Summary
Misurazione del dolore in pazienti non-verbale è una sfida. In questo studio registrazione EEG viene combinato con stimolazione usando una sonda piatto-punta per rilevare attività cerebrale nocive-evocato in maniera oggettiva.
Abstract
Il dolore è una spiacevole esperienza sensoriale ed emozionale. In pazienti non-verbale, è molto difficile misurare il dolore, anche con strumenti di valutazione del dolore. Tali strumenti sono soggettivi o determinano gli indicatori fisiologici secondari che hanno anche alcune limitazioni, in particolare se si desidera esplorare l'efficacia dell'analgesia. Di elaborazione corticale è essenziale per la percezione del dolore, misure di attività del cervello possono fornire un utile approccio per valutare il dolore nei neonati. Qui presentiamo un metodo per valutare la nocicezione con registrazioni di attività elettrofisiologica cervello ottimizzate per l'uso nei neonati. Per produrre stimoli nocivi altamente standardizzati e riproducibili abbiamo applicato lo stimolo meccanico con una sonda di piatto-punta, ad esempio, puntura di spillo, che non è pelle-rottura e non causare l'afflizione del comportamento. Il potenziale evocato nocive permette la misurazione oggettiva della nocicezione in pazienti non-verbale. Questo metodo può essere utilizzato nei neonati fin da 34 settimane di età gestazionale. Inoltre, potrebbe essere applicato in situazioni diverse come misurare l'efficacia dei farmaci anestetici o analgesici.
Introduction
Il dolore è una spiacevole esperienza sensoriale ed emotiva associata a danno tissutale reale o potenziale, o descritta in termini di tale danno1. L'incapacità di comunicare verbalmente non nega la possibilità che un individuo sta vivendo il dolore ma lo rende molto difficile da valutare la terapia antidolorifica, per esempio in infanti neonati2. Diversi indicatori comportamentali e fisiologici sono utilizzati per valutare il dolore in pazienti non-verbale. Diverse scale sono state sviluppate nel corso degli anni, la scelta dipende dal tipo di stimolo, l'età gestazionale e l'ambiente in cui i neonati sono embeded3,4,5. Questi strumenti di valutazione del dolore neanche si basano sull'interpretazione di rater o chiedono indicatori fisiologici secondari.
In questo video, vi presentiamo un metodo per valutare la nocicezione con registrazioni elettrofisiologiche ottimizzate per l'uso nei neonati. Nocicezione è definita come il processo neurale di codifica stimoli nocivi. Così, quantificazione nocicezione è un metodo elegante e oggettivo per determinare l'input neurale in una persona non-verbale. Inoltre, l'attività corticale rilevata da elettroencefalografia (EEG) è correlato con l'intensità di eventi nocivi5,6.
Il metodo presentato qui combina la registrazione EEG con stimoli nocivi producerat da una stimolazione meccanica con una sonda di piatto-punta, chiamata anche una puntura di spillo7, che non è pelle-rottura e non provoca disagio comportamentale6. È stato dimostrato, che segue di nocicezione punteggiano la stimolazione è principalmente mediata da fibre Aδ, fa non ha bisogno di una pelle rottura potenziale lesione8 e la grandezza della nocicettivo specifico non è dipendente da dormire stato9. La sonda è ben accettata anche dai genitori quando si applica questo metodo in un ambiente di studio con neonati. La sonda è legata elettronicamente per il sistema di registrazione di EEG che permette la registrazione EEG di essere taggati con precisione quando la sonda di contatto con la pelle. Questo notevolmente semplifica il processo di chiusura di tempo ed è la premessa per tutte le successive analisi di EEG. Al fine di minimizzare i tempi di preparazione della registrazione EEG neonato abbiamo usato un sistema di posizionamento internazionale 10/20 elettrodo modificato dove abbiamo ridotto il numero di elettrodi per il requisito minimo di tre elettrodi (Figura 1). L'elettrodo Cz vertice centrale, dove l'attività cerebrale nocive-evocato è massima9,10,11, è stato usato insieme a un riferimento e un elettrodo a terra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Lo studio è stato approvato del competente comitato etico della Svizzera nordoccidentale (EKNZ 2015-079) e informato consenso scritto dei genitori per il partecipante è stato ottenuto prima della misurazione.
1. preparazione
- Assicurarsi che il bambino è depositato. Dovrebbe essere tranquillo e costante, senza succhiare movimenti durante la registrazione a causa di artefatti di movimento. Il bambino può essere addormentato9.
- Misurare la circonferenza della testa del neonato con un nastro di misurazione per definire le dimensioni della PAC EEG.
- Identificare la posizione di elettrodo attivo: Cz / punto di posizione di vertice contrassegnando il punto di mezzo tra nasion e inion e il punto di mezzo tra il preaurical destro e sinistro con una matita di marcatore di pelle. Per il posizionamento degli elettrodi Vedi anche Figura 1.
- Identificare le posizioni di elettrodo di terra: fronte di destra (Fp2) e l'elettrodo di riferimento: mastoide sinistro (A1).
- Pulire i siti di elettrodo (Cz, Fp2 e A1) con disinfettante con un batuffolo di cotone. In caso di un sacco di capelli, separare i capelli per visualizzare il cuoio capelluto.
- Pulire delicatamente i siti elettrodo con EEG durante la preparazione pasta, utilizzando un tampone di cotone, per abbassare l'impedenza.
- Posizionare il tappo di EEG con elettrodi fissati sulla testa del neonato.
- Iniettare il gel conduttivo EEG gli elettrodi usando una siringa con un ago di plastica corto per ottimizzare il contatto tra gli elettrodi e il cuoio capelluto.
- Regolare gli elettrodi fino a quando l'impedenza è inferiore a 50 kΩ come descritto nelle raccomandazioni del produttore e in linee guida pubblicate12.
- Posizionare una videocamera per registrare le espressioni facciali di neonato.
- Collegare la sonda di piatto-punta per il dispositivo di innesco a contatto, che è fissato al dispositivo di registrazione EEG. Quando la sonda piatto-punta raggiunge la forza nominale sulla pelle, viene generato un segnale di trigger dal dispositivo di innesco a contatto. Questo segnale viene inviato al computer, tagging EEG registrazione con un segno di trigger.
2. misurazione
- Selezionare un nome di studio per memorizzare i dati.
-
Aggiungere filtri passa banda online:
- Filtri di visualizzazione:
Filtro low cut-off: frequenza: 1Hz
Alto filtro cutoff: frequenza: 70 Hz
Filtro notch: 50 Hz
Frequenza di campionamento: 2000 Hz
- Filtri di visualizzazione:
- Avviare la registrazione video e EEG.
- Tenere la mano destra di neonato in posizione orizzontale. Lo stimolo può essere applicato anche su un sito diverso, ad esempio il piede, che si tradurrà in latenza più lunga rispetto dalla mano, per vedere dettagli 3,7.
- Primo record sfondo attività EEG. Mentre è tenuto in mano di neonato, annotare la registrazione EEG manualmente per registrare i periodi in cui non vengono applicati stimoli e l'infante è a riposo.
- Condurre la quantità necessaria di stimoli piatto-punta sonda secondo il disegno dello studio sulla mano destra di neonato. Nel nostro disegno sperimentale, impostare il numero di stimoli piatto-punta sonda a 50. Prestare attenzione a utilizzare la sonda piatto-punta perpendicolarmente alla mano di neonato, così non si piega la punta e la corretta forza è applicata. Eseguire gli stimoli di piatto-punta sonda usando un minimo di 2 a 3 s intervallo Inter-stimolo (ISI)6 per evitare la sommatoria.
- Interrompere tutte le registrazioni.
- Documentare i dettagli di impostazione sperimentale.
3. analisi dei dati
- Filtrare i dati grezzi di EEG offline utilizzando un filtro passa-alto a 1 Hz e un filtro passa-basso a 30 Hz.
- Segmentare i dati in epoche di 1.500 ms (500 ms prima a 1.000 ms dopo l'inizio dello stimolo).
- Eseguire una correzione della linea di base per l'intervallo pre-stimolo.
- Manualmente e rifiutare le epoche di EEG contenente manufatti, quali artefatti di movimento e rumore, dopo l'ispezione visiva. Si veda anche il contorno tutorial: https://sccn.ucsd.edu/wiki/Chapter_01:_Rejecting_Artifacts
- Media le epoche di EEG (per la risposta sfondo e stimolo separatamente).
- Legnosa filtrare i dati con un jitter massimo di ± 50 ms nella finestra di tempo 0 - 1.000 ms post inizio di stimolo. In questo modo le differenze di latenza tra i neonati. Fare questo per le risposte di sfondo e stimolo separatamente.
- Progetto di un modello di attività nocive-evocato cerebrale, che è stato definito un set di dati indipendenti ed è stato descritto dettaglio altrove11 ai dati per accertare l'entità della risposta evocata nocive all'interno di ogni singola prova. Il modello descrive una forma d'onda caratteristica della risposta evocata nocive e la grandezza riflette la quantità di questa risposta evocata nocive all'interno la prova individuale.
Nota: L'intervallo di tempo in cui il modello di progetto dipende dall'età dell'infante e la posizione dello stimolo. Se stimoli vengono applicati alla mano, allora l'intervallo di tempo di interesse è 200-500 ms dopo stimolo11. Se gli stimoli vengono applicati al piede, poi l'intervallo di tempo di interesse è 400-700 ms dopo stimolo11. Si noti che questo modello è stato convalidato solo attualmente per gli infanti tra gestazione 34-43 weeks'. Per metodi dettagliati associati all'utilizzo di questo modello e una discussione delle limitazioni, vedere Hartley et al 201711. - Controllare che l'entità dell'attività del cervello nocive-evocato calcolato utilizzando il modello è significativamente più in alto seguendo lo stimolo, confrontato con sullo sfondo EEG.
- Analizzare l'espressione facciale del comportamento in seguito (fotocamera è collegata al EEG registrazione) utilizzando il sistema di codificazione facciale neonatale2,13.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figura 1 è la rappresentazione schematica dell'elettrodo posizionamento utilizzando il sistema di posizionamento elettrodo di 10/20 internazionale modificato. La figura 2 Mostra l'attività EEG registrato poco prima e dopo l'applicazione di un singolo stimolo nocivo utilizzando una sonda di piatto-punta con 32 mN forza, stimolazione si è verificato come descritto nel protocollo alla mano destra del neonato (Figura 2A). La risposta di nocive-evocato è visibile all'inizio di circa 300 ms post stimolo (tempo 0). Figura 2B dimostra la risposta media di 50 stimoli applicati con una forza di 32 mN al paziente stesso. Si noti che il potenziale evocato nocive è più chiaramente se vengono applicati più stimoli. Filtro legnosa, come mostrato in Figura 2, può essere utilizzato per regolare per lieve variabilità nella latenza di risposta. Il modello predefinito11, mostrati in rosso, viene proiettata l'EEG per calcolare la grandezza della risposta evocata nocive.
Figura 1: Rappresentazione schematica del posizionamento degli elettrodi utilizzando il sistema di posizionamento internazionale 10/20 modificate elettrodo.
Figura 2: attività EEG registrato in risposta alla stimolazione nociva sperimentale. Uno stimolo di piatto-punta sonda (32 mN) è stato applicato alla mano destra di un paziente, l'intervallo di tempo di interesse 200-500 ms dopo che lo stimolo è ombreggiato. Pannello a: attività EEG dopo un singolo stimolo, il picco principale a 250 ms è contrassegnata con una freccia. Pannello b: una media di risposta dopo 50 stimoli. Pannello c: Woody filtrati dati con modello proiettata (rosso). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
L'approccio qui presentato Mostra come nocive-evocato cervello attività nei neonati può essere misurata in modo oggettivo, mediante registrazione EEG e piatto-punta sonda stimolatori di applicare stimoli nocivi sperimentali. Questa tecnica può essere utilizzata in varie regolazioni cliniche per rilevare la nocicezione, ad esempio in persone non verbali quali i neonati. Lo studio completo può essere fatto entro 15 min, compresa l'immissione del bambino, individuazione, preparazione e montaggio di elettrodi e infine l'applicazione e registrazione i 50 stimoli nocivi. Gli stimoli non causano l'afflizione del comportamento infantile, e questo approccio fornisce un metodo oggettivo per valutare la nocicezione in infanti.
In questo studio, abbiamo usato uno stimolo di piatto-punta sonda con una lieve forza 32 milioni di euro. Forze superiori di mN 64 o 128 mN possono essere applicate anche in neonati ma possono portare a manufatti di aumento dei movimenti a causa del ritiro di arto. Abbiamo notato che nel nostro studio neonati accettano una forza di 32 mN molto bene e non si sono ritirato loro membra, considerando che uno stimolo con 128 mN forza conduce al ritiro riflesso bilaterale6. Esso ha dimostrato che il potenziale evocato nocive è maggiore a seconda della forza del piatto-punta sonda stimolo (32 vs 64 mN)6,14. Verriotis et al hanno dimostrato che i bambini all'età di 1 anno hanno ampiezza superiore nei loro punteggi di dolore superiore e potenziali evento-correlati vertice di neonati15. Di conseguenza, la forza dello stimolo piatto-punta sonda può essere adattata a seconda dell'età del paziente16.
Gli studi precedenti registrati nocicezione da neonati essendo allattato supina o incline o anche dalla loro parte. Per mantenere costante sperimentale impostazioni, si consiglia di tenere una posizione soprattutto quando si esegue uno studio con più partecipanti. Abbiamo trovato che la misurazione in posizione supina ha funzionato bene. Abbiamo effettuato gli stimoli di sonda piatto-punta sulla mano del neonato. Posizionamento e gestione del neonato può essere più facile se applicando gli stimoli per la mano rispetto al piede. Il piede infatti è più comunemente usato negli studi, tuttavia, abbiamo trovato che stimolare il dorso della mano può essere più facile che l'accesso a piedi. Ritiro riflesso è una misura utile supplementare di attività nocicettiva, che può essere incorporato in una valutazione multidimensionale del dolore in questo impegnativo della popolazione non-verbale17.
Nonostante evitando qualsiasi disagio e movimento dei manufatti c'è sempre attività neuronale spontanea. Quindi filtro e in media è importante al fine di attenuare il rumore di fondo e visualizzare l'evento relativo potenziale. Inoltre, ripetizione di stimoli piatto-punta sonda, ad esempio 50, fortemente migliora il rapporto segnale-rumore. Per analizzare i dati, tempo di chiusura di tutte le misurazioni è cruciale.
Una sfida tecnica ulteriore in neonati poco dopo la nascita è la presenza di vernice caseosa rivestimento pelle degli infanti neonati compresi la testa, che è perché loro pelle deve essere pulita accuratamente con paste extra durante la preparazione anche quando gli elettrodi attivi sono utilizzato. A nostro parere, gli elettrodi attivi sono più adatte per questo metodo rispetto agli elettrodi passivi perché sono meno sensibili al movimento esterno sui fili. Inoltre, sono più facili da utilizzare, poiché essi accettano impedenze superiore dovuto il pre-amplificatore integrato. Tuttavia, elettrodi passivi possono essere utilizzati come bene.
Per l'analisi dei dati, abbiamo usato il metodo descritto da Hartley et al. 6 , 11. un altro metodo è l'analisi tempo-frequenza dimostrata da Hu et al. 18.
Presi insieme, i metodi tecnici, installazione e interpretazione dei risultati richiedono un team addestrato con preferibilmente due persone facendo la misura, uno applicabile gli stimoli, mentre l'altro sta verificando l'EEG. Se il neonato è non fisso, l'EEG sarà essere contaminati con artefatti di movimento e non è possibile effettuare le misurazioni. Inoltre, a causa di validità, è obbligatorio avere un certo numero di stimoli, che può essere difficile.
Nocicezione matura nella vita in anticipo e più presto gestazione 34 weeks' il cervello dei neonati possa distinguere tra tocco e nocicezione17. Sotto l'età di gestazione 34 weeks', i neonati sono più probabili di generare aspecifici scoppia un neurone19 considerando che nei neonati pretermine tardo a partire a gestazione 34 weeks' il metodo qui descritto può essere usato11. Questo metodo apre la porta per una serie di indagini di ricerca. Ad esempio, potrebbe essere utilizzato per verificare l'impatto dello stress da nascita sulla nocicezione20 o per testare l'impatto specifico di vari farmaci analgesici in neonati ed in infanti6,21. Ad esempio, il protocollo presentato qui è stato recentemente utilizzato in uno studio che dimostra l'efficacia degli anestetici locali topici nel ridurre significativamente il potenziale evocato nocive quando uno stimolo nocivo è stato applicato ad un piede trattato rispetto al attività di base o per il non trattato piede11.
In conclusione, potenziali evocati nocivi del cervello in registrazioni EEG rendono possibile indagare oggettivamente misure sostitutive di percezione del dolore in pazienti non-verbale. Questo metodo è applicabile per l'uso in ambito clinico nelle indagini di ricerca. Con la chiusura a tempo, gli stimoli di piatto-punta sonda al EEG registrazione è possibile valutare in modo affidabile la risposta nocicettiva elettrofisiologica.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Gli autori non hanno nulla a rivelare.
Acknowledgments
Gli autori desidera ringraziare Caroline Hartley e Rebeccah Slater (dipartimento di pediatria, Università di Oxford, UK) per la revisione critica la nostra carta e Walter Magerl (dipartimento di neurofisiologia, centro di biomedicina e tecnologia medica Mannheim (CBTM), Università di Heidelberg, Germania) per averci sostenuto con attrezzature tecniche e la conoscenza.
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
- Bonica, J. J. The need of a taxonomy. Pain. 6 (3), 247-248 (1979).
- Duhn, L. J., Medves, J. M. A systematic integrative review of infant pain assessment tools. Adv Neonatal Care. 4 (3), 126-140 (2004).
- Witt, N., Coynor, S., Edwards, C., Bradshaw, H. A Guide to Pain Assessment and Management in the Neonate. Curr Emerg Hosp Med Rep. 4, 1-10 (2016).
- Hummel, P., van Dijk, M. Pain assessment: current status and challenges. Semin Fetal Neonatal Med. 11 (4), 237-245 (2006).
- Slater, R., Fitzgerald, M., Meek, J. Can cortical responses following noxious stimulation inform us about pain processing in neonates? Semin Perinatol. 31 (5), 298-302 (2007).
- Hartley, C., et al. The relationship between nociceptive brain activity, spinal reflex withdrawal and behaviour in newborn infants. Sci Rep. , 31 (2015).
- Iannetti, G. D., Baumgärtner, U., Tracey, I., Treede, R. D., Magerl, W. Pinprick-evoked brain potentials: a novel tool to assess central sensitization of nociceptive pathways in humans. J Neurophysiol. 110 (5), 1107-1116 (2013).
- Ziegler, E. A., Magerl, W., Meyer, R. A., Treede, R. D. Secondary hyperalgesia to punctate mechanical stimuli. Central sensitization to A-fibre nociceptor input. Brain. 122 (Pt 12), 2245-2257 (1999).
- Slater, R., et al. Evoked potentials generated by noxious stimulation in the human infant brain. Eur J Pain. 14 (3), 321-326 (2010).
- Fabrizi, L., et al. A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from pain. Curr Biol. 21 (18), 1552-1558 (2011).
- Hartley, C., et al. Nociceptive brain activity as a measure of analgesic efficacy in infants. Sci Transl Med. 9 (388), (2017).
- Keil, A., et al. Committee report: publication guidelines and recommendations for studies using electroencephalography and magnetoencephalography. Psychophysiology. 51 (1), 1-21 (2014).
- Grunau, R. V., Johnston, C. C., Craig, K. D. Neonatal facial and cry responses to invasive and non-invasive procedures. Pain. 42 (3), 295-305 (1990).
- van den Broeke, E. N., et al. Characterizing pinprick-evoked brain potentials before and after experimentally induced secondary hyperalgesia. J Neurophysiol. 114 (5), 2672-2681 (2015).
- Verriotis, M., et al. Cortical activity evoked by inoculation needle prick in infants up to one-year old. Pain. 156 (2), 222-230 (2015).
- Rolke, R., et al. Quantitative sensory testing in the German Research Network on Neuropathic Pain (DFNS): standardized protocol and reference values. Pain. 123 (3), 231-243 (2006).
- Moultrie, F., Slater, R., Hartley, C. Improving the treatment of infant pain. Curr Opin Support Palliat Care. 11 (2), 112-117 (2017).
- Hu, L., Zhang, Z. G., Mouraux, A., Iannetti, G. D. Multiple linear regression to estimate time-frequency electrophysiological responses in single trials. Neuroimage. 111, 442-453 (2015).
- Hartley, C., et al. Changing Balance of Spinal Cord Excitability and Nociceptive Brain Activity in Early Human Development. Curr Biol. 26 (15), 1998-2002 (1998).
- Evers, K. S., Wellmann, S. Arginine Vasopressin and Copeptin in Perinatology. Front Pediatr. 4 (75), (2016).
- Slater, R., et al. Oral sucrose as an analgesic drug for procedural pain in newborn infants: a randomised controlled trial. Lancet. 376 (9748), 1225-1232 (2010).
