Summary
测量非语言患者的疼痛是一个挑战。在本研究中, 我们结合脑电记录与刺激使用平尖端探针检测有害诱发脑活动的客观方式。
Abstract
疼痛是一种不愉快的感官和情感体验。在非语言患者中, 即使用疼痛评估工具也很难测量疼痛。这些工具是主观的或确定的次要生理指标, 也有一定的限制, 特别是在探索的有效性镇痛。由于皮质加工对疼痛知觉至关重要, 脑活动措施可为评估婴儿疼痛提供一种有用的方法。在这里, 我们提出了一种方法来评估伤害与电生理脑活动录音优化用于新生儿。为了产生高度标准化和可重复性的有害刺激, 我们应用了机械刺激与平尖端探针,例如, 针刺, 这不是皮肤破损, 不会造成行为困扰。有害诱发电位可客观测量非言语患者的伤害。这种方法可用于新生儿早在34周的孕龄。此外, 它可以应用在不同的情况下, 如测量镇痛或麻醉药物的功效。
Introduction
疼痛是一种不愉快的感觉和情感体验, 与实际或潜在的组织损害有关, 或在这种损害方面描述为1。无法口头交流并不能否定个人正在经历痛苦的可能性, 但却使评估减轻疼痛的治疗具有挑战性, 例如新生儿2。一些行为和生理指标被用来评估非语言患者的疼痛。不同的尺度已经发展了多年, 选择取决于类型的刺激, 孕龄和环境中的新生儿是嵌入式3,4,5。这些疼痛评估工具要么依赖于评分员的解释, 要么需要二级生理指标。
在这个视频中, 我们提出了一种方法来评估伤害的电生理记录优化用于新生儿。伤害被定义为有害刺激编码的神经过程。因此, 量化伤害是一个优雅和客观的方法来确定神经输入的非语言的人。此外, 脑电图 (eeg) 检测到的皮层活动与有害事件强度相关,5,6。
这里提出的方法结合脑电图记录与机械刺激产生的有害刺激与扁平尖端探针, 也称为针刺7, 这不是皮肤破损, 并没有造成行为困扰6。它已经表明, 伤害以下的加标点刺激主要是介导的 Aδ纤维, 不需要皮肤破裂病变8和伤害性特定电位的大小不依赖于睡眠状态9。在与新生儿的研究环境中应用这种方法时, 家长也很好地接受了这一探针。探针是电子连接到 eeg 记录系统, 使脑电图记录准确标签时, 探针接触皮肤。这大大简化了时间锁定的过程, 是所有后续脑电图分析的前提。为了最大限度地减少婴儿脑电图记录的准备时间, 我们使用了一个改进的国际10/20 电极放置系统, 我们减少了电极的数量, 以最低要求的三电极 (图 1)。中心顶点 Cz 电极, 其中有害诱发脑活动是最大的9,10,11, 与一个参考和一个接地电极一起使用。
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Protocol
这项研究得到了瑞士西北部主管道德委员会 (EKNZ 2015-079) 的批准, 并在测量前获得了有关参与者的书面父母同意。
1. 准备
- 确保孩子已经安顿好了。它应该是安静和安定的, 不用吮运动在录音期间由于运动文物。婴儿可以睡着9。
- 用卷尺测量新生儿头部周长, 确定脑电图帽的大小。
- 确定活动电极位置: Cz/顶点位置通过标记中间点之间的 nasion 和 inion 和中间点之间的左, 右 preaurical 点与皮肤标记铅笔。为定位电极也请参见图 1。
- 确定地面电极的位置: 右前额 (Fp2) 和参考电极: 左乳突 (A1)。
- 用棉签清洗电极部位 (Cz、Fp2 和 A1)。在大量的头发的情况下, 分开的头发, 以可视化头皮。
- 用棉签用棉签轻轻擦洗电极部位, 以降低阻抗。
- 将脑电图帽与附着在新生儿头上的电极放在一起。
- 使用带有短塑料针头的注射器向电极注入导电脑电凝胶, 以优化电极和头皮之间的接触。
- 调整电极, 直到阻抗低于50ω, 如制造商的建议和发布的准则12所述。
- 放置一个摄像头来记录新生儿的面部表情。
- 将平尖探头连接到触点触发装置, 固定在 EEG 记录装置上。当平尖探针到达皮肤的标称力时, 触发信号由触点触发装置产生。这个信号被发送到计算机, 用一个触发标记标记脑电图记录。
2. 测量
- 选择一个研究名称来存储数据。
-
添加在线带通滤波器:
- 显示筛选器:
低截止滤波器: 频率: 1 赫兹
高截止滤波器: 频率:70 赫兹
凹槽过滤器:50 赫兹
采样率: 2000 赫兹
- 显示筛选器:
- 启动脑电图和录像
- 将新生儿的右手保持在水平位置。刺激也可以应用在不同的站点上,例如脚, 这将导致比手更长的滞后时间, 请参阅详细信息3.7。
- 第一记录背景脑电图活动。当新生儿的手举行, 注释的脑电图记录手动记录期间, 没有刺激的应用和婴儿休息。
- 根据新生儿右手的研究设计, 进行所需量的平尖探针刺激。在我们的实验设计中, 设置了50平尖端探针刺激的数量。小心地使用平尖端探针垂直地对新生儿的手, 因此提示不弯曲和正确的力量被应用。使用最小2到3秒的 inter-stimulus 间隔 (ISI)6执行平面尖端探头刺激, 以避免求和。
- 停止所有的录音。
- 记录实验设置细节。
3. 数据分析
- 使用高通滤波器在1赫兹和低通滤波器的30赫兹下离线过滤原始脑电图数据。
- 片段数据在世纪1500毫秒 (500 毫秒之前到1000毫秒在刺激开始之后)。
- 对 pre-stimulus 间隔执行基线校正。
- 在目视检查后, 手动拒绝包含人工制品的 EEG 世纪, 如机芯和噪音。请参阅教程大纲: https://sccn.ucsd.edu/wiki/Chapter_01:_Rejecting_Artifacts
- 平均 EEG 世纪 (为背景和刺激反应分开)。
- 木质过滤器数据以最大抖动±50毫秒在时间窗口 0-1000 毫秒后刺激开始。这使得婴儿之间的潜伏期差异。这样做的背景和刺激反应分开。
- 项目一个有害诱发脑活动的模板, 这是定义在一个独立的数据集, 并已详细描述了其他地方11的数据, 以确定在每个单独的试验中的有害诱发反应的程度。该模板描述了有害诱发反应的特征波形, 震级反映了在个体试验中这种有害诱发反应的数量。
注意: 模板投射的时间窗口取决于婴儿的年龄和刺激的位置。如果刺激适用于手然后时间窗口的兴趣是 200-500 毫秒后刺激11。如果刺激被应用到脚然后时间窗口兴趣是 400-700 ms 岗位刺激11。请注意, 该模板目前仅在 34-43 周的妊娠期内进行了验证。有关使用此模板的详细方法以及有关限制的讨论, 请参见哈特利et al. 201711。 - 检查使用该模板计算的有害诱发脑活动的幅度在刺激后明显高于背景脑电图。
- 使用新生儿面部编码系统2,13, 事后分析行为面部表情 (摄像机与 EEG 记录相关)。
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Representative Results
图 1是使用修改过的国际10/20 电极放置系统的电极定位的图解表示。图 2显示了在使用带有 32 mN 力的平头探针进行一项单一有害刺激的应用之前和之后的脑电图活动, 这种刺激发生在新生儿的右手协议 (图 2A) 中。在大约 300 ms 后刺激开始 (时间 0), 毒性诱发反应是可见的。图 2B显示了50种刺激对同一患者的平均反应, 其应用 32 mN 的力。请注意, 如果施加更多的刺激, 有害诱发电位就会更加明显。如图 2C所示, 木质过滤可用于调整响应滞后时间的细微变化。以红色显示的预定义模板11被投射到 EEG 上, 以计算有害诱发反应的大小。
图 1: 使用修改后的国际10/20 电极放置系统的电极定位的图解表示法。
图 2: 对实验性有害刺激的反应记录的脑电图活动.一个平尖端探针刺激 (32 mN) 被应用在一个病人的右手, 时间窗口的兴趣 200-500 毫秒后刺激是阴影。小组 A: EEG 活动在一次刺激之后, 主要峰顶在250毫秒用箭头标记。B 组:50 刺激后的平均反应。面板 C: 带有投影模板 (红色) 的木质过滤数据。请单击此处查看此图的较大版本.
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Discussion
这里介绍的方法显示了如何使用脑电图记录和平尖探针刺激对新生儿的有害诱发脑活动进行客观的测量, 以应用实验性的有害刺激。这项技术可用于各种临床设置, 以检测伤害,例如在非语言的人, 如新生儿。完整的研究可以在15分钟内完成, 包括放置婴儿, 识别, 准备和安装电极, 最后应用和记录50有害刺激。这种刺激不会引起婴儿的行为窘迫, 这一方法为评估婴儿的伤害提供了客观的方法。
在这项研究中, 我们使用了一个平尖端探针刺激与温和的力量 32 mN。64 mn 或 128 mn 的更高的力量也可以应用于新生儿, 但可能导致因肢体退缩而增加的运动文物。我们注意到, 在我们的研究中, 新生儿接受了32锰的力量非常好, 并没有撤回他们的四肢, 而刺激与 128 mn 力量导致双边反射撤退6。结果表明, 根据平板探针刺激的力 (32 与 64 mN)6,14, 有害诱发电位更大。Verriotis et al. 显示, 1 岁的儿童在事件相关的顶点电位和较高的疼痛评分上比新生儿的振幅高15。因此, 平尖端探针刺激的力量可以根据患者的年龄16适应。
先前的研究记录了伤害从新生儿护理仰卧或俯卧或甚至在他们的一侧。为了保持实验设置恒定, 我们建议在与几个参与者进行研究时保持一个位置。我们发现在仰卧位执行测量效果良好。我们对新生儿的手进行了扁平探针刺激。对新生儿的定位和操作可能更容易, 如果使用的刺激, 以手比脚。事实上, 在研究中, 脚的使用更加普遍, 但是, 我们发现刺激手的背部比进入脚更容易。反射性戒断是一种有用的额外措施, 它可以被纳入到一个多层面的疼痛评估中, 在这个具有挑战性的非语言人群17。
尽管避免任何不适和运动文物, 总是自发的神经活动。因此, 过滤和平均是重要的, 以减弱背景噪声和可视化事件相关的潜力。此外, 平尖端探针刺激的重复, 例如 50, 强烈地提高了信噪比。为了分析数据, time-locking 所有的测量是至关重要的。
新生儿出生后不久的一个进一步的技术挑战是皮脂-的存在, 包括头部在内的新生儿皮肤, 这就是为什么他们的皮肤需要用一个额外的准备糊剂仔细清洗, 即使有活性电极使用.在我们看来, 活性电极比被动电极更适合这种方法, 因为它们对导线上的外部运动不太敏感。此外, 他们更容易使用, 因为他们接受更高的阻抗, 由于内置前。但是, 也可以使用无源电极。
对于数据分析, 我们使用了哈特利et al.所描述的方法6,11. 另一种方法是由 Hu et al.显示的时频分析18。
在一起, 技术方法, 设置和解释的结果需要一个训练有素的团队, 最好两个人做测量, 一个应用的刺激, 而另一种是检查脑电图。如果新生儿是不稳定的, 脑电图将被污染的运动文物和它是不可能执行的测量。此外, 由于有效性, 它是强制性的, 有一定数量的刺激, 这可能是挑战。
伤害在早期的生活中成熟, 早在34周的妊娠期, 新生儿的大脑就可以区分触摸和伤害17。在34周的怀孕婴儿更可能产生非特异性神经元爆发19 , 而在晚早产儿开始在34周的妊娠, 这里所描述的方法可以使用11。这种方法为各种研究调查打开了大门。例如, 它可以用来测试出生相关压力对伤害20的影响, 或者测试新生儿和婴儿各种镇痛药的具体影响621。例如, 这里介绍的协议最近被使用了在一项研究表明局部麻醉药的功效显著减少有害诱发电位, 当有害刺激被应用到被处理的脚与背景活动或未经处理的脚11。
总之, 脑电记录中的有害诱发电位可以客观地研究非言语患者的疼痛知觉的替代措施。本方法适用于研究调查中的临床应用。通过 time-locking 的平尖端探针刺激的脑电图记录, 可以可靠地评估电生理伤害反应。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
作者要感谢卡罗琳·哈特利和 Rebeccah 斯莱特 (英国牛津大学儿科系) 对我们的论文和沃尔特 Magerl (生物医学和医学技术中心神经生理学系) 的评论。曼海姆 (CBTM), 德国海德堡大学) 支持我们的技术设备和知识。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Easycap | EASYCAP GmbH | AC-32-C | EEG caps for infants sizes 34 and 36 |
| actiCAP | Brain Products GmbH | BP-04243-SIG | active electrodes |
| ImpBox | Brain Products GmbH | impedance measurement | |
| V-Amp | Brain Products GmbH | EEG recording device | |
| Contact trigger for pinprick stimulation | MRC Systems GmbH | ||
| PinPrick stimulator set | MRC Systems GmbH | ||
| EEG prepping paste | USB Pharmacy | contains sodium chloride, pumice stone, propylene glycol | |
| SuperVisc | EASYCAP GmbH | Electrolyte-Gel for active electrodes | |
| Brain Vision Recorder | Brain Products GmbH | ||
| Brain Vision Analyzer | Brain Products GmbH | ||
| MATLAB using EEGLAB | Swartz Center for Computational Neuroscience, University of California San Diego | For EEG processing, including averaging of all EEG epochs |
References
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