Artigo de método

Gravação a atividade eletromagnética cerebral durante a administração de agentes anestésicos gasosos Xenon e óxido nitroso em voluntários saudáveis

DOI:

10.3791/56881

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13 de janeiro de 2018

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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

Neste artigo

Resumo

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Eletroencefalografia e magnetoencefalografia simultânea fornece uma ferramenta útil para procurar mecanismos comuns e distintas macroescala de reduções na consciência induzida por diferentes anestésicos. Este documento ilustra os métodos empíricos subjacentes a gravação desses dados do seres humanos saudáveis durante anestesia N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based durante a inalação de óxido nitroso e xenônio.

Resumo

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Anestesia sem dúvida uma das maneiras de estudar as correlações neurais da consciência/inconsciência global apenas sistemáticas fornece. No entanto, até à data mais neuroimagem ou investigações neurofisiológicas em humanos tem sido confinado ao estudo dos anestésicos γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based, enquanto os efeitos da dissociação N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- receptor antagonista-baseado anestésicos ketamina, óxido nitroso (N2O) e xenônio (Xe) são em grande parte desconhecidos. Este artigo descreve os métodos subjacentes a gravação simultânea de magnetoencefalografia (MEG) e Eletroencefalografia (EEG) de homens saudáveis durante a inalação de agentes anestésicos gasosos N2O e Xe. Combinar dados de MEG e EEG permite a avaliação da atividade eletromagnética cerebral durante a anestesia em alta resolução espacial, temporal e moderada. Aqui descrevemos um protocolo detalhado, refinado ao longo de várias sessões de gravação, que inclui o tema recrutamento, instalação de equipamento de anestesia na sala de varredor de MEG, coleta de dados e análise de dados básicos. Neste protocolo, cada participante é exposto a níveis variados de Xe e N2O em um projeto de transversalidade de medidas repetidas. De base relevante participantes gravações são expostos a seguir para aumentar a step-wise inspirou concentrações de Xe e N2O de 8, 16, 24 e 42% e 16, 32 e 47% respectivamente, durante o qual o seu nível de capacidade de resposta é controlado com um auditivo tarefa de desempenho contínuo (aCPT). Os resultados são apresentados para uma série de gravações para destacar as propriedades de sensor de nível de dados brutos, a topografia espectral, a minimização dos movimentos da cabeça e os efeitos dependentes nível inequívocos sobre as respostas evocados auditivos. Este paradigma descreve uma abordagem geral para a gravação de sinais electromagnéticos associados com a ação de diferentes tipos de gases anestésicos, que podem ser facilmente adaptados para ser usado com agentes anestésicos voláteis e intravenosos. Espera-se que o método descrito pode contribuir para a compreensão dos mecanismos de macroescala da anestesia, permitindo extensões metodológicas envolvendo fonte espaço imagem e análise de rede funcional.

Introdução

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Há bom consenso entre pré-clínicos e clínica neurocientífico evidência sugerindo que o fenômeno da consciência humana depende da integridade dos circuitos neurais explícitas. A observação de que tais circuitos sistematicamente são influenciados pela descida inconsciente tem justificado a necessidade de técnicas de neuroimagem ser utilizado durante a anestesia e permitir 'navegar' a busca para as correlações neurais de consciência. Com a possível exceção de sono, anestesia representa o único método pelo qual um pode, de forma controlada, reversível e reprodutível, perturb e assim, dissecar, os mecanismos que servem sub consciência, especialmente na escala macroscópica de dinâmica global do cérebro. Clinicamente, a anestesia geral pode ser definida como um estado de hipnose/inconsciência, imobilidade e analgesia e continua sendo uma das intervenções médicas mais abundantemente usadas e mais seguras. Apesar da clareza e eficiência no resultado final, ainda há grande incerteza sobre os mecanismos de ação dos vários tipos de agentes, dando origem a inconsciência induzido anestésica1.

Anestésicos podem ser divididos em agentes intravenosos notavelmente propofol e os barbitúricos ou agentes voláteis/gasoso como sevoflurano, isoflurano, óxido nitroso (N2O) e xenônio (Xe). A farmacologia da anestesia tem sido bem estabelecida com múltiplos alvos celulares identificados como ligados à ação anestésica. A maioria dos agentes estudaram a data ato principalmente através da genealogia da atividade do receptor mediada por γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA). Em contraste, a cetamina agentes dissociativos, Xe e N2O são acreditados para exercer seus efeitos, principalmente orientando N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatérgico receptores2,3. Outros alvos farmacológicos importantes incluem canais de potássio, os receptores de acetilcolina e os receptores de glutamato remanescente, Leandro e agonista, no entanto, na medida da sua contribuição para a ação anestésica continua elusiva (para um revisão abrangente, consulte 4).

O grau de variabilidade no mecanismo de ação e os efeitos observados neurais e fisiológicos dos diversos tipos de agentes processa a derivação das conclusões gerais sobre sua influência na transformação consciente difícil. Perda de consciência (LOC) induzida por agentes gabaérgica é tipicamente caracterizada por uma mudança global na actividade cerebral. Isto é evidente no surgimento de alta amplitude de baixa frequência delta (δ, 0,5-4 Hz) ondas e a redução da atividade de gama (γ, 35-45Hz) no eletroencefalograma (EEG), similar à onda lenta de alta frequência, dormem5,6 , bem como as reduções generalizadas no sangue cerebral fluxo e glicose metabolismo5,6,7,8,9,10,11,12 . Boveroux et al. 13 adicionado para tais observações, demonstrando uma diminuição significativa no repouso conectividade funcional do estado sob anestesia propofol usando ressonância magnética funcional (fMRI). Em contraste, anestésicos dissociativos rendem menos claro o perfil de efeitos na atividade cerebral. Em alguns casos, eles estão associados com aumentos no sangue cerebral fluxo e glicose metabolismo14,15,16,17,18,19, 20,21 , enquanto os estudos de Rex e colegas22 e Laitio e colegas23,24 olhando para os efeitos do Xe forneceu evidências de ambos aumentaram e diminuíram o cérebro atividade. Uma irregularidade semelhante pode ser vista nos efeitos sobre os sinais do EEG25,26,27,28. Johnson et al. 29 demonstrou um aumento no total de energia da delta de bandas de baixa frequência e theta, bem como a maior gama de banda de frequência em um estudo de EEG da anestesia Xe enquanto opostas observações foram feitas para N2O no delta, high-density theta e 30,31 bandas de frequência alfa e para o Xe no maior frequências32. Tal variabilidade nos efeitos do Xe na atividade elétrica do couro cabeludo pode ser observada na alfa e gamas de frequência beta com ambos aumenta também reduções e33 34 sendo relatado.

Apesar das discrepâncias acima mencionadas, a imagem começa a se tornar mais consistente através de agentes quando um tenta olhar para alterações de conectividade funcional entre áreas do cérebro. No entanto, tais medidas foram predominantemente restritas a modalidades que necessariamente fazem concessões no que diz respeito a resolução espacial ou temporal. Enquanto estudos utilizando o EEG parecem revelar claramente e em certa medida consistente, alterações da estrutura topológica de redes funcionais durante anestesia/sedação com propofol35, sevoflurano36 e N2O37, o dados de EEG níveis largamente espaçados sensor tem resolução espacial insuficiente significativamente, definir e delinear os vértices das redes funcionais correspondentes. Por outro lado, estudos utilizando a resolução espacial superior de ressonância magnética e tomografia por emissão de pósitrons (PET), encontrar alterações topológicas semelhantes em grande escala conectividade funcional ao de EEG13,38,39 , ,40,41, no entanto possuem resolução temporal insuficiente para caracterizar o acoplamento em banda alfa (8-13 Hz) EEG e outros fenômenos dinâmicos que estão emergindo como importantes assinaturas de fase-amplitude ação anestésica12,,42. Além disso, estas medidas não avaliam diretamente atividade neural eletromagnética43.

Portanto, para avançar significativamente a compreensão dos processos macroscópicos associados com a ação de anestésicos, as limitações das investigações mencionadas anteriormente devem ser abordadas; a cobertura restrita de agentes anestésicos e a insuficiente resolução espaço-temporal das medições não-invasiva. Nesta base, os autores descrevem um método para gravar simultaneamente magnetoencephalogram (MEG) e atividade de EEG em voluntários saudáveis que tem sido desenvolvida para a administração dos agentes anestésicos dissociativos gasosos, Xe e N2O.

A MEG é utilizada como é a técnica neurofisiológica apenas não-invasiva além do EEG com uma resolução temporal na faixa de milissegundo. EEG tem o problema da indefinição de campos elétricos pelo crânio, que funciona como um filtro passa-baixa na atividade corticalmente gerado, enquanto que MEG é muito menos sensível a esta questão e a questão da condução de volume44. Pode-se argumentar que a MEG tem maior espacial e precisão de localização do que o EEG 45,46de origem. EEG não permite a gravação de referência livre verdadeiro37,47, porém MEG faz. Sistemas de MEG também normalmente gravar atividade cortical em uma gama de frequência muito maior do que o EEG, incluindo alta gama48(geralmente 70-90 Hz), que têm sido sugeridos para ser envolvidos nos efeitos hipnóticos de agentes anestésicos incluindo Xe29 e N 2 O28. A MEG oferece atividade neurofisiológica que complementa que transmitiu por EEG, como atividade do EEG se relaciona com correntes elétricas extracelulares Considerando que MEG reflete principalmente os campos magnéticos gerados por correntes intracelular46, 49. Além disso, a MEG é particularmente sensível à atividade eletrofisiológica tangencial ao córtex, enquanto o EEG registra principalmente atividade extracelular radial para o córtex49. Assim, combinar dados de MEG e EEG tem vantagens super aditivo50.

Os agentes dissociativos gasoso Xe e N2O foram escolhidos pelas seguintes razões de princípio: são inodoro (Xe) ou essencialmente inodoro (N2O) e, portanto, pode facilmente ser utilizados na presença de condições de controle quando empregado em concentrações sub-clínica. Além disso, eles são adequados para a administração remota e monitoramento em um ambiente de laboratório, devido à sua fraca cardio-respiratória efeitos depressor61. Xénon e a um menor grau N2O, manter um mínimo relativamente baixo-alveolar - concentração-(MAC)-acordado em que 50% dos pacientes tornam-se não responde a um comando verbal com valores de 32,6 ± 6,1%51 e 63,3 + - 7,1%52 respectivamente. Apesar de Xe e N2O tanto sendo antagonistas dos receptores NMDA, modulam o EEG diferentemente - Xe aparece se comportar mais como um típico agente de gabaérgica quando monitorados usando o Índice Bispectral33,53,54 (uma das várias abordagens usadas para monitorar electroencephalographically profundidade da anestesia). Em contraste, N2O produz um efeito eletroencefalográficos muito menos aparente que é mal, se em tudo, monitorado usando o Índice Bispectral26. Porque Xe tem diferentes propriedades eletroencefalográficos relatadas para os outros agentes dissociativos, mas possui características similares aos agentes mais comumente estudados gabaérgica, seu estudo eletrofisiológico tem potencial para revelar-se importante recursos relacionados com as correlações neurais da consciência e as alterações de rede funcional correspondente. Agentes que agem no receptor NMDA são susceptíveis de revelar mais sobre as redes de cérebro que subserve normal e alterada de consciência, dado o papel fundamental que o receptor NMDA mediado atividade desempenha na aprendizagem e memória e seu papel implicado em uma variedade de transtornos psiquiátricos que incluem esquizofrenia e depressão80.

Este artigo se concentra principalmente em exigentes e complexos dados coleção processo associado com a entrega de agentes anestésicos gasosos em um ambiente não-hospitalar enquanto gravava simultaneamente MEG e EEG. Análise de dados básicos no nível do sensor é delineada e dados de exemplo são fornecidos para ilustrar que gravações de alta-fidelidade podem ser obtidas com o mínimo movimento da cabeça. Muitos métodos potenciais para subsequentes fonte de imagem e/ou funcional conectividade análise que seria normalmente realizada usando este tipo de dados não são descritos, como esses métodos são bem descritos na literatura e demonstram várias opções para análise de55,56.

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Protocolo

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O estudo intitulado "Efeitos da inalação de Xe e N2O na atividade cerebral gravada usando EEG e MEG" foi aprovado (número de aprovação: 260/12) pelo Comitê de ética da Universidade de tecnologia de Swinburne e Alfred Hospital e cumprido as exigências do nacional Declaração sobre ética em pesquisa humana (2007).

1. participante seleção e pré-estudos de requisitos

  1. Conduza uma entrevista para selecionar os machos saudáveis, destros, adultos entre as idades de 20 e 40 anos de idade.
    1. Confirmar um estado de boa saúde geral, obtendo do índice de massa corporal (IMC do participante) e a ausência de contra-indicações para a ressonância magnética ou MEG (como implantadas metálicos corpos estranhos), bem como a recolha de uma história clínica detalhada, incluindo quaisquer cirurgias anteriores, importante quaisquer reacções desfavoráveis à anestesia geral, que poderia resultar na exclusão do estudo.
    2. Especificamente exclui qualquer ingestão recente de psicoativos ou outros medicamentos prescritos, bem como assegurar a ausência de qualquer uso de drogas e a falta de qualquer distúrbio neurológico, epilepsia, doenças cardíacas, apneia do sono, doença de movimento e claustrofobia. Como será posteriormente importante obter uma boa vedação com uma máscara anestésica excluir os participantes que têm barbas grandes, a menos que eles estão dispostos a fazer a barba.
      Nota: Excluir as fêmeas devido as efeitos documentados de extremos de57 e/ou idade de menstruação no descanso sinal MEG/EEG, bem como a maior propensão para náuseas e vômitos58.
  2. Siga o procedimento da anestesia geral da estadia do dia como designado na Austrália e Nova Zelândia College de anestesistas diretrizes (ANZCA) (documento PS15).
    1. Em consonância com estas orientações, pergunte-se temas a rápido pelo menos 6 horas e consumir líquidos não pelo menos 2 horas antes do início do experimento. Confirme a conformidade tendo o anestesista entrar em contato com o participante no dia anterior o teste leva Coloque.
    2. Após a conclusão do experimento, tem assuntos passam por post padrão anestesia cuidados monitoramento, instruindo-os para não operar maquinaria pesada ou tomar decisões importantes dentro de 24 horas do experimento (devido à possibilidade de nível baixo residual comprometimento cognitivo de Xe e N2O).

2. instalações e equipamentos

Nota: As instalações estão em conformidade com os requisitos de ANZCA para a entrega da anestesia fora de uma sala de operações cirúrgica normal (http://www.anzca.edu.au/resources/professional-documents. Documento PS55). Especificamente, o quarto satisfaz regulamentos engenharia elétrica administração médica segurança e gás.

  1. Execute o experimento no laboratório de Swinburne avançada tecnologia do centro da imagem latente do cérebro, ou seja o quarto de MEG que contém um quarto magneticamente blindado (MSR) que abriga o scanner de MEG. O quarto blindado senta-se sobre um piso flutuante isolado de movimentos ambientalistas como comboios.
  2. Entrega gases de anestesia, usando uma máquina de anestesia, localizado fora do MSR, capaz de entrega e monitoramento de xenônio gasoso. Esta máquina de anestesia é projetada especialmente para administrar o ciclo fechado de baixo fluxo de gás de Xe e para medir concentrações de Xe end-tidal usando katharometry (condutividade térmica, precisão de ± 1%), além de fornecer monitoramento padrão de cuidado do paciente. Isso inclui O end-tidal2, CO2, medição de N2O (se necessário), pulso oximetria, ECG de 3 vias e medição de pressão arterial não-invasiva (NIBP) conforme ANZCA PS18 de documento de orientação. Medir concentrações de2O end-tidal N usando espectroscopia de infravermelho implementada na máquina de anestesia.
    1. Canalize os gases para participantes usando estendido 22 mm de diâmetro mangueiras passando por conduítes MSR a respirar.
  3. Fornece monitoramento do paciente padrão de tratamento como por PS18 de documento de orientação ANZCA. Isso inclui O end-tidal2, CO2, medição de N2O (se necessário), medição de pressão arterial não-invasiva (PNI), ECG de 3 vias e oximetria de pulso.
    1. Pressão arterial monitor conforme ANZCA diretriz documento PS18 usando um monitor de pressão arterial não-invasiva localizado fora do MSR e ligado por um tubo longo de inflação uma braçadeira colocada na parte superior do braço.
    2. Durante todo o experimento, gravar e documentar parâmetros fisiológicos tudo em intervalos de 1 min, além de uma gravação automática de todos os parâmetros de cada 30 s.
  4. Certifique-se de que os gases são canalizados para os participantes usando o diâmetro 22mm estendida respirando mangueiras passando por conduítes MSR. Um sistema de aspiração está localizado fora do MSR e um tubo de entrega longo, ligado a um tubo de sucção é passado através de um condutor para ser colocado perto de ambos o observador paciente e clínico de Yankauer.
    1. Além disso, certifique-se de bandejas estão localizadas perto por dentro o MSR para permitir a sua rápida posicionamento do observador após ocorrência de emese. O observador clínico dentro o MSR precisará permanecer vigilantes para qualquer obstrução das vias aéreas, respondendo inicialmente com um queixo levantar ou propulsão da mandíbula e imediatamente descontinuar o protocolo se iminente emese é sinalizado por deglutição excessiva ou vômito ou das vias respiratórias obstrução não é resolvida pela vida de queixo ou maxilar axiais.
  5. Registro de EEG, usando um MEG compatível 64 canais Ag/AgCl eletrodo cap ligado a uma bateria alimentada amplificador dentro o MSR. O amplificador está ligado através de um cabo de fibra óptica e um conversor de mídia apropriado para um laptop rodando um software de aquisição compatível.
  6. Atividade de campo magnético de registro cerebral (MEG) a uma taxa de amostragem de 1000 Hz, usando um sistema de MEG que tem cobertura de todo o cérebro e tem bem definidos matrizes de sensores que podem incluir magnetômetros e gradiómetros axial/planar; o presente estudo, utilizando um sistema composto de 102 magnetômetros e 204 gradiómetros planares. Para evitar complexidades não directamente relevantes para o protocolo ou a configuração do sistema de MEG, dados de exemplo dos magnetômetros sozinhos são relatados, embora ambos magnetômetro e gradiómetro dados são adquiridos como parte do protocolo.
  7. Faixa de cabeça posição continuamente usando 5 bobinas de indicador (HPI) posição de cabeça. Digitalizar a localização das bobinas de cabeça, eletrodos de EEG e marcadores fiduciais (nasion e pontos à esquerda e direita pré-auricular) antes MEG digitalização usando adequado equipamento de digitalização.
    1. Porque o objectivo é obter resultados no espaço de fonte, desabilite qualquer sistema de blindagem ativo interno empregado pelo sistema de cancelamento de ruído tridimensional, MEG, a fim de tornar o pipeline de processamento flexível no que diz respeito a utilização do espaço do sinal métodos de separação (SSS) que são normalmente empregados.
    2. Use um scanner MRI para obter a correspondentes ponderada T1 estruturais tomografias para posterior registo co com gravações de M/EEG.

3. estudar Design e protocolo

Nota: Segue um protocolo experimental de cruzamento de duas vias. Realize duas sessões de testes separadas para cada disciplina, separada por um máximo de quatro semanas entre as sessões de teste. Um braço do estudo consiste de administração Xe enquanto N2O é dada no segundo braço. Os participantes são cegos para o tipo de gás a ser administrado enquanto a equipe médica e pesquisadores são não devido as pequenas diferenças no procedimento seguidos para a sua administração.

  1. Após consentimento informado é obtido, confirme elegibilidade participante com uma entrevista extensa história médica e medições de sinal vital que incluem a pressão arterial, frequência cardíaca, corpo de temperatura e pico de fluxo expiratório. Após confirmação da elegibilidade do participante, o sujeito sofre uma medição breve na MEG para garantir que não haja imprevistas fontes de ruído.
  2. Coloque a tampa de EEG na cabeça do sujeito e gel todos os eletrodos. Anexe as 5 bobinas HPI sobre a tampa para gravar continuamente a posição de cabeça na MEG.
    1. Digitalizar o canais de EEG, HPI bobina posições e pontos extra no nariz do sujeito e armazenar todos os locais usando o pacote de software que acompanha o MEG.
    2. Mover o objecto para o MSR, conectar o tampão do eletrodo para os eletrodos de EEG amplificador e re-gel se necessário para garantir que suas impedâncias de contato elétricas são abaixo kΩ 5.
  3. Além da MEG e EEG, fazer três gravações de bio-canal adicional bipolar.
    1. Porque a administração do anestésico está associada a alterações no tônus muscular, recorde a eletromiografia (EMG) usando um par de eletrodos de Ag/AgCl descartáveis colocados submentally para registrar a atividade dos músculos milohioideu e digástrico (ventre anterior).
    2. Gravar o electro-oculogram (EOG), anexando um par de eletrodos acima um dos olhos, perto da sobrancelha e perto do canto do olho lateral correspondente e realizar gravações de três condutores eletrocardiograma (ECG), utilizando eletrodos em cada pulso e cotovelo à terra (ver A Figura 1).
  4. Peça aos participantes para manter os olhos fechados durante todas as fases de gravação do experimento.
  5. Execute o manejo clínico do sujeito com um anestesista e um enfermeiro anestésico ou outro observador clínico qualificado. Tem o enfermeira/observador sente-se com o assunto no MSR para monitorar continuamente a condição do participante (em especial a vedação da máscara de rosto e as vias aéreas do sujeito) e o anestesista, localizado na sala de controle para gerenciar a entrega de gás e eletrônico monitoramento.
  6. Coletar dados de uma equipe de três: um membro de monitorar e controlar a aquisição da MEG sinal, outro monitorar e controlar a aquisição do EEG e outro Iniciando e parando a tarefa de desempenho contínuo auditivo computadorizado enquanto monitoramento de respostas dos sujeitos, coordenação de todos os tempos de experimentais e gravação minuto pressão arterial e as concentrações do gás end-tidal e taxa de fluxo de gás conforme fornecido pelo anestesiologista.
  7. Monitorar continuamente visualmente a participante o MSR através de uma câmera apropriada, que também registra todas as fases do experimento para posterior avaliação e revisão.
  8. Comportamentalmente medir o nível permanente de capacidade de resposta durante todo o experimento usando uma tarefa de desempenho contínuo auditivo (aCPT). Use fones de ouvido compatíveis MEG para entregar um tom auditivo binaural de 1 ou 3 kHz de frequência de amplitude estéreo fixo (aprox. 76 dBA), com um intervalo de estímulo Inter de entre 2 a 4 segundos, extraídos de uma distribuição uniforme.
    1. Pergunta o participante a responder o mais rapidamente possível, usando duas caixas de botão separado em cada mão. Use a esquerda e botões certos em cada caixa correspondem a uma baixa ou alta frequência Tom, respectivamente, e caixas o botão esquerdo e direito, respectivamente, para o participante indicar a ausência ou presença de náusea.
  9. Acompanhar de capacidade de resposta durante todo o experimento. A latência de tempo de reação e precisão (percentual de tons correctamente classificados) das respostas são automaticamente registrados, bem como exibida em um monitor fora do MSR para os pesquisadores obter uma indicação de tempo real dos participantes comportamental Estado.
    1. Após várias respostas de caixa de botão direito sequencial (indicando a náusea), alertar o observador no MSR e o anestesiologista administração administração de gasolina pode precisar ser encerrado abruptamente para evitar emese.
  10. Registros olhos fechados descanso EEG e MEG por 5 min, seguido de uma gravação de EEG/MEG 5min olhos fechados de base com o assunto para executar a tarefa aCPT.
  11. Remover o assunto do MSR e permitir uma cânula intravenosa de 20 calibre ser colocado na fossa antecubital esquerdo pelo anestesiologista. Administração de antiemético, ocorrendo lentamente durante um período de 1-2 minutos, consistindo de dexametasona 4 mg e 4 mg de ondansetron59, segue para impedir qualquer emese causada por inalação de gás anestésico, que é frequentemente observada com N2O no altas concentrações utilizadas60.
  12. Anexar a máscara facial e respiração circuito ao assunto usando um arnês de pressão (CPAP) vias aéreas positiva contínua modificada apneia do sono e avaliar para o conforto do assunto e a ausência de fugas a pressão positiva de 5 cm H2O.
  13. Retorne o assunto para o MSR para permanecer sentado na MEG para o restante do estudo.
  14. Tomar uma série de medidas preventivas para garantir o movimento do assunto limitado durante as gravações simultâneas de MEG e EEG, desde que o movimento de cabeça e no corpo pode causar grandes artefatos em gravações eletromagnéticas e espera-se que ocorrem durante a administração do agentes anestésicos dissociativos devido à sua conhecida propensão para induzir a agitação psicomotora.
    1. Coloque uma tampa custom-built, de baixa densidade espuma sem cor na cabeça que fixa a posição de cabeça no interior do capacete de MEG dewar, independentemente do tamanho da cabeça e forma.
    2. Além disso, uso um cinto de pano enrolado as coxas e os músculos glúteos e garantiu à parte traseira da cadeira MEG para minimizar qualquer flacidez/postura que ocorre na posição vertical do participante (ver Figura 1).
    3. Durante a gravação, controlar a posição de cabeça continuamente usando bobinas de HPI, para visualização off-line após a conclusão do experimento (veja a seção de análise de dados para obter mais detalhes).
  15. Uma vez que o participante está firmemente posicionado, administrar 100% inspirado O2 e continuar por até 30 minutos até que sua concentração de2 O end-tidal é > 90%, indicando que eles são efetivamente de-nitrogenados, necessárias para garantir um processo medições precisas das concentrações de gás anestésico end-tidal.
    1. Durante os últimos 5 minutos de denitrogenation, executar um olhos final 5 minutos fechado descanso EEG/MEG aCPT gravação para garantir que qualquer administração de efeitos anti-emético e denitrogenation podem ter na actividade cerebral pode posteriormente ser determinada e controlada para.
    2. Compare esta terceira gravação de linha de base para as linhas de base anteriores (resto de olhos sem anti-emético e tarefa de olhos fechados sem anti-emético) para determinar os efeitos que lhe antiemético e aCPT em M/EEG espontâneo/descansando. As linhas de base são referidas como linhas de base 1, 2 e 3 no manuscrito para resto olhos fechados sem anti-emético, tarefa de olhos sem anti-emético e tarefa olhos fechados com anti-emético, respectivamente.

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Figura 1 : Imagens demonstrando o EEG, EOG, EMG e ECG layout de eletrodo e global criaram no âmbito do MSR. (A) mostra a tampa compatível de 64 canais MEG costumava gravar o EEG, EOG é gravada usando os dois eletrodos mostrados colocados acima e abaixo do olho esquerdo, EMG é gravado usando os dois eletrodos colocados abaixo da mandíbula e ECG é gravado usando dois eletrodos colocados sobre o pulso. (B) mostra o tampão de espuma sob medida e arreio usado para minimizar o movimento do assunto durante a gravação. (C) demonstra a configuração final necessária para a administração anestésica que inclui o posicionamento da cabeça dentro da MEG e anexar uma encaixe apertado-máscara de gás. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

4. protocolo de administração de gás

Nota: O protocolo de administração de gás varia ligeiramente consoante o braço do estudo.

  1. Administrar Xe em quatro step-wise, aumentando os níveis e N2O em três step-wise aumentando os níveis. Os primeiros níveis de gás de três para cada gás correspondem aos níveis equi-MAC-acordado de 0.25 (nível 1), 0,5 (nível 2) e 0,75 (nível 3) vezes a concentração de MAC-acordado. Essas concentrações são 8%, 16%, 24% e 16%, 32%, as concentrações de 47% para Xe/O2 e N2O/O2, respectivamente.
    Nota: O 4° nível para Xe corresponde a 1,3 vezes a concentração MAC-acordado.
  2. Escolha o nível de gás 4th para Xe tal que 95% dos participantes são esperados para perder a consciência, a este nível (todas as disciplinas que estudou até à data tem alcançado total perda da capacidade de resposta durante a tarefa de aCPT). Por causa da propensão bem documentada de N2O para induzir náusea e vômito em concentrações elevadas, não inclua um N2O nível em uma concentração suficiente para induzir a perda de consciência em 95% dos participantes (~ 75%). A Figura 2 resume os perfis de administração de gás.
  3. Siga o mesmo procedimento experimental para todos os equi-MAC Xe N2O níveis e com excepção dos 42% Xe/O2, o que exigirá uma metodologia um pouco diferente (ver 4.4. abaixo).
    1. No início de cada nível, informe o assunto e observador clínico/enfermeira anestésica que administração de gás vai começar e começar a gravar o EEG e MEG, sinalizar para o anestesiologista administração para começar a administração do gás e iniciar a tarefa de aCPT. Lavagem de gás-no então ocorre durante um período de 10 minutos, tal que a concentração de gás end-tidal alvo é alcançada no final deste período e mantida por 5 minutos (fase assumida de estado estacionário).
    2. No final deste período de estado estacionário de 5 minutos, realize o wash-out com a administração de 100% O2 durante um período de 10 minutos durante o qual a concentração de gás end-tidal retorna para 0.
    3. Repita o procedimento para o próximo nível de gás do passo.
      Nota: Perda de capacidade de resposta (LOR) para Xe é esperada para ser alcançado em 95% dos participantes em uma concentração de 42% Xe/O261. A administração deste nível ocorre quanto os níveis inferiores até que tanto o observador enfermeira anestésica e clínicos e a perda das respostas botão indicam LOR.
  4. Uma vez atingido LOR, manter o nível de gás de Xe por 10 minutos ou até o anestesista ou observador clínico/enfermeira anestésica considerá-lo inseguro de continuar depois que lavar-sair com 100% O2 leva a lugares. Instâncias em que o anestesiologista pode considerá-lo inseguro para continuar incluem frequentes prementes da caixa botão direito indicando náuseas, sons glotais, sinais de emese tais como salivação excessiva ou reações de deglutição e vaso-vagal.
    Nota: Este nível mais elevado, cautela significativa e definir um limiar baixo clínico para a interrupção da administração de gás de Xe. Experiência dos autores sugere que este nível pode ser associado com uma redução de deglutição, o acúmulo de saliva e a aparência do comportamento de vômito, que se permitiu continuar maio prenunciar regurgitação dentro da máscara. Naturalmente, as consequências podem incluir aspiração com ameaças de morte. Também é possível que respostas menos intensas podem ocorrer em níveis mais baixos de gás e assim exercer um alto nível de vigilância durante a administração de todos os níveis de gás passo a passo. Além desses problemas potenciais de vias aéreas, estar ciente do potencial de síncope vasovagal, particularmente nos jovens participantes masculinos. Sua idade e as restrições temporárias de fluidos e comida são todos os fatores de risco62.

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Figura 2 : Resumo de administração de gás perfis para Xe e N 2O. Concentrações de gás e linha do tempo durante o curso de administração de drogas para N2O (topo) e Xe (parte inferior). Os números acima de cada linha do tempo indicam o tempo em minutos desde o início da primeira entrega de gás. Cada nível de concentração de gás de pico equilibrado é alcançado através de um 10 minutos desenroscada período, seguido de um estado estacionário de 5 minutos durante o qual a concentração de gás de pico incubado é mantida, e, em seguida, uma porcaria de 10 minutos. O pico incubado gás concentrações aumentam sequencialmente ao longo do tempo. Note que a linha do tempo de preparação para o experimento, bem como o período após a administração de gás não são mostrados. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

5. estrutural Scan

  1. Antes do MRI, coloca cápsulas de vitamina E cabeça do participante a ser utilizados como marcadores para destacar os pontos fiduciais digitalizados para o ápice nasal e pontos pré-auricular direita e esquerdos. Isso garante um melhor registo co da MEG/EEG sensores e ressonâncias cerebrais durante a tentativa de relacionar a imagem de fonte MEG/EEG de neuroanatomia baseado em MRI.
  2. Obter uma única verificação de T1-weighted MRI estrutural, ou após a conclusão de um braço do estudo, se o participante está se sentindo bem, caso contrário, peça-lhes para retornar em um dia separado para a verificação estrutural do cérebro.

6. participante acompanhamento

Nota: O tema é livre para sair quando acompanhados de um amigo ou parente.

  1. Após a descarga, pedir o participante a completar uma versão truncada das 5-Dimensional Estados alterados de consciência Rating escala (5D-ASC); um questionário desenvolvido para acessar as diferenças individuais, comparando o estado de consciência normal e alterado por meio de uma escala visual analógica63,64.
  2. Além disso, pergunte para a apresentação de uma breve narrativa de sua experiência global durante o experimento, bem como detalhes específicos sobre nível dependentes efeitos qualitativos.
  3. Tenho os dois destes documentos, preenchido e enviado para os pesquisadores, 24 horas após cada sessão de gravação.

7. análise de dados

Nota: Esta seção descreve a análise de dados básicos no nível de sensor de MEG/EEG, cobrindo as etapas envolvidas na geração de exemplos de dados de MEG/EEG pré-processado, topografia espectral, os movimentos da cabeça, responsividade marcando e respostas evocadas auditivas. O foco deste artigo é a ilustração de exemplos típicos para que o leitor possa compreender as características importantes dos dados gravados. Sem análises estatísticas individuais intra ou armazenando são executadas como o objectivo de princípio nesta seção de análise é detalhe importante pré-processamento etapas que atestam a qualidade e integridade dos dados coletados. Sem detalhes são fornecidos para as inúmeras análises que poderiam ser realizadas sobre este dados55,56 como eles caem fora do âmbito da descrição do método.

  1. Concluir a análise de dados offline em um computador desktop usando o software de análise de dados apropriados e usar caixas de ferramentas relevantes para processamento de dados de EEG e a MEG. No pipeline dos autores, use a versão 20160801 do passeio de ferramentas65 .
  2. Calcule o movimento da cabeça durante cada MEG gravação pelo primeiro obter as posições de cabeça contínuas como uma sequência de coordenadas Quatérnion analisando os 5 sinais de bobina HPI salvos como parte de cada um dos dependentes do nível e da linha de base gravações de MEG. Converta a cabeça posições Quatérnion em coordenadas cartesianas.
  3. Montar a 6 e 7 gravações para N2O e Xe estudar armas (linhas 1, 2 e 3, gás níveis 1 a 3 ou 1 a 4, respectivamente). Tempo deslocamento bruto EEG em relação a dados de MEG para sincronizar os dois tipos de sinal com base em um canal de gatilho comum. Esta forma de sincronização surge desde a escolha do sistema de gravação de EEG.
    Nota: Muitos sistemas de MEG contêm um construído em sistema de EEG que oferece sincronização de nível eletrônica muito exata da MEG & EEG, mas muitas vezes têm a quantização de DAC de baixa resolução de 16 bits. Por este motivo, utilizam um sistema de EEG externo (ver 2.3) ter resolução maior da amplitude do EEG 24 bits para permitir uma maior tolerância ao elétrodo compensar potenciais, a medição de informações de baixa frequência e uma resposta de frequência plana em todos os canais.
  4. Para todas as gravações que envolvem entrega de gás e desempenho aCPT, redefina o tempo zero para o início da entrega de tarefa/gás aCPT.
  5. Visualmente inspecionar dados brutos de MEG e excluir quaisquer canais ruins de uma análise mais aprofundada. Em seguida, filtre os dados usando um algoritmo de separação temporal do sinal-espaço76 implementado no software MEG-sistema. O algoritmo suprime fontes de interferência magnética fora do array de sensor e, portanto, resulta em uma redução de artefatos de movimento de corpo rígido ou externo. Importe o conjunto de dados de saída para o software de análise de dados para ser usado com os magnetômetros (102 canais) selecionados para processamento adicional.
  6. Band-pass filtrar a MEG em 2 a 50 Hz e aplicar filtros de ruído de linha em 50, 100 e 150 Hz. Visual artefato da deteção e um procedimento de deteção automática artefato implementado no software Fieldtrip permitem a remoção de quaisquer elementos de diferente. Inspecione visualmente todos os segmentos contendo olho pisca, batidas de coração ou artefatos musculares e excluir a partir dos dados, bem como quaisquer segmentos correlacionaram com alterações significativas no movimento da cabeça maior que 5 mm (veja abaixo).
    Nota: Os movimentos de maior que 5 mm em relação ao início de cada linha de base 5 minutos ou gás incubado período são usados para rejeitar dados MEG continuamente adquiridos, desde que a imagem de fonte MEG normalmente tem uma resolução espacial da ordem de 5 mm (por exemplo, para MEG/EEG beamformers55). É no entanto possível realizar compensação de movimento de dados MEG66 em vez de rejeitar dados segmentos correlacionaram com movimento significativo da cabeça, no entanto, tais métodos estão além do escopo deste artigo.
  7. Como com dados de MEG, visualmente inspecionar o 64 canais EEG cru e excluir qualquer maus canais de análise de dados adicional. Band-pass filtrar os dados usando as mesma gamas de frequência quanto a MEG. Re-referenciar o EEG para uma média comum como é o padrão para a fonte de imagem abordagens. Finalmente, remova quaisquer segmentos contendo artefatos contemporâneos com as da MEG correspondente.
  8. Para visualizar as propriedades espectrais dos dados MEG/EEG, computar espectros de amplitude face única ao longo da linha mediana ântero-posterior para os canais de EEG FPz, Cz e Oz e na linha média frontais, centrais e occipitais MEG magnetômetro canais ( Figura 3 ).
    1. Calcular o mapa topográfico de sensor de nível de potência banda alfa (8-13 Hz) para MEG/EEG, dada essa banda alfa forte mudanças têm sido observadas anteriormente para N2O e gabaérgica anestésicos25,31,67 .
    2. Para dados de EEG, use o canal FPz como referência para calcular a potência de banda alfa topográfico para destacar melhor as mudanças de energia alfa.

figure-protocol-3
Figura 3 : Layouts de sensor EEG (A) e MEG (B) visto do topo da cabeça e achatada em um avião.. Observe a estrutura do trio MEG onde sensores terminados em 1 # # # são magnetómetros e sensores, terminando em 2 # # # ou # # # 3 são gradiómetros. Caixas vermelhas indicam os canais ao longo da linha mediana ântero-posterior, usado para visualizar as propriedades espectrais dos canais central e occipital magnetômetro EEG e MEG, FPz (frontal), Cz (central) e Oz (occipital) e frontal, respectivamente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Obter respostas evocadas auditivas para livre de artefato MEG e EEG dados filtrados para cada gravação envolvendo a tarefa aCPT. Época os sinais do ms-1000 a + 2000 ms relativo para o Tom desencadear vezes e média livre de artefato disponível todas as épocas. A latência entre estímulo disparador geração e entrega do som para o ouvido em conta, neste caso leve 190,5 ms.

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Resultados

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Esta seção utiliza dados obtidos de um assunto para demonstrar as características típicas das gravações simultâneas e o potencial de tais informações para contribuir a uma compreensão melhor de anestesia induzida por Estados alterados de consciência. Para simplificar a exposição, os resultados são mostrados por i) gravações da linha de base da administração pós-antiemético (linha 3), ii) 0,75 equi-MAC-acordado as concentrações máximas de gás (nível 3) de N2O (47%) e Xe (24%) e ...

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Discussão

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Este papel esboçou um protocolo abrangente para a gravação simultânea de MEG e EEG durante a entrega do gás anestésico com N2O e Xe. Tal um protocolo será valioso para estudar as correlações neurais eletromagnéticas das reduções induzida pela anestesia em consciência. O protocolo também é esperado para generalizar para a entrega de outros gases anestésicos como sevoflurano ou isoflurano. Isto irá facilitar uma maior compreensão dos mecanismos comuns, específicas e distintas macroscópicas que sustentam a reduçã...

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Divulgações

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Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

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Os autores gostaria agradecer António Carlos Cameron Bradley, Rachel Anne Batty e Johanna Stephens valiosa assistência técnica com coleta de dados de MEG. Obrigado é adicionalmente estendido ao Dr. Steven Mcguigan para suporte como uma segunda anestesiologista. Paige Pappas fornecida supervisão de enfermeira anestésica inestimável. Markus Stone graciosamente oferecido seu tempo e experiência em edição e filmagem do protocolo. Dr. Suresh Muthukumaraswamy deu conselhos específicos em matéria de análise de dados e a interpretação dos resultados. Finalmente, Jarrod Gott contribuiu com muitos uma discussão estimulante, ajudou na execução de uma série de experimentos piloto e foi central na concepção da cinta de cabeça de espuma.

Esta pesquisa foi suportada por um fundo de colaboração James S. McDonnell #220020419 "Reconstruir a consciência" atribuída a George Mashour, Michael Avidan, Max Kelz e David Liley.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Sistema MEG de 306 canais Neuromag TRIUXElekta Oy, Estocolmo, SuéciaN/A
Sistema 3D Polhemus FastrakPolhemus, VT, EUA/A
Fones de ouvido ER-1 compatíveis com MEGEtymotic Research Inc., IL, EUAN/A
Tampa de cabeça de espuma de baixa densidade, compatível com MEGN/AN/AFeito sob medida pela equipe de pesquisa
Arnês, MEG compatívelN/A~3 m de comprimento, ~ 5 cm de largura, tira de pano/juta para garantir a posição do participante na cadeira MEG
Ambu Neuroline 720 Eletrodos de superfície de paciente únicoAmbu, Copenhague, Dinamarca72015-K10
3.0T TIM Trio sistema de ressonância magnéticaSiemens AB, Erlangen, ALEMANHAN/A
Sistema amplificador AsalabANT Neuro, Enschede, HOLANDAN/Aeste sistema não é mais fabricado e foi descontinuado para amplificador EEG eego de 64 canais
Tampa EEG Waveguard de 64 canais, compatível com MEGANT Neuro, Enschede, HOLANDACA-138tamanho Médio
Caixa de bateria sem fio blindada magneticamenteANT Neuro, Enschede, HOLANDAN/ABlindagem magnética não fornecida pelo fabricante – Modificado pela equipe de pesquisa
OneStep ClearGel Electrode gelH+H Medizinprodukte GbR, Munster, ALEMANHA154547
Akzent Xe Color Anesthesia MachineStephan GmbH, Gackenbach, ALEMANHAN/A
Omron M6-Comfort Monitor de pressão arterial OmronHealthcare, Kyoto, JAPÃON/A
Gás xenônio (99,999% de pureza)Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRÁLIAN/Aestimamos que usamos aproximadamente 40 L (SATP) por participante
Óxido nitroso médicoCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRÁLIAN / Ax2 Cilindros de tamanho G
Oxigênio medicinalCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRÁLIAN / Ax2 Cilindros de tamanho G Ar
medicinalCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRÁLIAN / Ax2 Cilindros de tamanho G
Filtro Respiratório e HMES com Capno Port HypnobagMedtronic, MN, USA352/5805
Yankauer High AdultMedtronic, MN, USA8888-502005
Máscaras anestésicas Quadralite EcoMaskIntersurgical Australia Pty Ltd7093000/7094000tamanho 3 e tamanho 4
Suction Canister Disp 1200 mL Medival GuardianCardinal Health, OH, USA65651-212
Extensão de Montagem de Cateter 4-13 cm com  Cotovelo 90AMedtronic, MN, EUA330/5667
Cateter IV Optiva 24g x 19 mm Amarelo St SuSmiths Medical, MN, EUA5063-INT
Frascos de injeção de dexametasona Mylan (4 mg / 1 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRÁLIA400528517
Ondasetron (4 mg / 2 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRÁLIA400008857
Carrinho de reanimação médicaO carrinho de reanimação médica é configurado de acordo com os requisitos mínimos sugeridos para ressuscitação de adultos recomendados no documento "Padrões para ressuscitação: prática clínica e educação; Junho de 2014) pelos conselhos de ressuscitação da Austrália e da Nova Zelândia e especificamente endossado por várias organizações profissionais de saúde, incluindo o Colégio de Anestesistas da Austrália e Nova Zelândia. Inclui todo o equipamento necessário para vias aéreas e circulatórios, bem como os agentes farmacêuticos associados para permitir a ressuscitação cardiorrespiratória completa e suporte em um ambiente não clínico. Detalhes completos podem ser encontrados em https://resus.org.au/standards-for-resuscitation-clinical-practice-and-education/
Maxfilter Versão 2.2Elekta Oy, Estocolmo, SUÉCIAN/ASoftware de análise de dados fornecido com o sistema Neuromag TRIUX MEG da Elekta
N

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