Artykuł metodologiczny

Rejestrowanie aktywności elektromagnetycznej mózgu podczas podawania gazowych środków znieczulających ksenonu i podtlenku azotu zdrowym ochotnikom

DOI:

10.3791/56881

⸱

13 stycznia 2018

 ,  ,  ,  ,  , 
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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Jednoczesna magnetoencefalografia i elektroencefalografia dostarcza użytecznego narzędzia do poszukiwania powszechnych i odrębnych mechanizmów makroskalowych redukcji świadomości wywołanych przez różne środki znieczulające. Niniejsza praca ilustruje metody empiryczne leżące u podstaw rejestrowania takich danych od zdrowych ludzi podczas znieczulenia opartego na antagoniście receptora N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) podczas wdychania podtlenku azotu i ksenonu.

Streszczenie

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

Anestezjologia prawdopodobnie dostarcza jednego z niewielu systematycznych sposobów badania neuronalnych korelatów globalnej świadomości/nieświadomości. Jednak do tej pory większość badań neuroobrazowych lub neurofizjologicznych u ludzi ograniczała się do badania środków znieczulających na bazie agonisty receptora γ-amino-masłowego (GABA), podczas gdy wpływ dysocjacyjnych środków znieczulających opartych na receptorze N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) na bazie antagonistów ketaminy, podtlenku azotu (N2O) i ksenonu (Xe) jest w dużej mierze nieznany. W pracy opisano metody równoczesnej rejestracji magnetoencefalografii (MEG) i elektroencefalografii (EEG) od zdrowych mężczyzn podczas inhalacji gazowych środków znieczulającychN2Oi Xe. Połączenie danych MEG i EEG umożliwia ocenę aktywności elektromagnetycznej mózgu podczas znieczulenia w wysokiej rozdzielczości czasowej i umiarkowanej przestrzennej. Tutaj opisujemy szczegółowy protokół, dopracowany przez wiele sesji nagraniowych, który obejmuje rekrutację uczestników, konfigurację sprzętu anestezjologicznego w pomieszczeniu skanera MEG, gromadzenie danych i podstawową analizę danych. W tym protokole każdy uczestnik jest narażony na różne poziomy Xe iN2Ow projekcie krzyżowym z powtarzanymi pomiarami. Po odpowiednich zapisach wyjściowych uczestnicy są narażeni na stopniowe zwiększanie wdechowych stężeń Xe i N2O wynoszących odpowiednio 8, 16, 24 i 42% oraz 16, 32 i 47%, podczas których ich poziom reakcji jest śledzony za pomocą słuchowego zadania ciągłego wykonywania (aCPT). Wyniki są prezentowane dla wielu nagrań w celu podkreślenia właściwości surowych danych na poziomie czujników, topografii spektralnej, minimalizacji ruchów głowy i jednoznacznego, zależnego od poziomu wpływu na odpowiedzi słuchowe wywołane. Paradygmat ten opisuje ogólne podejście do rejestrowania sygnałów elektromagnetycznych związanych z działaniem różnych rodzajów gazowych środków znieczulających, które można łatwo dostosować do stosowania z lotnymi i dożylnymi środkami znieczulającymi. Oczekuje się, że opisana metoda może przyczynić się do zrozumienia mechanizmów anestezjologii w skali makro, umożliwiając rozszerzenie metodologiczne obejmujące obrazowanie przestrzeni źródłowej i funkcjonalną analizę sieci.

Wprowadzenie

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

Istnieje dobry konsensus między przedklinicznymi i klinicznymi dowodami neuronaukowymi sugerującymi, że zjawisko ludzkiej świadomości zależy od integralności jawnych obwodów neuronowych. Obserwacja, że takie obwody są systematycznie pod wpływem zejścia w nieprzytomność, uzasadniła potrzebę wykorzystania technik neuroobrazowania podczas znieczulenia i umożliwienia "nawigowania" w poszukiwaniu neuronalnych korelatów świadomości. Być może z wyjątkiem snu, znieczulenie jest jedyną metodą, za pomocą której można w kontrolowany, odwracalny i powtarzalny sposób zaburzyć, a tym samym przeanalizować mechanizmy, które podporządkowują świadomość, zwłaszcza w makroskopowej skali globalnej dynamiki mózgu. Klinicznie znieczulenie ogólne można zdefiniować jako stan hipnozy/utraty przytomności, bezruchu i analgezji i pozostaje jedną z najpowszechniej stosowanych i najbezpieczniejszych interwencji medycznych. Pomimo jasności i skuteczności w efekcie końcowym, pozostaje duża niepewność co do mechanizmów działania różnych typów czynników powodujących utratę przytomności wywołanej znieczuleniem1.

Środki znieczulające można podzielić na środki dożylne, zwłaszcza propofol i barbiturany, lub środki lotne/gazowe, takie jak sewofluran, izofluran, podtlenek azotu (N2O) i ksenon (Xe). Farmakologia znieczulenia została dobrze ugruntowana, a wiele celów komórkowych zidentyfikowano jako powiązane z działaniem znieczulającym. Większość badanych do tej pory środków działa głównie poprzez agonizm aktywności za pośrednictwem receptora kwasu γ-aminomasłowego (GABA). W przeciwieństwie do tego, uważa się, że czynniki dysocjacyjne ketamina, Xe iN2Owywierają swoje działanie głównie poprzez celowanie w receptory glutaminergiczne N-metylo-D-asparaginianu (NMDA)2,3. Inne ważne cele farmakologiczne obejmują kanały potasowe, receptory acetylocholiny i pozostałości receptorów glutaminianu, AMPA i kainian, jednak zakres ich udziału w działaniu znieczulającym pozostaje nieuchwytny (aby uzyskać kompleksowy przegląd, zobacz 4).

Zakres zmienności w mechanizmie działania oraz obserwowane fizjologiczne i neuronalne efekty różnych typów czynników utrudnia wyciąganie ogólnych wniosków na temat ich wpływu na świadome przetwarzanie. Utrata przytomności (LOC) wywołana przez czynniki GABA-ergiczne zwykle charakteryzuje się globalną zmianą aktywności mózgu. Jest to widoczne w pojawieniu się fal delta o wysokiej amplitudzie i niskiej częstotliwości (δ, 0,5-4 Hz) oraz zmniejszeniu aktywności gamma o wysokiej częstotliwości (γ, 35-45Hz) w elektroencefalogramie (EEG), podobnie jak w przypadku snu wolnofalowego 5,6, a także w powszechnym zmniejszeniu przepływu krwi w mózgu i metabolizmu glukozy5,6,7,8,9,10,11,12. Boveroux i wsp. 13 dodał do takich obserwacji, wykazując znaczny spadek funkcjonalnej łączności w stanie spoczynku pod znieczuleniem propofolem za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). W przeciwieństwie do tego, znieczulenie dysocjacyjne daje mniej jasny profil wpływu na aktywność mózgu. W niektórych przypadkach są one związane ze wzrostem przepływu krwi w mózgu i metabolizmu glukozy14,15,16,17,18,19,20,21 podczas badań Rexa i współpracowników22 i Laitio oraz colleagues23,24 analiza efektów Xe dostarczyła dowodów zarówno na zwiększoną, jak i zmniejszoną aktywność mózgu. Podobną nieregularność można zaobserwować w wpływie na sygnały EEG25,26,27,28. Johnson i wsp. 29 wykazał wzrost całkowitej mocy pasm niskich częstotliwości delta i theta, jak również wyższego pasma częstotliwości gamma w badaniu EEG o wysokiej gęstości znieczulenia Xe, podczas gdy przeciwne obserwacje przeprowadzono dla N2O w pasmach częstotliwości delta, theta i alfa30,31 i dla Xe w wyższych częstotliwościach32. Taką zmienność wpływu Xe na aktywność elektryczną skóry głowy można zaobserwować w zakresach częstotliwości alfa i beta, przy czym zgłaszane są zarówno wzrosty33, jak i redukcje34.

Pomimo wspomnianych powyżej rozbieżności, obraz zaczyna stawać się bardziej spójny wśród agentów, gdy próbuje się przyjrzeć zmianom w funkcjonalnych połączeniach między obszarami mózgu. Środki te były jednak w przeważającej mierze ograniczone do warunków, które z konieczności wiążą się z ustępstwami w odniesieniu do rozdzielczości przestrzennej lub czasowej. Podczas gdy badania z wykorzystaniem EEG wydają się ujawniać wyraźne i do pewnego stopnia spójne zmiany w strukturze topologicznej sieci funkcjonalnych podczas znieczulenia/sedacji propofolem35, sevoflurane36 i N2O37, szeroko rozmieszczone dane EEG na poziomie czujnika mają niewystarczającą rozdzielczość przestrzenną, aby sensownie zdefiniować i wyznaczyć wierzchołki odpowiednich sieci funkcjonalnych. Z drugiej strony, badania wykorzystujące lepszą rozdzielczość przestrzenną fMRI i pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) wykazują podobne zmiany topologiczne w łączności funkcjonalnej na dużą skalę jak w EEG13,38,39,40,41, jednak mają niewystarczającą rozdzielczość czasową, aby scharakteryzować sprzężenie fazowo-amplitudowe w paśmie alfa (8-13 Hz) EEG i inne zjawiska dynamiczne, które pojawiają się jako ważne sygnatury działania znieczulającego12,42. Co więcej, miary te nie oceniają bezpośrednio elektromagnetycznej aktywności neuronalnej43.

Dlatego, aby znacząco poszerzyć zrozumienie makroskopowych procesów związanych z działaniem środków znieczulających, należy zająć się ograniczeniami wcześniej wymienionych badań; ograniczony zakres środków znieczulających i niewystarczająca rozdzielczość czasoprzestrzenna pomiarów nieinwazyjnych. Na tej podstawie autorzy przedstawiają metodę jednoczesnego rejestrowania magnetoencefalogramu (MEG) i aktywności EEG u zdrowych ochotników, która została opracowana do podawania gazowych dysocjacyjnych środków znieczulających, Xe iN2O.

MEG jest wykorzystywany, ponieważ jest to jedyna nieinwazyjna technika neurofizjologiczna inna niż EEG, która ma rozdzielczość czasową w zakresie milisekund. EEG ma problem z rozmyciem pól elektrycznych przez czaszkę, która działa jak filtr dolnoprzepustowy na aktywność generowaną przez korę, podczas gdy MEG jest znacznie mniej wrażliwy na tę kwestię i kwestię przewodzenia objętościowego44. Można argumentować, że MEG ma wyższą dokładność lokalizacji przestrzennej i źródłowej niż EEG 45,46. EEG nie pozwala na prawdziwe nagrywanie bez odniesień37,47, jednak MEG to robi. Systemy MEG zazwyczaj rejestrują również aktywność korową w znacznie szerszym zakresie częstotliwości niż EEG, w tym wysoki gamma48 (zwykle 70 - 90 Hz), które zostały zasugerowane jako zaangażowane w hipnotyczne działanie środków znieczulających, w tym Xe29 i N2O28. MEG oferuje aktywność neurofizjologiczną, która uzupełnia tę przekazywaną przez EEG, ponieważ aktywność EEG odnosi się do zewnątrzkomórkowych prądów elektrycznych, podczas gdy MEG odzwierciedla głównie pola magnetyczne generowane przez prądy wewnątrzkomórkowe46,49. Co więcej, MEG jest szczególnie wrażliwy na aktywność elektrofizjologiczną styczną do kory mózgowej, podczas gdy EEG głównie rejestruje aktywność zewnątrzkomórkową promieniowo do kory mózgowej49. Tak więc połączenie danych MEG i EEG ma super-addytywne zalety50.

Gazowe środki dysocjacyjne Xe iN 2O zostały wybrane z następujących głównych powodów: są bezwonne (Xe) lub zasadniczo bezwonne (N2O), a zatem mogą być łatwo stosowane w warunkach kontrolnych, gdy są stosowane w subklinicznych stężeniach. Ponadto dobrze nadają się do zdalnego podawania i monitorowania w środowisku laboratoryjnym ze względu na ich słabe działanie depresyjne krążeniowo-oddechowe61. Ksenon i w mniejszym stopniuN2O zachowują stosunkowo niski poziom czuwania przy minimalnym stężeniu pęcherzyków płucnych (MAC), przy którym 50% pacjentów przestaje reagować na polecenie słowne o wartościach odpowiednio 32,6 ± 6,1%51 i 63,3 +- 7,1%52. Pomimo tego, że Xe iN2Osą antagonistami receptora NMDA, modulują EEG w różny sposób - Xe wydaje się zachowywać bardziej jak typowy czynnik GABA-ergiczny, gdy jest monitorowany za pomocą indeksu dwuspektralnego33,53,54 (jedno z kilku podejść stosowanych do elektroencefalograficznego monitorowania głębokości znieczulenia). W przeciwieństwie do tego, N2O daje znacznie mniej widoczny efekt elektroencefalograficzny, ponieważ jest słabo, jeśli w ogóle, monitorowany za pomocą Bispectral Index26. Ponieważ Xe ma inne opisywane właściwości elektroencefalograficzne niż inne czynniki dysocjacyjne, ale ma podobne cechy do częściej badanych czynników GABA-ergicznych, jego badanie elektrofizjologiczne może ujawnić ważne cechy związane z neuronalnymi korelatami świadomości i odpowiadającymi im zmianami w sieci funkcjonalnej. Czynniki, które działają na receptor NMDA, prawdopodobnie ujawnią więcej informacji o sieciach mózgowych, które obsługują normalną i zmienioną świadomość, biorąc pod uwagę kluczową rolę, jaką aktywność za pośrednictwem receptora NMDA odgrywa w uczeniu się i pamięci oraz jej rolę w szeregu zaburzeń psychicznych, w tym schizofrenii i depresji80.

Ten artykuł skupia się przede wszystkim na wymagającej i złożonej procedurze zbierania danych związanych z dostarczaniem gazowych środków znieczulających w środowisku pozaszpitalnym, jednocześnie rejestrując MEG i EEG. Przedstawiono podstawową analizę danych na poziomie czujnika i przedstawiono przykładowe dane ilustrujące, że nagrania o wysokiej wierności można uzyskać przy minimalnym ruchu głowy. Wiele potencjalnych metod późniejszego obrazowania źródłowego i/lub analizy połączeń funkcjonalnych, które zwykle byłyby wykonywane przy użyciu tego rodzaju danych, nie jest opisanych, ponieważ metody te są dobrze opisane w literaturze i pokazują różne opcje analizy55,56.

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

Protokół

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

Badanie zatytułowane "Wpływ wdychanego Xe i N2O na aktywność mózgu zarejestrowaną za pomocą EEG i MEG" zostało zatwierdzone (numer zatwierdzenia: 260/12) przez Komitet Etyki Szpitala Alfred i Swinburne University of Technology i spełniło wymagania National Statement on Ethical Conduct in Human Research (2007).

1. Wybór uczestników i wymagania wstępne

  1. Przeprowadź wywiad, aby wybrać zdrowych, praworęcznych, dorosłych mężczyzn w wieku od 20 do 40 lat.
    1. Potwierdź dobry ogólny stan zdrowia poprzez uzyskanie wskaźnika masy ciała (BMI) uczestnika oraz brak przeciwwskazań do wykonania rezonansu magnetycznego lub MEG (takich jak wszczepione metaliczne ciała obce), a także zebranie szczegółowego wywiadu medycznego obejmującego wszelkie wcześniejsze operacje, co ważne wszelkie niekorzystne reakcje na znieczulenie ogólne, które skutkowałyby wykluczeniem z badania.
    2. W szczególności należy wykluczyć niedawne przyjmowanie leków psychoaktywnych lub innych leków na receptę, a także zapewnić brak zażywania narkotyków rekreacyjnych oraz brak jakichkolwiek zaburzeń neurologicznych, epilepsji, chorób serca, bezdechu sennego, choroby lokomocyjnej i klaustrofobii. Ponieważ później ważne będzie, aby uzyskać dobre uszczelnienie za pomocą znieczulonej maski na twarz, należy wykluczyć uczestników, którzy mają duże brody, chyba że chcą się ogolić.
      UWAGA: Wyklucz kobiety ze względu na udokumentowany wpływ menstruacji57 i/lub skrajności wieku na spoczynkowy sygnał MEG/EEG, a także zwiększoną skłonność do nudności i wymiotów58.
  2. Postępuj zgodnie z procedurą znieczulenia ogólnego w ciągu jednego dnia zgodnie z wytycznymi Australijskiego i Nowozelandzkiego Kolegium Anestezjologów (ANZCA) (Dokument PS15).
    1. Zgodnie z tymi wytycznymi, poproś badanych o poszczenie przez co najmniej 6 godzin i niespożywanie płynów przez co najmniej 2 godziny przed rozpoczęciem eksperymentu. Potwierdź zgodność, prosząc anestezjologa o skontaktowanie się z uczestnikiem na dzień przed badaniem.
    2. Po zakończeniu eksperymentu należy poddać uczestników standardowemu monitorowaniu opieki po znieczuleniu, instruując ich, aby nie obsługiwali żadnych ciężkich maszyn ani nie podejmowali ważnych decyzji w ciągu 24 godzin od eksperymentu (ze względu na możliwość szczątkowego upośledzenia funkcji poznawczych o niskim poziomie z powodu Xe iN2O).

2. Udogodnienia i wyposażenie

UWAGA: Obiekty są zgodne z wymaganiami ANZCA dotyczącymi dostarczania znieczulenia poza normalnym operacyjnym blokiem operacyjnym (http://www.anzca.edu.au/resources/professional-documents. Dokument PS55). W szczególności pomieszczenie spełnia przepisy inżynieryjne dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego i administracji medycznej gazu.

  1. Przeprowadź eksperyment w laboratorium obrazowania mózgu w Swinburne Advanced Technology Centre, a konkretnie w pomieszczeniu MEG, w którym znajduje się pomieszczenie ekranowane magnetycznie (MSR), w którym znajduje się skaner MEG. Osłonięte pomieszczenie znajduje się na pływającej podłodze odizolowanej od ruchów otoczenia, takich jak przejeżdżające pociągi.
  2. Gazy anestezjologiczne należy podawać za pomocą urządzenia do znieczulenia, umieszczonego na zewnątrz MSR, zdolnego do dostarczania i monitorowania gazowego ksenonu. To urządzenie anestezjologiczne jest specjalnie zaprojektowane do podawania gazu Xe o niskim przepływie w pętli zamkniętej oraz do pomiaru stężeń Xe w okresie końcowo-oddechowym za pomocą katharometrii (przewodność cieplna; dokładność ± 1%), a także do zapewnienia standardowego monitorowania pacjenta. Obejmuje to pomiar O2 , CO2, N2O (w stosownych przypadkach), pulsoksymetrię, 3-odprowadzeniowe EKG i nieinwazyjny pomiar ciśnienia krwi (NIBP) zgodnie z wytycznymi ANZCA PS18. Zmierz stężeniaN2Ow końcówce oddechu za pomocą spektroskopii w podczerwieni zaimplementowanej w aparacie anestezjologicznym.
    1. Doprowadzać gazy do uczestników za pomocą przedłużonych węży oddechowych o średnicy 22 mm przechodzących przez przewody MSR.
  3. Zapewnienie standardowego monitorowania pacjenta zgodnie z wytycznymi ANZCA PS18. Obejmuje to pomiar O2 i CO2, N2O (w stosownych przypadkach), pulsoksymetrię, 3-odprowadzeniowe EKG i nieinwazyjny pomiar ciśnienia krwi (NIBP).
    1. Monitoruj ciśnienie krwi zgodnie z wytycznymi ANZCA PS18 za pomocą nieinwazyjnego ciśnieniomierza umieszczonego na zewnątrz MSR i połączonego długą rurką do napełniania z mankietem umieszczonym na ramieniu.
    2. Przez cały czas trwania eksperymentu rejestruj i dokumentuj wszystkie parametry fizjologiczne w odstępach 1-minutowych, a także automatyczne rejestrowanie wszystkich parametrów co 30 sekund.
  4. Upewnij się, że gazy są doprowadzane do uczestników za pomocą przedłużonych węży oddechowych o średnicy 22 mm przechodzących przez przewody MSR. System ssący znajduje się na zewnątrz MSR, a długa rura doprowadzająca, połączona z różdżką ssącą Yankauer, jest przepuszczana przez przewód, który umieszcza się blisko zarówno pacjenta, jak i obserwatora klinicznego.
    1. Ponadto należy upewnić się, że baseny wymiotne znajdują się w pobliżu MSR, aby umożliwić ich szybkie ustawienie przez obserwatora w przypadku wystąpienia wymiotów. Obserwator kliniczny w MSR będzie musiał zachować czujność na wszelkie przeszkody w drogach oddechowych, reagując początkowo uniesieniem podbródka lub pchnięciem szczęki i natychmiast przerwać protokół, jeśli zbliżająca się wymioty są sygnalizowane nadmiernym połykaniem lub wymiotami lub niedrożność dróg oddechowych nie zostanie rozwiązana przez życie podbródka lub pchnięcie szczęką.
  5. Rejestruj EEG za pomocą kompatybilnej z MEG 64-kanałowej nasadki elektrody Ag/AgCl podłączonej do wzmacniacza zasilanego bateryjnie w MSR. Wzmacniacz jest podłączony za pomocą światłowodowego i odpowiedniego konwertera mediów do laptopa z kompatybilnym oprogramowaniem do akwizycji.
  6. Rejestruj aktywność pola magnetycznego mózgu (MEG) z częstotliwością próbkowania 1000 Hz przy użyciu systemu MEG, który obejmuje cały mózg i ma dobrze zdefiniowane układy czujników, które mogą obejmować magnetometry i osiowe/płaskie gradiometry; niniejsze badanie wykorzystuje system składający się ze 102 magnetometrów i 204 gradiometrów planarnych. Aby uniknąć zawiłości, które nie są bezpośrednio związane z protokołem lub konfiguracją systemu MEG, podawane są przykładowe dane z samych magnetometrów, chociaż zarówno dane magnetometryczne, jak i gradiometryczne są pozyskiwane jako część protokołu.
  7. Śledź pozycję głowicy w sposób ciągły za pomocą 5 cewek wskaźnika położenia głowy (HPI). Digitalizacja lokalizacji cewek głowicy, elektrod EEG i markerów odniesienia (nasion oraz lewy i prawy punkt przeduszny) przed skanowaniem MEG przy użyciu odpowiedniego sprzętu do digitalizacji.
    1. Ponieważ celem jest uzyskanie wyników w przestrzeni źródłowej, należy wyłączyć wszelkie wewnętrzne aktywne systemy ekranowania stosowane przez system MEG do trójwymiarowej eliminacji szumów, aby proces przetwarzania był elastyczny pod względem stosowania metod separacji przestrzeni sygnałowej (SSS), które są zwykle stosowane.
    2. Użyj skanera MRI, aby uzyskać odpowiednie skany strukturalne mózgu T1 w celu późniejszej jednoczesnej rejestracji z zapisami M/EEG.

3. Projekt i protokół badania

UWAGA: Przestrzegany jest dwukierunkowy protokół eksperymentalny. Wykonaj dwie oddzielne sesje testowe dla każdego uczestnika, w odstępie maksymalnie czterech tygodni między sesjami testowymi. Jedna grupa badania składa się z podawania Xe, podczas gdy N2O jest podawana w drugiej części. Uczestnicy są ślepi na rodzaj podawanego gazu, podczas gdy personel medyczny i badacze nie są ślepi ze względu na niewielkie różnice w procedurze stosowanej przy ich podawaniu.

  1. Po uzyskaniu świadomej zgody potwierdź kwalifikowalność uczestnika za pomocą obszernego wywiadu medycznego i pomiarów parametrów życiowych, które obejmują ciśnienie krwi, tętno, temperaturę ciała i szczytowy przepływ wydechowy. Po potwierdzeniu, że uczestnik kwalifikuje się do badania, pacjent przechodzi krótki pomiar w MEG, aby upewnić się, że nie ma nieprzewidzianych źródeł hałasu.
  2. Umieść czepek EEG na głowie pacjenta i wyżeluj wszystkie elektrody. Przymocuj 5 cewek HPI do nasadki, aby stale rejestrować pozycję głowicy w MEG.
    1. Zdigitalizuj kanały EEG, pozycje cewki HPI i dodatkowe punkty na nosie pacjenta i zapisz wszystkie lokalizacje za pomocą dołączonego pakietu oprogramowania MEG.
    2. Przenieś obiekt do MSR, podłącz nasadkę elektrody do wzmacniacza EEG i w razie potrzeby ponownie nażeluj elektrody, aby upewnić się, że ich elektryczne impedancje kontaktowe są poniżej 5 kΩ.
  3. Oprócz MEG i EEG wykonaj trzy dodatkowe dwubiegunowe zapisy biokanałów.
    1. Ponieważ podanie środka znieczulającego wiąże się ze zmianami napięcia mięśniowego, należy zarejestrować elektromiogram (EMG) za pomocą pary jednorazowych elektrod Ag / AgCl umieszczonych podmentalnie, aby rejestrować aktywność mięśni błonowo-gnykowych i dwubrzuścowych (przedni brzuch).
    2. Nagraj elektro-okulogram (EOG), umieszczając parę elektrod nad jednym z oczu, w pobliżu brwi i w pobliżu odpowiedniej bocznej kantu, a następnie wykonaj zapisy elektrokardiogramu trójodprowadzeniowego (EKG) za pomocą elektrod na każdym nadgarstku i łokciu (patrz Rysunek 1).
  4. Poproś uczestników, aby mieli zamknięte oczy podczas wszystkich faz nagrywania eksperymentu.
  5. Przeprowadzić kliniczne postępowanie z pacjentem z anestezjologiem i pielęgniarką anestezjologiczną lub innym odpowiednio przeszkolonym obserwatorem klinicznym. Niech pielęgniarka/obserwator siedzi z pacjentem w MSR w celu ciągłego monitorowania stanu uczestnika (w szczególności uszczelki maski na twarz i dróg oddechowych pacjenta), a anestezjolog, umieszczony w pomieszczeniu kontrolnym, zarządza dostarczaniem gazu i monitorowaniem elektronicznym.
  6. Zbieraj dane w trzyosobowym zespole: jeden członek monitorujący i kontrolujący akwizycję sygnału MEG, drugi monitorujący i kontrolujący akwizycję EEG, a trzeci rozpoczynający i zatrzymujący skomputeryzowane zadanie ciągłego wykonywania słuchu podczas monitorowania reakcji badanych, koordynowania wszystkich eksperymentalnych czasów i rejestrowania minutowego ciśnienia krwi oraz stężeń gazów i natężenia przepływu gazu na końcu oddechu, zgodnie z zaleceniami anestezjologa.
  7. Ciągłe wizualne monitorowanie uczestnika MSR za pomocą odpowiedniej kamery, która rejestruje również wszystkie etapy eksperymentu w celu późniejszej oceny i przeglądu.
  8. Behawioralnie mierz bieżący poziom reakcji przez cały czas trwania eksperymentu za pomocą zadania słuchowej ciągłej wydajności (aCPT). Użyj słuchawek kompatybilnych z MEG, aby zapewnić obuuszny ton słuchowy o częstotliwości 1 lub 3 kHz o stałej amplitudzie stereo (ok. 76 dBA), z interwałem między bodźcami wynoszącym od 2 do 4 sekund z równomiernego rozkładu.
    1. Poproś uczestnika, aby odpowiedział tak szybko, jak to możliwe, używając dwóch oddzielnych pól na guziki trzymanych w każdej ręce. Użyj lewego i prawego przycisku na każdym polu, aby odpowiadały odpowiednio tonowi o niskiej lub wysokiej częstotliwości, a pola lewego i prawego przycisku, odpowiednio, aby uczestnik wskazał brak lub obecność nudności.
  9. Uważnie monitoruj czas reakcji przez cały czas trwania eksperymentu. Czas reakcji, opóźnienie i dokładność (procent prawidłowo sklasyfikowanych tonów) odpowiedzi są automatycznie rejestrowane, a także wyświetlane na monitorze poza MSR, aby badacze mogli uzyskać wskazanie stanu zachowania uczestników w czasie rzeczywistym.
    1. Po wielu sekwencyjnych reakcjach prawego przycisku (wskazujących na nudności), powiadom obserwatora w MSR i anestezjologa podającego, że może być konieczne nagłe przerwanie podawania gazu, aby uniknąć wymiotów.
  10. Rejestruj EEG spoczynkowe i MEG z zamkniętymi oczami przez 5 minut, a następnie 5-minutowy zapis wyjściowy EEG/MEG z zamkniętymi oczami z osobą wykonującą zadanie aCPT.
  11. Usuń pacjenta z MSR i pozwól, aby anestezjolog umieścił kaniulę dożylną o rozmiarze 20 w lewym dole przedłokciowym. Podanie przeciwwymiotne, występujące powoli przez okres 1 - 2 minut, składające się z 4 mg deksametazonu i 4 mg ondansetronu59, następuje w celu zapobieżenia wymiotom spowodowanym wdychaniem gazu znieczulającego, które często obserwuje się w przypadku N2O w wyższych stosowanych stężeniach60.
  12. Przymocuj maskę na twarz i obwód oddechowy do pacjenta za pomocą zmodyfikowanej uprzęży ciągłego dodatniego ciśnienia w drogach oddechowych (CPAP) bez bezdechu sennego i oceń komfort pacjenta i brak jakichkolwiek wycieków przy dodatnim ciśnieniu 5 cmH2O.
  13. Wróć do MSR, aby pozostał na miejscu w MEG do końca badania.
  14. Podejmij szereg kroków zapobiegawczych, aby zapewnić ograniczony ruch pacjenta podczas jednoczesnych zapisów MEG i EEG, ponieważ ruchy głowy i ciała mogą powodować duże artefakty w nagraniach elektromagnetycznych i oczekuje się, że wystąpią podczas podawania dysocjacyjnych środków znieczulających ze względu na ich dobrze znaną skłonność do wywoływania pobudzenia psychomotorycznego.
    1. Umieść na głowie specjalnie zbudowaną czapkę wykonaną z bezbarwnej pianki o niskiej gęstości, która zabezpiecza pozycję głowy wewnątrz kasku dewara MEG niezależnie od rozmiaru i kształtu głowy.
    2. Ponadto użyj uprzęży z tkaniny owiniętej wokół ud i mięśni pośladkowych i przymocowanej do oparcia krzesła MEG, aby zminimalizować wszelkie zwiotczenia/garbienie się, które występują w pozycji pionowej uczestnika (patrz Rysunek 1).
    3. Podczas nagrywania śledź pozycję głowy w sposób ciągły za pomocą cewek HPI, aby wyświetlić je w trybie offline po zakończeniu eksperymentu (więcej informacji można znaleźć w sekcji analizy danych).
  15. Gdy uczestnik zostanie bezpiecznie ustawiony, podaj 100% wdechowy O2 i kontynuuj to przez maksymalnie 30 minut, aż stężenie O2 na końcu oddechu wyniesie >90%, co oznacza, że są one skutecznie odazotowane, co jest procesem niezbędnym do zapewnienia dokładnych pomiarów stężeń gazu znieczulającego przy końcu oddechu.
    1. W ciągu ostatnich 5 minut deazotowania należy wykonać ostatnie 5-minutowe zapisy spoczynkowe EEG/MEG aCPT z zamkniętymi oczami, aby upewnić się, że wszelkie wpływy, jakie podawanie leków przeciwwymiotnych i odazotowanie mogą mieć na aktywność mózgu, mogą być następnie określone i kontrolowane.
    2. Porównaj ten trzeci zapis wyjściowy z poprzednimi liniami wyjściowymi (oczy spoczynkowe zamknięte bez środka przeciwwymiotnego i oczy zadaniowe zamknięte bez środka przeciwwymiotnego), aby określić wpływ leków przeciwwymiotnych i aCPT na spontaniczne/spoczynkowe M/EEG. Linie wyjściowe są określane w manuskrypcie jako linie bazowe 1, 2 i 3 odpowiednio dla oczu spoczynkowych zamkniętych bez środków przeciwwymiotnych, oczu zadaniowych zamkniętych bez środków przeciwwymiotnych i oczu zadaniowych zamkniętych z lekami przeciwwymiotnymi.

figure-protocol-1
Rysunek 1: Obrazy demonstrujące układ elektrod EEG, EOG, EMG i EKG oraz ogólną konfigurację w MSR. (A) pokazuje 64-kanałową nasadkę kompatybilną z MEG używaną do rejestracji EEG, EOG jest rejestrowany za pomocą dwóch elektrod umieszczonych powyżej i poniżej lewego oka, EMG jest rejestrowany za pomocą dwóch elektrod umieszczonych poniżej szczęki, a EKG jest rejestrowane za pomocą dwóch elektrod umieszczonych na nadgarstku. (B) pokazuje wykonaną na zamówienie piankową nasadkę i uprząż używane do zminimalizowania ruchów obiektu podczas nagrywania. (C) demonstruje ostateczną konfigurację wymaganą do podania środka znieczulającego, która obejmuje umieszczenie głowicy w MEG i założenie ściśle przylegającej maski przeciwgazowej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

4. Protokół Administracji Gazowej

UWAGA: Protokół podawania gazu różni się nieznacznie w zależności od ramienia badania.

  1. Podawać Xe na czterech stopniowych poziomach zwiększających iN2Ona trzech stopniowych poziomach zwiększających. Pierwsze trzy poziomy gazu dla każdego gazu odpowiadają poziomom równo obudzonym MAC wynoszącym 0,25 (poziom 1), 0,5 (poziom 2) i 0,75 (poziom 3) razy stężenie MAC w stanie czuwania. Stężenia te wynoszą >2 i N2O/O2 . UWAGA: Czwarty poziom dla Xe odpowiada 1,3-krotności stężenia MAC w stanie czuwania.
  2. Wybierz 4. poziom gazu dla Xe tak, aby oczekuje się, że 95% uczestników straci przytomność na tym poziomie (wszyscy badani do tej pory badani osiągnęli pełną utratę reakcji podczas zadania aCPT). Ze względu na dobrze udokumentowaną skłonność N2O do wywoływania nudności i wymiotów w wysokich stężeniach, nie należy włączać poziomuN2O w stężeniu wystarczającym do wywołania utraty przytomności u 95% uczestników (~75%). Rysunek 2 podsumowuje profile administracji gazowej.
  3. Należy postępować zgodnie z tą samą procedurą doświadczalną dla wszystkich równo-MAC poziomów Xe iN2O, z wyjątkiem 42% Xe/O2 , które będą wymagały nieco innej metodologii (patrz 4.4 poniżej).
    1. Na początku każdego poziomu poinformuj pacjenta i pielęgniarkę anestezjologiczną/obserwatora klinicznego, że rozpocznie się podawanie gazu i rozpocznie się rejestrowanie EEG i MEG, zasygnalizuj anestezjologowi podającemu, aby rozpoczął podawanie gazu i rozpoczął zadanie aCPT. Następnie przez okres 10 minut następuje wypłukiwanie gazu, tak aby docelowe stężenie gazu w ruchu oddechowym zostało osiągnięte pod koniec tego okresu i utrzymane przez 5 minut (zakładana faza w stanie ustalonym).
    2. Pod koniec tego 5-minutowego okresu w stanie ustalonym należy przeprowadzić wymywanie z podawaniem 100%O2 przez okres 10 minut, podczas którego stężenie gazu w stanie końcowym powróci do 0.
    3. Powtórz procedurę dla następnego kroku poziom gazu.
      UWAGA: Oczekuje się, że utrata responsywności (LOR) dla Xe zostanie osiągnięta u 95% uczestników przy stężeniu 42% Xe/O261. Podawanie tego poziomu następuje tak samo jak w przypadku niższych poziomów, dopóki zarówno pielęgniarka anestezjologiczna/obserwator kliniczny, jak i utrata odpowiedzi przycisku wskażą LOR.
  4. Po osiągnięciu LOR należy utrzymywać poziom gazu Xe przez 10 minut lub do momentu, gdy anestezjolog lub pielęgniarka anestezjologiczna/obserwator kliniczny uzna za niebezpieczne kontynuowanie, po czym następuje wymywanie 100%O2. Przypadki, w których anestezjolog może uznać kontynuację leczenia za niebezpieczne, obejmują częste naciskanie prawego przycisku wskazujące na nudności, odgłosy krtaniowe, objawy wymiotów, takie jak nadmierne ślinotok lub połykanie oraz reakcje naczyniowo-błędne.
    UWAGA: Na tym najwyższym poziomie należy zachować szczególną ostrożność i ustalić niski próg kliniczny dla zaprzestania podawania gazu Xe. Doświadczenie autorów sugeruje, że poziom ten może być związany ze zmniejszeniem połykania, gromadzeniem się śliny i pojawieniem się zachowań przypominających wymioty, które, jeśli pozwolą się im kontynuować, mogą zwiastować regurgitację do maski. Oczywiście konsekwencje tego mogą obejmować zagrażające życiu aspiracje. Możliwe jest również, że mniej intensywne reakcje mogą wystąpić przy niższych poziomach gazów, a tym samym należy zachować wysoki poziom czujności podczas podawania wszystkich stopniowych poziomów gazów. Oprócz tych potencjalnych problemów z drogami oddechowymi, należy pamiętać o możliwości wystąpienia omdleń wazowagalnych, szczególnie u młodszych uczestników płci męskiej. Ich wiek oraz tymczasowe ograniczenia dotyczące płynów i jedzenia są czynnikami ryzyka62.

figure-protocol-2
Rysunek 2: Podsumowanie profili podawania gazu dla Xe i N 2O. Oś czasu i stężenia gazów w trakcie podawania leku dlaN2O(na górze) i Xe (na dole). Liczby nad każdą osią czasu wskazują czas w minutach od rozpoczęcia pierwszej dostawy gazu. Każdy poziom szczytowego zrównoważonego stężenia gazu jest osiągany przez 10-minutowy okres równoważenia, po którym następuje 5-minutowy stan ustalony, podczas którego utrzymuje się szczytowe zrównoważone stężenie gazu, a następnie 10-minutowe wymłukiwanie. Szczytowe zrównoważone stężenia gazów rosną sekwencyjnie w czasie. Należy pamiętać, że nie pokazano harmonogramu przygotowań do eksperymentu, jak również okresu po podaniu gazu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

5. Skanowanie strukturalne

  1. Przed badaniem MRI umieść kapsułki z witaminą E na głowie uczestnika, które zostaną użyte jako markery do podkreślenia zdigitalizowanych punktów odniesienia dla wierzchołka nosa oraz lewego i prawego punktu przedusznego. Zapewnia to lepszą korejestrację czujników MEG/EEG i skanów mózgu MRI podczas próby powiązania obrazowania źródła MEG/EEG z neuroanatomią opartą na MRI.
  2. Uzyskaj pojedynczy strukturalny skan MRI zależny od T1, albo po zakończeniu ramienia badania, jeśli uczestnik czuje się dobrze, w przeciwnym razie poproś go, aby wrócił w innym dniu na strukturalne skanowanie mózgu.

6. Kontynuacja uczestnika

UWAGA: Podmiot może swobodnie opuścić obiekt, gdy towarzyszy mu przyjaciel lub krewny.

  1. Po wypisaniu ze szpitala poproś uczestnika o wypełnienie okrojonej wersji Skali Oceny Pięciowymiarowych Odmiennych Stanów Świadomości (5D-ASC); kwestionariusza mającego na celu dostęp do indywidualnych różnic poprzez porównanie normalnego i zmienionego stanu świadomości za pomocą wizualnej skali analogowej63,64.
  2. Ponadto poproś o przesłanie krótkiej narracji na temat ich ogólnych doświadczeń podczas eksperymentu, a także konkretnych szczegółów na temat efektów jakościowych zależnych od poziomu.
  3. Oba te dokumenty należy wypełnić i wysłać do badaczy 24 godziny po każdej sesji nagraniowej.

7. Analiza danych

UWAGA: Ta sekcja opisuje podstawową analizę danych na poziomie czujnika MEG/EEG, obejmującą kroki związane z generowaniem przykładów wstępnie przetworzonych danych MEG/EEG, topografię spektralną, ruchy głowy, ocenę responsywności i odpowiedzi wywołane słuchowo. W tym artykule skupiono się na zilustrowaniu typowych przykładów, tak aby czytelnik mógł zrozumieć ważne cechy zarejestrowanych danych. Nie przeprowadza się wewnętrznych ani grupowych analiz statystycznych, ponieważ głównym celem tej sekcji analizy jest wyszczególnienie ważnych etapów przetwarzania wstępnego, które świadczą o jakości i integralności zebranych danych. Nie podano żadnych szczegółów dotyczących niezliczonych analiz, które można było przeprowadzić na tych danych55,56, ponieważ wykraczają one poza zakres opisu metody.

  1. Zakończ analizę danych offline na komputerze stacjonarnym przy użyciu odpowiedniego oprogramowania do analizy danych i korzystaj z odpowiednich zestawów narzędzi do przetwarzania danych EEG i MEG. W potoku autorów użyj wersji 20160801 przybornika Fieldtrip65 .
  2. Oblicz ruch głowy podczas każdego nagrania MEG, najpierw uzyskując ciągłe pozycje głowy jako sekwencję współrzędnych kwaternionów, analizując 5 sygnałów cewki HPI zapisanych jako część każdego z nagrań MEG zależnych od poziomu i bazowych. Zamień pozycje głowy z kwaternionów na współrzędne kartezjańskie.
  3. Zbierz 6 i 7 nagrań dla ramion badaniaN2Oi Xe (linie podstawowe 1, 2 i 3, poziomy gazów odpowiednio 1 do 3 lub 1 do 4). Surowe EEG z przesunięciem w czasie w stosunku do danych MEG w celu synchronizacji dwóch typów sygnałów w oparciu o wspólny kanał wyzwalający. Ta forma synchronizacji wynika z wyboru systemu rejestracji EEG.
    UWAGA: Wiele systemów MEG zawiera wbudowany system EEG, który oferuje bardzo dokładną elektroniczną synchronizację poziomu MEG i EEG, ale często ma kwantyzację DAC o niskiej rozdzielczości wynoszącą 16 bitów. Z tego powodu należy wykorzystać zewnętrzny system EEG (patrz 2.3) o wyższej 24-bitowej rozdzielczości amplitudy EEG, aby umożliwić wyższą tolerancję potencjałów przesunięcia elektrod, pomiar informacji o niskiej częstotliwości i płaską charakterystykę częstotliwościową we wszystkich kanałach.
  4. Dla wszystkich nagrań obejmujących dostarczanie gazu i wydajność aCPT należy ponownie zdefiniować czas zero do rozpoczęcia zadania aCPT/dostarczania gazu.
  5. Wizualnie sprawdź surowe dane MEG i wyklucz wszelkie uszkodzone kanały z dalszej analizy. Następnie przefiltruj dane za pomocą algorytmu czasowej separacji przestrzeni sygnału76 zaimplementowanego w oprogramowaniu systemu MEG. Algorytm tłumi źródła zakłóceń magnetycznych na zewnątrz matrycy czujników, a tym samym powoduje redukcję artefaktów ruchu zewnętrznego lub sztywnego ciała. Zaimportuj zestaw danych wyjściowych do oprogramowania do analizy danych, aby użyć go z magnetometrami (102 kanały) wybranymi do dalszego przetwarzania.
  6. Filtrowanie pasmowo-przepustowe MEG przy 2 do 50 Hz i stosowanie filtrów szumów liniowych przy 50, 100 i 150 Hz. Wizualne wykrywanie artefaktów i procedura automatycznego wykrywania artefaktów zaimplementowana w oprogramowaniu Fieldtrip pozwalają na usunięcie wszelkich elementów artefaktów. Sprawdź wzrokowo wszystkie segmenty zawierające mrugnięcia oczami, bicie serca lub artefakty mięśniowe i wyklucz je z danych, a także wszelkie segmenty skorelowane ze znaczącymi zmianami w ruchu głowy większymi niż 5 mm (patrz poniżej).
    UWAGA: Ruchy większe niż 5 mm w stosunku do początku każdej 5-minutowej linii podstawowej lub okresu równowagi gazowej są wykorzystywane do odrzucania stale pozyskiwanych danych MEG, ponieważ obrazowanie źródła MEG ma zazwyczaj rozdzielczość przestrzenną rzędu 5 mm (np. dla kształtowników wiązki MEG/EEG55). Możliwe jest jednak przeprowadzenie kompensacji ruchu MEG data66 zamiast odrzucania segmentów danych skorelowanych ze znaczącym ruchem głowy, jednak takie metody wykraczają poza zakres tego artykułu.
  7. Podobnie jak w przypadku danych MEG, sprawdź wzrokowo 64-kanałowe surowe EEG i wyklucz wszelkie uszkodzone kanały z dalszej analizy danych. Filtrowanie pasmowo-przepustowe przy użyciu tych samych zakresów częstotliwości, co w przypadku MEG. Ponownie odnieś EEG do wspólnej średniej, co jest standardem dla podejść do obrazowania źródłowego. Na koniec usuń wszystkie segmenty zawierające artefakty współczesne artefaktom odpowiedniego MEG.
  8. Aby zobrazować właściwości spektralne danych MEG/EEG, należy obliczyć jednostronne widma amplitudy wzdłuż przedniej-tylnej linii środkowej dla kanałów EEG FPz, Cz i Oz oraz dla kanałów magnetometru MEG w linii środkowej czołowej, środkowej i potylicznej ( Rysunek 3).
    1. Oblicz mapę topograficzną mocy pasma alfa (8-13 Hz) na poziomie czujnika dla MEG/EEG, biorąc pod uwagę, że wcześniej zaobserwowano silne zmiany w paśmie alfa dla znieczuleńN2Oi GABAergicznych25,31,67.
    2. W przypadku danych EEG użyj kanału FPz jako odniesienia do obliczenia topograficznej mocy pasma alfa, aby lepiej podkreślić zmiany mocy alfa.

figure-protocol-3
Rysunek 3: Układy czujników EEG (A) i MEG (B) widziane z czubka głowy i spłaszczone do płaszczyzny. Zwróć uwagę na strukturę trypletową MEG, w której czujniki kończące się na ###1 są magnetometrami, a czujniki kończące się na ###2 lub ###3 są gradiometrami. Czerwone pola wskazują kanały wzdłuż przedniej-tylnej linii środkowej używane do wizualizacji właściwości spektralnych EEG i MEG, FPz (czołowe), Cz (centralne) i Oz (potyliczne) oraz odpowiednio czołowe, centralne i potyliczne kanały magnetometru. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

  1. Uzyskaj słuchowe odpowiedzi wywołane dla przefiltrowanych, wolnych od artefaktów danych MEG i EEG dla każdego nagrania obejmującego zadanie aCPT. Epokuj sygnały od -1000 ms do +2000 ms w stosunku do czasów wyzwalania tonów i uśredniaj wszystkie dostępne epoki wolne od artefaktów. Weź pod uwagę opóźnienie między generowaniem bodźca, wyzwalaczem a dostarczaniem dźwięku do ucha, w tym przypadku 190,5 ms.

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

Wyniki

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

Ta sekcja wykorzystuje dane uzyskane od jednego podmiotu w celu zademonstrowania typowych cech jednoczesnych nagrań i potencjału takich informacji do lepszego zrozumienia odmiennych stanów świadomości wywołanych znieczuleniem. Aby uprościć ekspozycję, przedstawiono wyniki dla i) zapisów wartości wyjściowej podawania po podaniu przeciwwymiotnym (punkt bazowy 3), ii) 0,75 równo wybudzonych szczytowych stężeń gazów (poziom 3) N2O (47%) i Xe (24%) oraz iii) szczytowego stężenia gaz...

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

Dyskusja

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

W artykule tym przedstawiono kompleksowy protokół jednoczesnego rejestrowania MEG i EEG podczas podawania gazu znieczulającego zN2Oi Xe. Taki protokół będzie cenny dla badania elektromagnetycznych korelatów neuronalnych redukcji świadomości wywołanych znieczuleniem. Oczekuje się również, że protokół zostanie uogólniony na dostarczanie innych gazów znieczulających, takich jak sewofluran lub izofluran. Ułatwi to lepsze zrozumienie powszechnych, specyficznych i odrębnych mechanizmów makroskopowych, które leżą u p...

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

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

Autorzy chcieliby podziękować Mahli Cameron Bradley, Rachel Anne Batty i Johannie Stephens za cenną pomoc techniczną przy zbieraniu danych MEG. Podziękowania należą się również dr Stevenowi McGuiganowi za wsparcie jako drugiego anestezjologa. Paige Pappas zapewniła nieoceniony nadzór pielęgniarki anestezjologicznej. Markus Stone łaskawie zaoferował swój czas i doświadczenie w montażu i filmowaniu protokołu. Dr Suresh Muthukumaraswamy udzielił konkretnych porad dotyczących analizy danych i interpretacji wyników. Wreszcie, Jarrod Gott wniósł wiele inspirujących dyskusji, pomógł w przeprowadzeniu wielu eksperymentów pilotażowych i odegrał kluczową rolę w projektowaniu piankowej ortezy głowy.

To badanie zostało wsparte wspólnym grantem Jamesa S. McDonnella #220020419 "Rekonstrukcja świadomości" przyznanym George'owi Mashourowi, Michaelowi Avidanowi, Maxowi Kelzowi i Davidowi Lileyowi.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Neuromag TRIUX 306-kanałowy system MEGElekta Oy, Sztokholm, SZWECJANie dotyczy
Polhemus Fastrak 3D SystemPolhemus, VT, USAkompatybilne z N/A
MEGEtymotic Research Inc., IL, USAN/A
Nasadka na głowę z pianki o niskiej gęstości, kompatybilna z MEGAN/A/AWykonane na zamówienie przez zespół badawczy
Uprząż, MEG kompatybilnyN/A~ 3 m długości, ~ 5 cm szerokości, pasek z tkaniny/juty do zabezpieczenia pozycji uczestnika na krześle MEG
Elektrody powierzchniowe Ambu Neuroline 720 dla jednego pacjentaAmbu, Kopenhaga, Dania72015-K10
3.0T System rezonansu magnetycznego TIM TrioSiemens AB, Erlangen, NIEMCYdotyczy
System wzmacniaczy AsalabANT Neuro, Enschede, HOLANDIANie dotyczyten system nie jest już produkowany i został wycofany do 64-kanałowy wzmacniacz EEG eego
64-kanałowa nasadka EEG Waveguard, kompatybilna z MEGANT Neuro, Enschede, HOLANDIARozmiar CA-138Średni
Magnetycznie ekranowany akumulatorowy pojemnik na baterieANT Neuro, Enschede, HolandiaNie dotyczyEkranowanie magnetyczne nie jest dostarczane przez producenta – Zmodyfikowane przez zespół badawczy
OneStep ClearGel Elektroda żelowaH+H Medizinprodukte GbR, Münster, NIEMCY154547
Akzent Xe Color Anesthesia MachineStephan GmbH, Gackenbach, NIEMCY Niedotyczy
Ciśnieniomierz Omron M6-ComfortOmron Healthcare, Kioto, JAPONIAN/A
Gaz ksenonowy (czystość 99,999%)Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Aszacujemy, że zużywamy około 40 L (SATP) na uczestnika
podtlenkiem azotuCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Ax2 G butle
tlenem medycznymCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Abutle o rozmiarze x2 G Medical
AirCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Abutle o rozmiarze x2 G
Filtr Oddychanie i HMES z portem Capno HypnobagMedtronic, MN, USA352/5805
Yankauer High AdultMedtronic, MN, USA8888-502005
Maski anestezjologiczne Quadralite EcoMaskIntersurgical Australia Pty Ltd7093000/7094000rozmiar 3 i rozmiar 4
Kanister ssący Disp 1200 mL Medival GuardianCardinal Health, OH, USA65651-212
Mocowanie cewnika na zewnątrz 4-13 cm z  Kolano 90AMedtronic, MN, Stany Zjednoczone330/5667
Cewnik IV Optiva 24g x 19 mm Żółty St SuSmiths Medical, MN, USA5063-INT
Dexamethasone Mylan Fiolki do wstrzykiwań (4 mg/1 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA400528517
Ondasetron (4 mg/2 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA400008857
Medyczny wózek resuscytacyjnyWózek do resuscytacji medycznej jest skonfigurowany zgodnie z sugerowanymi minimalnymi wymaganiami dotyczącymi resuscytacji osób dorosłych, zalecanymi w dokumencie "Standardy resuscytacji: praktyka kliniczna i edukacja; czerwiec 2014 r.) przez Australijską i Nowozelandzką Radę Resuscytacji i specjalnie zatwierdzone przez wiele profesjonalnych organizacji opieki zdrowotnej, w tym Australijskie i Nowozelandzkie Kolegium Anestezjologów. Obejmuje wszystkie niezbędne urządzenia do udrażniania dróg oddechowych i krążenia, a także związane z nimi środki farmaceutyczne umożliwiające pełną resuscytację krążeniowo-oddechową i wsparcie w środowisku nieklinicznym. Szczegółowe informacje można znaleźć na stronie https://resus.org.au/standards-for-resuscitation-clinical-practice-and-education/
Maxfilter Version 2.2Elekta Oy, Sztokholm, SZWECJANie dotyczyOprogramowanie do analizy danych dostarczane z systemem Neuromag TRIUX MEG firmy Elekta
Słuchawki z wkładką ER-1 N Nie Medyczne butle z z

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hudetz, A. Suppressing the Mind. Hudetz, A., Pearce, R. , 178-189 (2010).
  2. Franks, N. P., Dickinson, R., de Sousa, S. L., Hall, A. C., Lieb, W. R. How does xenon produce anaesthesia? Nature. 396 (6709), 324(1998).
  3. Jevtović-Todorović, V., Todorović, S. M., Mennerick, S., Powell, S., Dikranian, K., Benshoff, N., Zorumski, C. F., Olney, J. W. Nitrous oxide (laughing gas) is an NMDA antagonist, neuroprotectant and neurotoxin. Nat Med. 4 (4), 460-463 (1998).
  4. Alkire, M. T., Hudetz, A. G., Tononi, G. Consciousness and Anesthesia. NIH Public Access. 322 (5903), 876-880 (2009).
  5. Fiset, P., et al. Brain Mechanisms of Propofol-Induced Loss of Consciousness in Humans: a Positron Emission Tomographic Study. The J Neurosci. 19 (13), 5506-5513 (1999).
  6. Schlünzen, L., et al. Effects of subanaesthetic and anaesthetic doses of sevoflurane on regional cerebral blood flow in healthy volunteers. A positron emission tomographic study. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 48 (10), 1268-1276 (2004).
  7. Alkire, M. T., et al. Cerebral Metabolism during Propofol Anesthesia in Humans Studied with Positron Emission Tomography. Anesthesiology. 82, 393-403 (1995).
  8. Alkire, M. T., Haier, R. J., Shah, N. K., Anderson, C. T. Positron Emission Tomography Study of Regional Cerebral Metabolism in Humans during Isoflurane Anesthesia. Anesthesiology. 86, 549-557 (1997).
  9. Alkire, M. T., et al. Functional Brain Imaging during Anesthesia in Humans. Effects of Halothane on Global and Regional Cerebral Glucose Metabolism. Anesthesiology. 90, 701-709 (1999).
  10. Kaike, K. K., et al. Effects of surgical levels of propofol and sevoflurane anesthesia on cerebral blood flow in healthy subjects studied with positron emission tomography. Anesthesiology. 6, 1358-1370 (2002).
  11. Prielipp, R. C., et al. Dexmedetomidine-induced sedation in volunteers decreases regional and global cerebral blood flow. Anesthesia and analgesia. 95 (4), table of contents 1052-1059 (2002).
  12. Mukamel, E. A., et al. A transition in brain state during propofol-induced unconsciousness. J Neurosci. 34 (3), 839-845 (2014).
  13. Boveroux, P., Vanhaudenhuyse, A., Phillips, C. Breakdown of within- and between-network Resting State during Propofol-induced Loss of Consciousness. Anesthesiology. 113 (5), 1038-1053 (2010).
  14. Pelligrino, D. A., Miletich, D. J., Hoffman, W. E., Albrecht, R. F. Nitrous oxide markedly increases cerebral cortical metabolic rate and blood flow in the goat. Anesthesiology. 60 (5), 405-412 (1984).
  15. Hansen, T. D., Warner, D. S., Todd, M. M., Vust, L. J. The role of cerebral metabolism in determining the local cerebral blood flow effects of volatile anesthetics: evidence for persistent flow-metabolism coupling. J Cereb Blood Flow Metab. 9, 323-328 (1989).
  16. Roald, O. K., Forsman, M., Heier, M. S., Steen, P. A. Cerebral effects of nitrous oxide when added to low and high concentrations of isoflurane in the dog. Anesth Analg. 72 (1), 75-79 (1991).
  17. Algotsson, L., Messeter, K., Rosén, I., Holmin, T. Effects of nitrous oxide on cerebral haemodynamics and metabolism during isoflurane anaesthesia in man. Acta Anaesthesiol Scand. 36 (1), 46-52 (1992).
  18. Field, L. M., Dorrance, D. E., Krzeminska, E. K., Barsoum, L. Z. Effect of nitrous oxide on cerebral blood flow in normal humans. Br J Anaesth. 70 (2), 154-159 (1993).
  19. Matta, B. F., Lam, A. M. Nitrous oxide increases cerebral blood flow velocity during pharmacologically induced EEG silence in humans. J Neurosurg Anesthesiol. 7 (2), 89-93 (1995).
  20. Langsjo, J. W., et al. Effects of subanesthetic doses of ketamine on regional cerebral blood flow, oxygen consumption, and blood volume in humans. Anesthesiology. 99 (3), 614-623 (2003).
  21. Reinstrup, P., et al. Regional cerebral metabolic rate (positron emission tomography) during inhalation of nitrous oxide 50% in humans. Br J Anaesth. 100 (1), 66-71 (2008).
  22. Rex, S., et al. Positron emission tomography study of regional cerebral blood flow and flow-metabolism coupling during general anaesthesia with xenon in humans. Br J Anaesth. 100 (5), 667-675 (2008).
  23. Laitio, R. M., et al. Effects of xenon anesthesia on cerebral blood flow in humans. Anesthesiology. 106 (6), 1128-1133 (2007).
  24. Laitio, R. M., et al. The effects of xenon anesthesia on the relationship between cerebral glucose metabolism and blood flow in healthy subjects: A positron emission tomography study. Anesthesia and Analgesia. 108 (2), 593-600 (2009).
  25. Yamamura, T., Fukuda, M., Takeya, H., Goto, Y., Furukawa, K. Fast oscillatory EEG activity induced by analgesic concentrations of nitrous oxide in man. Anesth Analg. 60 (5), 283-288 (1981).
  26. Rampil, I. J., Kim, J. S., Lenhardt, R., Negishi, C., DI, S. Bispectral EEG index during nitrous oxide administration. Anesthesiology. 89 (3), 671-677 (1998).
  27. Maksimow, A., et al. Increase in high frequency EEG activity explains the poor performance of EEG spectral entropy monitor during S-ketamine anesthesia. Clinical Neurophysiology. 117 (8), 1660-1668 (2006).
  28. Foster, B. L., Liley, D. T. J. Effects of nitrous oxide sedation on resting electroencephalogram topography. Clinical Neurophysiology. 124 (2), 417-423 (2013).
  29. Johnson, B. W., Sleigh, J. W., Kirk, I. J., Williams, M. L. High-density EEG mapping during general anaesthesia with Xenon and propofol: A pilot study. Anaesthesia and Intensive Care. 31 (2), 155-163 (2003).
  30. Foster, B. L., Bojak, I., Liley, D. T. J. Population based models of cortical drug response: Insights from anaesthesia. Cognitive Neurodynamics. 2 (4), 283-296 (2008).
  31. Kuhlmann, L., Liley, D. T. J. Assessing nitrous oxide effect using electroencephalographically-based depth of anesthesia measures cortical state and cortical input. J Clin Monit Comput. , (2017).
  32. Goto, T., et al. Bispectral analysis of the electroencephalogram does not predict responsiveness to verbal command in patients emerging from xenon anaesthesia. Br J Anaesth. 85 (3), 359-363 (2000).
  33. Laitio, R. M., Kaskinoro, K., Maksimow, A., Kangas, K., Scheinin, H. Electroencephalogram during Single-agent Xenon. Anesthesiology. 18 (1), 63-70 (2008).
  34. Hartmann, A., Dettmers, C., Schuier, F. J., Wassmann, H. D., Schumacher, H. W. Effect of stable xenon on regional cerebral blood flow and the electroencephalogram in normal volunteers. Stroke. 22 (2), 182-189 (1991).
  35. Lee, U., Müller, M., Noh, G. J., Choi, B., Mashour, G. a Dissociable network properties of anesthetic state transitions. Anesthesiology. 114 (4), 872-881 (2011).
  36. Ku, S. W., Lee, U., Noh, G. J., Jun, I. G., Mashour, G. A. Preferential inhibition of frontal-to-parietal feedback connectivity is a neurophysiologic correlate of general anesthesia in surgical patients. PLoS ONE. 6 (10), 1-9 (2011).
  37. Kuhlmann, L., Foster, B. L., Liley, D. T. J. Modulation of Functional EEG Networks by the NMDA Antagonist Nitrous Oxide. PLoS ONE. 8 (2), (2013).
  38. Greicius, M. D., et al. Persistent default-mode network connectivity during light sedation. Human Brain Mapping. 29 (7), 839-847 (2008).
  39. Deshpande, G., Sathian, K., Hu, X. Assessing and compensating for zero-lag correlation effects in time-lagged granger causality analysis of fMRI. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 57 (6), 1446-1456 (2010).
  40. Schrouff, J., et al. Brain functional integration decreases during propofol-induced loss of consciousness. NeuroImage. 57 (1), 198-205 (2011).
  41. Langsjo, J. W., et al. Returning from Oblivion: Imaging the Neural Core of Consciousness. J Neurosci. 32 (14), 4935-4943 (2012).
  42. Mukamel, E. A., Wong, K. F., Prerau, M. J., Brown, E. N., Purdon, P. L. Phase-based measures of cross-frequency coupling in brain electrical dynamics under general anesthesia. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, EMBS. 6454, 1981-1984 (2011).
  43. Logothetis, N. K. What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature Reviews Neuroscience. 453 (June), 869-878 (2008).
  44. Nunez, P. L., Srinivasan, R. Electric fields of the brain: the neurophysics of EEG. , Oxford University Press. USA. (2006).
  45. Hämäläinen, M. S., Hari, R., Ilmoniemi, R. J., Knuutila, J., Lounasmaa, O. V. Magnetoencephalography - theory, instrumentation, and applications to noninvasivee studies of the working human brain. Rev Modern Physics. 65 (2), 413-505 (1993).
  46. Nunez, P. L., Srinivasan, R. A theoretical basis for standing and traveling brain waves measured with human EEG with implications for an integrated consciousness. Clinical Neurophysiology. 117 (11), 2424-2435 (2006).
  47. Kayser, J., Tenke, C. E. In search of the Rosetta Stone for scalp EEG: Converging on reference-free techniques. Clinical Neurophysiology. 121 (12), 1973-1975 (2010).
  48. Barkley, G. L., Baumgartner, C. MEG and EEG in epilepsy. J Clin Neurophysiol. 20 (3), 163-178 (2003).
  49. Parra, L. C., Bikson, M. Model of the effect of extracellular fields on spike time coherence. . Conference proceedings: ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual Conference, , 6 4584-4587 (2004).
  50. Liu, A. K., Dale, A. M., Belliveau, J. W. Monte Carlo simulation studies of EEG and MEG localization accuracy. Human Brain Mapping. 16 (1), 47-62 (2002).
  51. Cullen, S. C., Eger, E. I. 2nd, Cullen, B. F., Gregory, P. Observations on the anesthetic effect of the combination of xenon and halothane. Anesthesiology. 31 (4), 305-309 (1969).
  52. Hornbein, T. F., et al. The minimum alveolar concentration of nitrous oxide in man. Anesth Analg. 61 (7), 553-556 (1982).
  53. Fahlenkamp, A. V., et al. Evaluation of bispectral index and auditory evoked potentials for hypnotic depth monitoring during balanced xenon anaesthesia compared with sevoflurane. Br J Anaesth. 105 (3), 334-341 (2010).
  54. Stoppe, C., et al. AepEX monitor for the measurement of hypnotic depth in patients undergoing balanced xenon anaesthesia. Br J Anaesth. 108 (1), 80-88 (2012).
  55. Huang, M. X., et al. Commonalities and Differences among Vectorized Beamformers in Electromagnetic Source Imaging. Brain Topography. 16 (3), 139-158 (2004).
  56. Bastos, A. M., Schoffelen, J. M. A Tutorial Review of Functional Connectivity Analysis Methods and Their Interpretational Pitfalls. Frontiers in systems neuroscience. 9 (January), 175(2015).
  57. Bazanova, O. M., Nikolenko, E. D., Barry, R. J. Reactivity of alpha rhythms to eyes opening (the Berger effect) during menstrual cycle phases. International Journal of Psychophysiology. , September 2015 0-1 (2017).
  58. Schaefer, M. S., et al. Predictors for postoperative nausea and vomiting after xenon-based anaesthesia. Br J Anaesth. 115 (1), 61-67 (2015).
  59. Gan, T. J., et al. Consensus guidelines for the management of postoperative nausea and vomiting. Anesthesia and Analgesia. 118 (1), 85-113 (2014).
  60. De Vasconcellos, K., Sneyd, J. R. Nitrous oxide: Are we still in equipoise? A qualitative review of current controversies. Br J Anaesth. 111 (6), 877-885 (2013).
  61. Sanders, R. D., Ma, D., Maze, M. Xenon: Elemental anaesthesia in clinical practice. British Medical Bulletin. 71, 115-135 (2004).
  62. da Silva, R. M. Syncope: Epidemiology, etiology, and prognosis. Frontiers in Physiology. 5 (DEC), 8-11 (2014).
  63. Dittrich, A., Lamparter, D., Maurer, M. 5D-ASC: Questionnaire for the assessment of altered states of consciousness. A short introduction. , (2010).
  64. Studerus, E., Gamma, A., Vollenweider, F. X. Psychometric evaluation of the altered states of consciousness rating scale (OAV). PLoS ONE. 5 (8), (2010).
  65. Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: Open source software for advanced analysis of MEG, EEG, and invasive electrophysiological data. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, (2011).
  66. Stolk, A., Todorovic, A., Schoffelen, J. M., Oostenveld, R. Online and offline tools for head movement compensation in MEG. NeuroImage. 68, 39-48 (2013).
  67. Cimenser, A., et al. Tracking brain states under general anesthesia by using global coherence analysis. Proc Natl Acad Sci. 108 (21), 8832-8837 (2011).
  68. Hall, S. D., et al. GABA(A) alpha-1 subunit mediated desynchronization of elevated low frequency oscillations alleviates specific dysfunction in stroke - A case report. Clinical Neurophysiology. 121 (4), 549-555 (2010).
  69. Hall, S. D., et al. The role of GABAergic modulation in motor function related neuronal network activity. NeuroImage. 56 (3), 1506-1510 (2011).
  70. Cornwell, B. R., et al. Synaptic potentiation is critical for rapid antidepressant response to ketamine in treatment-resistant major depression. Biological Psychiatry. 72, 555-561 (2012).
  71. Saxena, N., et al. Enhanced Stimulus-Induced Gamma Activity in Humans during Propofol-Induced Sedation. PLoS ONE. 8 (3), 1-7 (2013).
  72. Quaedflieg, C. W. E. M., Munte, S., Kalso, E., Sambeth, A. Effects of remifentanil on processing of auditory stimuli: A combined MEG/EEG study. J Psychopharmacol. 28 (1), 39-48 (2014).
  73. Muthukumaraswamy, S. D., Shaw, A. D., Jackson, L. E., Hall, J., Moran, R., Saxena, N. Evidence that Subanesthetic Doses of Ketamine Cause Sustained Disruptions of NMDA and AMPA-Mediated Frontoparietal Connectivity in Humans. J Neurosci. 35 (33), 11694-11706 (2015).
  74. Bruhn, J., Myles, P. S., Sneyd, R., Struys, M. M. R. F. Depth of anaesthesia monitoring: What's available, what's validated and what's next? Br J Anaesth. 97 (1), 85-94 (2006).
  75. Punjasawadwong, Y., Phongchiewboon, A., Bunchungmongkol, N. Bispectral index for improving anaesthetic delivery and postoperative recovery (Review) Bispectral index for improving anaesthetic delivery and postoperative recovery. Cochrane Library. 10, 10-12 (2010).
  76. Taulu, S., Kajola, M., Simola, J. Suppression of interference and artifacts by the Signal Space Separation Method. Brain Topography. 16 (4), 269-275 (2004).
  77. Purdon, P. L., et al. Electroencephalogram signatures of loss and recovery of consciousness from propofol. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (12), 1142-1151 (2013).
  78. Mhuircheartaigh, R. N., et al. Cortical and Subcortical Connectivity Changes during Decreasing Levels of Consciousness in Humans: A Functional Magnetic Resonance Imaging Study using Propofol. J Neurosci. 30 (27), 9095-9102 (2010).
  79. Pandit, J. J., et al. 5th National Audit Project (NAP5) on accidental awareness during general anaesthesia: summary of main findings and risk factors. Br J Anaesth. 113 (4), 549-559 (2014).
  80. Lakhan, S. E., Caro, M., Hadzimichalis, N. NMDA Receptor Activity in Neuropsychiatric Disorders. Frontiers in Psychiatry. 4 (Junne), 52(2013).

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

Xenon AnesthesiaNitrous Oxide AnesthesiaMEG EEG RecordingGaseous Anesthetic AgentsBrain Electromagnetic ActivityAuditory Evoked ResponsesHead Movement MinimizationAnesthesia Equipment SetupContinuous Performance TaskSource Space Imaging

Powiązane artykuły