Name: Rejestrowanie aktywności elektromagnetycznej mózgu podczas podawania gazowych środków znieczulających ksenonu i podtlenku azotu zdrowym ochotnikom (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-01-13T14:00:00.000+00:00
Duration: 14 min 52 s
Description: Poznaj metodę rejestracji aktywności elektromagnetycznej mózgu podczas znieczulenia ksenonem i podtlenkiem azotu u zdrowych ochotników. Wykorzystuje się jednoczesne nagrywanie MEG i EEG.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>Neuromag TRIUX 306-kanałowy system MEG</td><td>Elekta Oy, Sztokholm, SZWECJA</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Polhemus Fastrak 3D System</td><td>Polhemus, VT, USA</td> Słuchawki z wkładką ER-1 <td>kompatybilne z N/A</td><td></td></tr><tr><td>MEG</td><td>Etymotic Research Inc., IL, USA</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Nasadka na głowę z pianki o niskiej gęstości, kompatybilna z MEGA</td><td>N/A</td> N<td>/A</td><td>Wykonane na zamówienie przez zespół badawczy</td></tr><tr><td>Uprząż, MEG kompatybilny</td><td>N/A</td><td></td> <td>~ 3 m długości, ~ 5 cm szerokości, pasek z tkaniny/juty do zabezpieczenia pozycji uczestnika na krześle MEG</td></tr><tr><td>Elektrody powierzchniowe Ambu Neuroline 720 dla jednego pacjenta</td><td>Ambu, Kopenhaga, Dania</td><td>72015-K10</td><td></td></tr><tr><td>3.0T System rezonansu magnetycznego TIM Trio</td><td>Siemens AB, Erlangen, NIEMCY</td> Nie <td>dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>System wzmacniaczy Asalab</td><td>ANT Neuro, Enschede, HOLANDIA</td><td>Nie dotyczy</td><td>ten system nie jest już produkowany i został wycofany do 64-kanałowy wzmacniacz EEG eego</td></tr><tr><td>64-kanałowa nasadka EEG Waveguard, kompatybilna z MEG</td><td>ANT Neuro, Enschede, HOLANDIA</td><td>Rozmiar CA-138</td><td>Średni</td></tr><tr><td>Magnetycznie ekranowany akumulatorowy pojemnik na baterie</td><td>ANT Neuro, Enschede, Holandia</td><td>Nie dotyczy</td><td>Ekranowanie magnetyczne nie jest dostarczane przez producenta &ndash; Zmodyfikowane przez zespół badawczy</td></tr><tr><td>OneStep ClearGel Elektroda żelowa</td><td>H+H Medizinprodukte GbR, Münster, NIEMCY</td><td>154547</td><td></td></tr><tr><td>Akzent Xe Color Anesthesia Machine</td><td>Stephan GmbH, Gackenbach, NIEMCY Nie</td><td>dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>Ciśnieniomierz Omron M6-Comfort</td><td>Omron Healthcare, Kioto, JAPONIA</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Gaz ksenonowy (czystość 99,999%)</td> <td>Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td><td>N/A</td><td>szacujemy, że zużywamy około 40 L (SATP) na uczestnika</td></tr><tr>Medyczne butle z<td>podtlenkiem azotu</td><td>Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td><td>N/A</td><td>x2 G butle</td></tr> z <tr><td>tlenem medycznym</td><td>Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td><td>N/A</td><td>butle o rozmiarze x2 G Medical</td></tr><tr><td>Air</td><td>Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td><td>N/A</td><td>butle o rozmiarze x2 G</td></tr><tr><td>Filtr Oddychanie i HMES z portem Capno Hypnobag</td><td>Medtronic, MN, USA</td><td>352/5805</td><td></td></tr><tr><td>Yankauer High Adult</td><td>Medtronic, MN, USA</td><td>8888-502005</td><td></td></tr><tr><td>Maski anestezjologiczne Quadralite EcoMask</td><td>Intersurgical Australia Pty Ltd</td><td>7093000/7094000</td><td>rozmiar 3 i rozmiar 4</td></tr><tr><td>Kanister ssący Disp 1200 mL Medival Guardian</td><td>Cardinal Health, OH, USA</td><td>65651-212</td><td></td></tr><tr><td>Mocowanie cewnika na zewnątrz 4-13 cm z&nbsp; Kolano 90A</td><td>Medtronic, MN, Stany Zjednoczone</td><td>330/5667</td><td></td></tr><tr><td>Cewnik IV Optiva 24g x 19 mm Żółty St Su</td><td>Smiths Medical, MN, USA</td><td>5063-INT</td><td></td></tr><tr><td>Dexamethasone Mylan Fiolki do wstrzykiwań (4 mg/1 mL)</td><td>Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA</td><td>400528517</td><td></td></tr><tr><td>Ondasetron (4 mg/2 mL)</td><td>Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA</td><td>400008857</td><td></td></tr><tr><td>Medyczny wózek resuscytacyjny</td><td></td><td></td><td>Wózek 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/</td></tr> <tr><td>Maxfilter Version 2.2</td><td>Elekta Oy, Sztokholm, SZWECJA</td><td>Nie dotyczy</td><td>Oprogramowanie do analizy danych dostarczane z systemem Neuromag TRIUX MEG firmy Elekta</td></tr></tbody></table>

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

Recording Brain Electromagnetic Activity During the Administration of the Gaseous Anesthetic Agents Xenon and Nitrous Oxide in Healthy Volunteers

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.

W tej sekcji wykorzystano dane uzyskane od jednego badanego, aby zaprezentować typowe cechy jednoczesnych rejestracji oraz potencjał takich informacji w celu lepszego zrozumienia indukowanych anestetykami zmienionych stanów świadomości. Aby uprościć wykład, wyniki przedstawiono dla: i) rejestracji bazowych po podaniu leku przeciwwymiotowego (baseline 3), ii) szczytowych stężeń gazów wynoszących 0,75 equi-MAC-awake (poziom 3) dla N2O (47%) i Xe (24%) oraz iii) szczytowego stężen...

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.

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

Anesthesia arguably provides one of the only systematic ways to study the neural correlates of global consciousness/unconsciousness. However to date most ...

Celem tego eksperymentu jest scharakteryzowanie zmian w aktywności elektromagnetycznej mózgu w odpowiedzi na podanie dwóch gazowych czynników dysocjacyjnych, ksenonu i podtlenku azotu, zdrowym uczestnikom w dwukierunkowym projekcie krzyżowania się z powtarzanymi pomiarami. Ze względu na złożoność eksperymentu ważne jest, aby większość sprzętu została ustawiona przed przybyciem uczestnika. Najważniejszym z nich jest konfiguracja systemu EEG w pomieszczeniu ekranowanym magnetycznie lub MSR.Wzmacniacz EEG jest umieszczony w MSR tak daleko, jak to możliwe, z dala od uczestnika i musi być skonfigurowany do pracy na zasilaniu prądem stałym przy użyciu wbudowanej baterii lub zewnętrznego ekranowanego pojemnika na baterie. Należy sprawdzić, czy sprzęganie światłowodowe między wzmacniaczem a komputerem rejestrującym dane działa. Wreszcie, kamera wideo w MSR powinna być skonfigurowana w taki sposób, aby jej pole widzenia wyraźnie rejestrowało twarz i górną część klatki piersiowej uczestnika, tak aby lekarz anestezjolog mógł wyraźnie monitorować stan układu oddechowego i dróg oddechowych uczestnika.Aby uzyskać spójne i porównywalne dane, najpierw przeprowadza się wywiad z uczestnikami, aby potwierdzić, że kwalifikują się do udziału w badaniu. Uczestnicy powinni być zdrowymi mężczyznami w wieku od 20 do 40 lat, bez zaburzeń psychicznych lub neurologicznych, bez niedawnej historii używania narkotyków lub alkoholu oraz bez chorób układu oddechowego lub serca. Uczestnicy powinni przybyć na miejsce gładko ogoleni w dniu eksperymentu i po poszczeniu przez co najmniej sześć godzin.Aby zapewnić wysoką jakość zapisów EEG, zaleca się, aby włosy osoby badanej zostały niedawno umyte bez odżywki, a jej skóra głowy została mocno wyszczotkowana w celu usunięcia wysuszonego lub martwego naskórka. Nakładana jest nasadka EEG o dużej gęstości kompatybilna z MEG przy odpowiednim użyciu żelu przewodzącego. Cewki wskaźnika położenia głowy są następnie mocno przymocowane w określonych miejscach na nasadce EEG.Wszystkie pomocnicze elektrody biopotencjalne są następnie nakładane w wyznaczonych miejscach na twarzy i ciele badanego. Do późniejszej analizy ważne jest, aby wszystkie elektrody i pozycje cewek HPI były dokładnie zarejestrowane wraz z digitalizacją konturów oczodołów, grzbietu nosowego i policzków w celu późniejszej korejestracji ze strukturalnym rezonansem magnetycznym. Dwie elektrody są umieszczane podmentalnie, aby rejestrować spoczynkowe napięcie mięśniowe.Zapisy elektrookulogramu lub EOG wykonuje się poprzez umieszczenie dwóch kolejnych elektrod powyżej i poniżej oka. I wreszcie, trójodprowadzeniowa derywacja EKG jest konfigurowana przez elektrody na lewej i prawej powierzchni zginacza nadgarstka. Impedancje elektrod EEG należy następnie zweryfikować jako poniżej pięciu kiloomów, aby uzyskać nagrania o wysokiej wierności.Czas trwania eksperymentu, a także uspokajające działanie podawanych gazów sprawia, że minimalizacja ruchów głowy jest niezbędna. W celu zmniejszenia bocznych ruchów głowy stosuje się ortezę głowy z pianki z pamięcią kształtu, a wokół ciała zawiązuje się uprząż z juty, aby zminimalizować wszelkie ruchy pionowe. Teraz wykonywane są nagrania zadań w stanie spoczynku z zamkniętymi oczami i wyjściowej wydajności słuchowej ciągłej.Niezwykle ważne jest, aby podawanie gazów anestezjologicznych było przez cały czas nadzorowane przez lekarza anestezjologa. Oprócz monitorowania pacjenta, rola lekarza anestezjologa obejmuje zapewnienie odpowiedniej konfiguracji jednostki dostarczającej gaz anestezjologiczny, wyspecjalizowanej w tym przypadku do dostarczania i monitorowania ksenonu. Lekarz anestezjolog przetestuje aparat do znieczulenia, sprawdzi, czy maska jest wygodnie dopasowana i nie przecieka, wyreguluje przepływ gazu, wprowadzi kaniulę, poda leki przeciwwymiotne, a także rozpocznie odazotowanie 100% tlenem z uczestnikiem siedzącym w MSR przed ostatecznym pobraniem danych wyjściowych po przeciwwymiotnych i rozpoczęciem protokołu podawania gazu.Na tym etapie uczestnik będzie wygodnie siedział w MSR po odazotowaniu i podaniu deksametazonu i ondansetronu, aby zminimalizować ryzyko wystąpienia niepożądanych nudności lub wymiotów spowodowanych podawaniem gazów. Przed zamknięciem drzwi MSR obok uczestnika sadzi się pielęgniarkę anestezjologiczną lub inny odpowiednio przeszkolony personel medyczny. Przeprowadzana jest ostateczna kontrola, czy mankiet do pomiaru ciśnienia krwi jest podłączony, pudełka odpowiedzi na przyciski są wygodnie umieszczone, a pulsoksymetr na palcu lub palcu jest bezpiecznie zamocowany.Następnie protokół przystępuje do dostarczenia czterech Equi-MAC budzących się stopniowo, stopniowo zwiększających się poziomów gazu ksenonowego lub trzech stopniowych poziomów podtlenku azotu w okresie 15 minut każdy, aby zapewnić równowagę krew-mózg-gaz. Każdy poziom powinien zawierać pięciominutowy stan ustalony po osiągnięciu pożądanego stężenia gazu, po którym powinien nastąpić 10-minutowy okres wymłukiwania. Na wszystkich poziomach poziom tlenu, dwutlenku węgla i ksenonu lub podtlenku azotu jest stale monitorowany i rejestrowany elektronicznie.Na końcu każdego poziomu uczestnicy są krótko oceniani przed przejściem na wyższe poziomy. Ponieważ na najwyższym poziomie ksenonu, przy którym osiąga się utratę reakcji, niedrożność dróg oddechowych może łatwo i nieoczekiwanie wystąpić, a pacjenci muszą być ściśle monitorowani i stale oceniani przez wykwalifikowany personel, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz MSR, aby wszystkie niezbędne działania zostały natychmiast podjęte. Po zakończeniu eksperymentu lekarz anestezjolog wejdzie do MSR i przeprowadzi rozmowę z pacjentem.Uczestnik jest następnie wyprowadzany na zewnątrz MSR, gdzie aparat jest usuwany i podawana jest mu standardowa pooperacyjna opieka anestezjologiczna. Zanim uczestnik odejdzie, upewnij się, że jest bezpieczny w podróży do domu z krewnym lub przyjacielem. W ciągu najbliższych 24 godzin uczestnik będzie zobowiązany do wypełnienia ankiet dotyczących zabiegu i ewentualnych skutków ubocznych.Film ten został przygotowany przede wszystkim w celu zilustrowania metod stosowanych w podawaniu znieczulenia gazowego przy jednoczesnym rejestrowaniu danych EEG i MEG, dlatego prezentowana jest tylko bardzo podstawowa analiza danych i reprezentatywne wyniki, aby dać widzowi jasne wyobrażenie o tym, jak powinny wyglądać zarejestrowane dane. Podstawowe wyniki ilustrują przykłady ruchów głowy, przebiegu czasowego stężenia gazów i dokładności zadań słuchowych; filtrowane dane EEG i MEG bez artefaktów; Widma EEG i MEG oraz topografia mocy; i wywołane przez słuch reakcje zarówno dla wartości wyjściowej, jak i podczas podawania gazu. Aby stworzyć podstawowe wyniki, stosuje się następujący potok przy użyciu kombinacji platform oprogramowania do analizy danych i zestawów narzędzi.Surowe dane MEG i EEG są przechowywane odpowiednio w formatach plików fif i cnt. Ruchy głowy są obliczane za pomocą oprogramowania MaxFilter i skryptu napisanego przez autorów, które służą do konwersji ruchów głowy z przestrzeni kortońskiej na współrzędne kartezjańskie. Dokładność zadania słuchowego i czas reakcji są następnie obliczane i wizualizowane, dopasowywane w czasie do szeregów czasowych ruchu głowy i stężenia gazu, w celu oceny jakości danych przed dalszym przetwarzaniem danych EEG i MEG.Wyrównanie danych w czasie opiera się na zarejestrowanych czasach wyzwalania. Zazwyczaj ruch głowy będzie minimalny w warunkach wyjściowych, podczas gdy większy ruch ma tendencję do występowania przy wyższych poziomach gazów związanych z bardziej zdysocjowanymi lub uspokojonymi stanami. Widać to na przykład w nagraniu 42%xenon, gdzie górny rysunek pokazuje ruch głowy, a dolny stężenie gazu i dokładność zadania słuchowego.Należy pamiętać, że utrata responsywności występuje między 7,5 a 12,5 minuty. Bezwzględny ruch głowy mniejszy niż pięć milimetrów jest uważany za dopuszczalny do celów obrazowania źródłowego. Segmenty danych, których ruch jest większy niż pięć milimetrów, są ignorowane.Wstępne przetwarzanie danych MEG i EEG początkowo wiąże się z wyborem złych kanałów. Następnie stosuje się algorytm tSSS do usuwania artefaktów z nagrania MEG spowodowanych źródłami zewnętrznymi. Pozostała część procesu przetwarzania obejmuje wykorzystanie platform oprogramowania do analizy danych i powiązanych zestawów narzędzi do analizy.Filtrowanie pasmowo-przepustowe i wycinające jest stosowane zarówno do danych MEG, jak i EEG, aby skupić analizę na interesującym paśmie częstotliwości. Okresy w danych zawierających artefakty są odrzucane na podstawie oględzin, a także usuwane są okresy związane z nadmiernymi zmianami ruchów głowy. Przefiltrowane, wolne od artefaktów dane MEG i EEG mogą być następnie wizualizowane i powiązane ze zmianami wywołanymi przez znieczulenie.Widma amplitudy dla każdego czujnika i topografie mocy pasma spektralnego we wszystkich czujnikach są następnie obliczane zarówno dla danych MEG, jak i EEG. Wizualizacja widm amplitudy w różnych lokalizacjach czujników ułatwia obserwację wpływu różnych poziomów znieczulenia na widma sygnału. Wizualizacja topografii mocy czujników w różnych pasmach częstotliwości, w tym przypadku w paśmie alfa, umożliwia obserwację wpływu różnych poziomów znieczulenia na przestrzenny wzorzec aktywności.Przefiltrowane, wolne od artefaktów dane MEG i EEG są następnie epokowane za pomocą wyzwalaczy związanych z czasem dostarczania tonu słuchowego. Średnie słuchowe reakcje wywołane są następnie konstruowane w czasie podczas uśredniania próby. Wizualizacja słuchowych reakcji wywołanych na poziomie sensora pozwala na scharakteryzowanie wpływu środków znieczulających na reakcję mózgu.W szczególności przebudzenie początkowej wywołanej odpowiedzi i zanik późniejszych wywołanych pików odpowiedzi wynika z wysokich stężeń gazów. Istnieje wiele innych potencjalnie interesujących etapów analizy, które można wykonać po tej podstawowej analizie. Biorąc pod uwagę, że w literaturze przedstawiono wiele opcji, nie omawiamy ich tutaj szczegółowo.Takie opcje obejmują obrazowanie źródła MEG i EEG przy użyciu kształtowania wiązki lub oszacowania minimalnej normy, aby lepiej zrozumieć związek między aktywnością mózgu a anatomią mózgu. Analiza połączeń funkcjonalnych na poziomie czujnika lub źródła może ujawnić zmiany w sieciach mózgowych związane z działaniem anestezjologicznym. Istnieje również możliwość skoncentrowania analizy na czujniku lub reakcjach słuchowych wywołanych na poziomie źródła lub przyjrzenia się ciągłym danym niezależnym od bodźca słuchowego w celu zidentyfikowania wszelkich zmian wywołanych znieczuleniem w globalnej dynamice mózgu.Makroskalowe mechanizmy redukcji świadomości wywołanej znieczuleniem nie są dobrze poznane. Dowody z literatury silnie wskazują na załamanie się funkcjonalnej łączności leżącej u podstaw znieczulenia wywołanego znieczuleniem. Chociaż środki znieczulające mają zróżnicowany zakres molekularnych celów działania i różne makroskopowe efekty na EEG i MEG, nadal nie jest to rozwiązane, czy istnieje uniwersalny lub wspólny mechanizm makroskali dla wszystkich środków znieczulających.W tym miejscu przedstawiliśmy protokół wykonywania znieczulenia gazowego przy użyciu przypuszczalnych antagonistów receptora NMDA, ksenonu i podtlenku azotu, przy jednoczesnym rejestrowaniu danych MEG i EEG. Metoda ta ułatwi badanie różnych czynników gazowych i lotnych na jednocześnie rejestrowanych danych MEG i EEG, a tym samym poszukiwanie uniwersalnych mechanizmów indukowanego znieczuleniem obniżenia świadomości.

recording-brain-electromagnetic-activity-during-administration

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Celem tej techniki jest ocena funkcji neurotransmitera serotoniny (5-HT) u żywego, oddychającego swobodnie zwierzęcia z wykorzystaniem farmakologicznego obrazowania rezonansem magnetycznym (phMRI) oraz dożylnego podania fluoksetyny, będącej selektywnym inhibitorem zwrotnego wychwytu serotoniny (SSRI).

Zastosowanie fMRI z wyzwaniem farmakologicznym w badaniach przedklinicznych: aplikacja do układu 5-HT

Ten film demonstruje procedurę jednoczesnego rejestrowania kolokalizowanej elektroencefalografii (EEG) i lokalnych potencjałów pola (LFP) u znieczulonego szczura. Proces polega na przygotowaniu szczura i przymocowaniu elektrod stymulujących do jego opuszków wąsów. Elektroda pająka EEG jest umieszczana na czaszce szczura w celu powierzchniowych pomiarów EEG. W tym samym czasie wielokanałowa mikroelektroda jest wprowadzana do określonego obszaru mózgu przez otwór w czaszce, aby rejestrować...

Równoczesne zapisy potencjału elektroencefalograficznego i lokalnego potencjału pola u znieczulonego szczura

Ta procedura wykonuje długotrwałe wewnątrzkomórkowe zapisy in vivo z pojedynczych neuronów podczas fizjologicznie istotnych stanów mózgowych i po całkowitym zniesieniu trwających czynności elektrycznych, co skutkuje izoelektrycznym stanem mózgu. Stałe fizjologiczne zwierzęcia są dokładnie monitorowane podczas przejścia w stan sztucznej śpiączki.

Indukcja izoelektrycznego stanu mózgu w celu zbadania wpływu endogennej aktywności synaptycznej na pobudliwość neuronów in vivo

W tym badaniu przedstawiono metodologię wykonywania wielomiejscowych zapisów elektrofizjologicznych in vivo ze szlaku hiperbezpośredniego w znieczuleniu uretanowym.

Ostre zapisy elektrofizjologiczne in vivo lokalnych potencjałów pola i aktywności wielocząsteczkowej ze szlaku hiperbezpośredniego u znieczulonych szczurów

Wycinki mózgu ex vivo mogą być używane do badania wpływu lotnych środków znieczulających na wywołane reakcje na bodźce aferentne. Optogenetyka jest wykorzystywana do niezależnej aktywacji aferentów wzgórzowo-korowych i korowo-korowych do niepierwotnej kory nowej, a odpowiedzi synaptyczne i sieciowe są modulowane izofluranem.

Optogenetyczna aktywacja szlaków aferentnych w wycinkach mózgu i modulacja odpowiedzi za pomocą lotnych środków znieczulających

Hiperspolaryzowany rezonans magnetyczny 129Xe (MRI) to metoda badania regionalnie rozdzielonych aspektów funkcji płuc. Praca ta przedstawia kompleksowy, ustandaryzowany przepływ pracy dla hiperspolaryzowanego rezonansu magnetycznego 129Xe wentylacji płuc, ze szczególnym uwzględnieniem projektowania sekwencji impulsów, przygotowania dawki 129Xe, przebiegu skanowania i najlepszych praktyk w zakresie monitorowania bezpieczeństwa pacjenta.

Pozyskiwanie hiperspolaryzowanych obrazów rezonansu magnetycznego 129xe wentylacji płuc

Rękopis przedstawia szczegółowy protokół użycia hiperspolaryzowanego odzyskiwania nasycenia chemicznego ksenonu-129 (CSSR) do śledzenia wymiany gazowej w płucach, oceny pozornej grubości ściany przegrody pęcherzykowej i pomiaru stosunku powierzchni do objętości. Metoda ta może pomóc w diagnozowaniu i monitorowaniu chorób płuc.

Ilościowa miara struktury i funkcji płuc uzyskana z hiperpolaryzowanej spektroskopii ksenonowej

Aby zbadać ewolucję języka, ważne jest porównanie mechanizmów mózgowych u ludzi z tymi u naczelnych. Opracowaliśmy metodę nieinwazyjnego pomiaru elektroencefalografii (EEG) obudzonych zwierząt. Pozwala nam to na bezpośrednie porównywanie danych EEG między ludźmi i zwierzętami w dłuższej perspektywie, bez szkody dla nich.

Pomiary elektroencefalograficzne u obudzonych marmozet słuchających wokalizacji współgatunkowych

Ten protokół opisuje metodę uzyskiwania in vivo, wysokiej gęstości nagrań pojedynczych neuronów z pnia mózgu myszy z unieruchomioną głową. Podejście to jest stosowane do pomiaru potencjału czynnościowego neuronów w brzuszno-bocznej szarości okołowodociągowej - regionie pnia mózgu nieaktywnym podczas snu z szybkimi ruchami gałek ocznych (REM) - przed i podczas znieczulenia ogólnego.

Ostre jednojednostkowe nagrania wieloelektrodowe z pnia mózgu myszy z unieruchomioną głową

Samopodawanie leku oraz wokalizacje ultradźwiękowe (USV) są wykorzystywane jako oceny behawioralne w badaniach na zwierzętach, lecz rzadko w połączeniu. Celem niniejszego artykułu jest opisanie zalet rejestrowania USV podczas procedur samopodawania leków w celu oceny odpowiedzi afektywnych na doświadczenie związane z przyjmowaniem substancji.

Ocena wokalizacji ultradźwiękowych podczas samopodawania leku u szczurów

Poznaj metodę rejestracji aktywności elektromagnetycznej mózgu podczas znieczulenia ksenonem i podtlenkiem azotu u zdrowych ochotników. Wykorzystuje się jednoczesne nagrywanie MEG i EEG.

Rejestrowanie aktywności elektromagnetycznej mózgu podczas podawania gazowych środków znieczulających ksenonu i podtlenku azotu zdrowym ochotnikom (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów