Запись электромагнитной активности мозга во время администрации газообразных анестетиков Ксенон и закиси в здоровых добровольцев

Цель данного эксперимента состоит в том, чтобы охарактеризовать изменения электромагнитной активности мозга в ответ на введение двух газообразных диссоциативных агентов ксенона и закиси азота здоровым участникам в двухстороннем перекрестном соотношении. Из-за сложности эксперимента важно, чтобы большая часть настроек оборудования происходила до прибытия участника. Наиболее важным из них является конфигурация системы ЭЭГ в магнитно-экранированном помещении или MSR.

Усилитель ЭЭГ размещается в MSR как можно дальше от участника и должен быть сконфигурирован для работы от источника постоянного тока с использованием либо встроенной батареи, либо внешнего экранированного батарейного отсека. Оптоволоконная связь между усилителем и компьютером регистрации данных должна быть проверена на работоспособность. Наконец, видеокамера в MSR должна быть сконфигурирована таким образом, чтобы ее поле зрения четко захватывало лицо и верхнюю часть грудной клетки участника, чтобы врач анестезиолог мог четко контролировать состояние дыхательных путей и дыхательных путей участника.

Для того, чтобы получить согласованные и сопоставимые данные, участников сначала опрашивают, чтобы подтвердить их право на участие в исследовании. Участники должны быть здоровыми мужчинами в возрасте от 20 до 40 лет, без психических или неврологических заболеваний, без недавнего употребления наркотиков или алкоголя, а также без респираторных или сердечных заболеваний. Участники должны прибыть чисто выбритыми в день эксперимента и поститься не менее шести часов.

Для обеспечения высокого качества записи ЭЭГ рекомендуется, чтобы волосы субъекта были недавно вымыты без кондиционера, а кожа головы была тщательно расчесана для удаления сухой или омертвевшей кожи. На МЭГ-совместимый ЭЭГ-колпачок высокой плотности накладывается с соответствующим использованием проводящего геля. Затем катушки индикатора положения головы прочно прикрепляются в заранее определенных местах на колпачке ЭЭГ.

Затем все вспомогательные биопотенциальные электроды применяются в назначенных местах на лице и теле субъекта. Для последующего анализа важно, чтобы все электроды и положения катушек HPI были точно зарегистрированы вместе с оцифровкой контуров орбит, носового гребня и щек для последующей совместной регистрации со структурной МРТ. Два электрода помещаются субментально для записи мышечного тонуса в состоянии покоя.

Электроокулограмма или запись ЭОГ производится путем размещения еще двух электродов выше и ниже глаза. И, наконец, построение ЭКГ в трех отведениях настраивается электродами на левой и правой сгибательных поверхностях запястья. Затем импеданс электродов ЭЭГ должен быть проверен на уровень ниже пяти килоом, чтобы получить высококачественные записи.

Продолжительность эксперимента, а также седативное действие введенных газов делают минимизацию движений головы жизненно важной. Бандаж для головы из пеноматериала с эффектом памяти применяется для уменьшения бокового смещения головы, а джутовый жгут обвязывается вокруг тела, чтобы свести к минимуму любое вертикальное движение. Теперь выполняются записи в состоянии покоя с закрытыми глазами и исходные записи непрерывных слуховых заданий.

Жизненно важно, чтобы введение анестезирующих газов всегда проходило под наблюдением врача-анестезиолога. Помимо наблюдения за пациентом, роль врача-анестезиолога включает в себя обеспечение адекватной конфигурации блока подачи анестезирующего газа, специализированного в данном случае для подачи и контроля ксенона. Врач анестезиолог протестирует наркозный аппарат, убедится, что маска удобно сидит и не протекает, отрегулирует потоки газа, введет канюлю, введет противорвотные средства, а также начнет деазотацию 100% кислородом с сидящими в MSR перед окончательным постпротиворвотным базовым сбором данных и началом протокола введения газа.

На этом этапе участник будет удобно сидеть в MSR после деазотирования и введения дексаметазона и ондансетрона, чтобы свести к минимуму риск любой неблагоприятной тошноты или рвоты из-за введения газа. Перед тем, как закрыть дверь MSR, медсестра-анестезиолог или другой квалифицированный медицинский работник садится рядом с участником. Производится окончательная проверка того, что манжета для измерения артериального давления подключена, кнопки ответа удобно расположены, а пульсоксиметр на пальце ноги или пальце надежно закреплен

Затем протокол вводит четыре Equi-MAC в пробуждение, постепенно увеличивая уровни газа ксенона, или три ступенчатых уровня закиси азота в течение 15 минут каждый, чтобы обеспечить равновесие крови, мозга и газов. Каждый уровень должен содержать пятиминутное устойчивое состояние при достижении желаемой концентрации газа, за которым должен следовать 10-минутный период промывания. На всех уровнях уровни кислорода, углекислого газа, ксенона или закиси азота постоянно контролируются и регистрируются с помощью электронных приборов.

В конце каждого уровня участники проходят краткую оценку перед переходом на более высокие уровни. Потому что при самом высоком уровне ксенона, при котором достигается потеря чувствительности, обструкция дыхательных путей может произойти легко и неожиданно, и пациенты нуждаются в тщательном наблюдении и постоянной оценке квалифицированным персоналом, как внутри, так и за пределами MSR, чтобы немедленно принять все необходимые меры. По завершении эксперимента врач-анестезиолог войдет в MSR и проведет брифинг с пациентом.

Затем участника выводят за пределы MSR, где аппарат извлекают и оказывают стандартную послеоперационную анестезию. Прежде чем участник уйдет, убедитесь, что он в безопасности и сможет отправиться домой с родственником или другом. В течение следующих 24 часов участник должен будет заполнить анкеты о процедуре и любых последствиях.

Это видео было подготовлено в первую очередь для иллюстрации методов, используемых при проведении газообразной анестезии при одновременной записи данных ЭЭГ и МЭГ, поэтому представлен только самый простой анализ данных и репрезентативные результаты, чтобы дать зрителю четкое представление о том, как должны выглядеть записанные данные. Основные результаты иллюстрируют примеры точности движений головы, концентрации газа и точности слуховых задач; отфильтрованные данные ЭЭГ и МЭГ без артефактов; спектры ЭЭГ и МЭГ и топография мощности; и слуховые реакции как при исходном уровне, так и во время введения газа. Для получения основных результатов используется следующий конвейер с использованием комбинации программных платформ и наборов инструментов для анализа данных.

Необработанные данные МЭГ и ЭЭГ хранятся в форматах файлов fif и cnt соответственно. Движения головы рассчитываются с помощью программного обеспечения MaxFilter и скрипта, написанного авторами, которые используются для преобразования движений головы из кортонова пространства в декартовы координаты. Затем рассчитывается и визуализируется точность слуховых заданий и время реакции, согласованные по времени с движением головы и временными рядами концентрации газов, чтобы оценить качество данных перед дальнейшей обработкой данных ЭЭГ и МЭГ.

Выравнивание данных по времени основано на записанном времени срабатывания. Как правило, движение головы будет минимальным в исходных условиях, в то время как большее движение, как правило, происходит при более высоких уровнях газа, связанных с более диссоциированными или седативными состояниями. Это можно увидеть, например, на 42%-ной ксеноновой записи, где верхняя цифра показывает движение головы, а нижняя — концентрацию газа и точность слуховой задачи.

Обратите внимание, что потеря отклика происходит между 7,5 и 12,5 минутами. Абсолютное смещение головы менее пяти миллиметров считается приемлемым для целей получения изображений источника. Сегменты данных с перемещением более пяти миллиметров игнорируются.

Предварительная обработка данных МЭГ и ЭЭГ первоначально включает в себя выбор поврежденных каналов. Далее следует использование алгоритма tSSS для удаления артефактов из записи MEG из-за внешних источников. Остальная часть конвейера обработки включает в себя использование программных платформ для анализа данных и связанных с ними наборов инструментов для анализа.

Полосовая и режекторная фильтрация применяется к данным МЭГ и ЭЭГ, чтобы сосредоточить анализ на интересующей частотной полосе. Временные периоды в данных, содержащих артефакты, отбраковываются на основе визуального осмотра, а также удаляются периоды, связанные с чрезмерными изменениями движений головы. Затем можно визуализировать отфильтрованные данные МЭГ и ЭЭГ без артефактов и связать их с изменениями, вызванными анестезией.

Затем вычисляются амплитудные спектры для каждого датчика и топографии мощности спектрального диапазона для всех датчиков для данных МЭГ и ЭЭГ. Визуализация амплитудных спектров в различных местах расположения датчиков облегчает наблюдение за влиянием различных уровней анестетика на спектры сигнала. Визуализация топографии мощности на уровне датчика в различных частотных диапазонах, в данном случае в альфа-диапазоне, позволяет наблюдать влияние различных уровней анестезии на пространственный характер активности.

Отфильтрованные данные МЭГ и ЭЭГ без артефактов затем эпохируются с помощью триггеров, связанных со временем доставки слухового тона. Средние слуховые вызванные реакции затем строятся во времени на основе усреднения выборки. Визуализация слуховых вызванных реакций на уровне сенсоров позволяет охарактеризовать влияние анестетиков на реакцию мозга.

В частности, пробуждение первоначальной вызванной реакции и исчезновение более поздних вызванных пиков реакции является результатом высоких концентраций газов. Существует множество других потенциально интересных этапов анализа, которые могут быть выполнены после этого базового анализа. Учитывая, что в литературе представлено множество вариантов, мы не будем подробно останавливаться на них здесь.

Такие варианты включают визуализацию источников МЭГ и ЭЭГ с использованием формирования луча или оценки минимальной нормы для лучшего понимания взаимосвязи между активностью мозга и анатомией мозга. Анализ функциональной связности на уровне датчика или источника может выявить изменения в сетях мозга, связанные с действием анестетика. Существует также возможность либо сосредоточить анализ на слуховых реакциях на уровне датчика или источника, либо посмотреть на непрерывные данные, независимые от слухового стимула, чтобы выявить любые вызванные анестетиками изменения в глобальной динамике мозга.

Макромасштабные механизмы индуцированного анестезией снижения сознания не очень хорошо изучены. Данные из литературы убедительно свидетельствуют о нарушении функциональной связи, лежащем в основе индуцированного анестезией снижения сознания. Несмотря на то, что анестетики имеют широкий спектр молекулярных мишеней действия и различные макроскопические эффекты на ЭЭГ и МЭГ, этот вопрос все еще не решен в отношении того, существует ли универсальный или общий макромасштабный механизм для всех анестетиков.

Здесь мы описали протокол выполнения газовой анестезии с использованием предполагаемых антагонистов NMDA-рецепторов ксенона и закиси азота с одновременной записью данных МЭГ и ЭЭГ. Этот метод будет способствовать изучению различных газообразных и летучих агентов на одновременно регистрируемых данных МЭГ и ЭЭГ и, таким образом, поиску универсальных механизмов анестезиоспособных редукций сознания.