Development. Curr Biol. 26 (15), 1998-2002 (1998).
  20. Evers, K. S., Wellmann, S. Arginine Vasopressin and Copeptin in Perinatology. Front Pediatr. 4 (75), (2016).
  21. Slater, R., et al. Oral sucrose as an analgesic drug for procedural pain in newborn infants: a randomised controlled trial. Lancet. 376 (9748), 1225-1232 (2010).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

EEG noworodk wocena nocycepcjipercepcja b lurejestracja EEGintensywna terapia noworodk wskuteczno analgetyk wrejestracja aktywno ci m zgu

Powiązane artykuły