Summary
Het meten van pijn bij non-verbale patiënten is een uitdaging. In deze studie combineren we EEG opname met stimulatie met behulp van een flat-tip sonde hersenactiviteit schadelijke-opgeroepen op een objectieve manier.
Abstract
Pijn is een onaangename sensorische en emotionele ervaring. In non-verbale patiënten is het zeer moeilijk te meten van pijn, zelfs met pijn assesment tools. Deze tools zijn subjectief of secundaire fysiologische indicatoren die ook bepaalde beperkingen, hebben met name bij het verkennen van de effectiviteit van analgesie bepalen. Zoals corticale verwerking essentieel voor pijn perceptie is, voorschrijven hersenen activiteit maatregelen een nuttige aanpak om te beoordelen van de pijn bij zuigelingen. Hier presenteren we een methode voor de beoordeling van de Nociceptie met elektrofysiologische hersenen activiteit opnames geoptimaliseerd voor het gebruik bij pasgeboren zuigelingen. Te sterk gestandaardiseerd en reproduceerbare schadelijke stimuli produceren wij mechanische stimulatie met een flat-tip sonde, bijvoorbeeldPinPrick, die niet huid-breken en veroorzaakt geen gedrags nood toegepast. De potentieel schadelijke-opgeroepen kan de objectieve meting van Nociceptie in non-verbale patiënten. Deze methode kan worden gebruikt bij pasgeboren zuigelingen zo spoedig 34 weken zwangerschapsduur. Bovendien, kan het worden toegepast in verschillende situaties, zoals het meten van de effectiviteit van pijnstillende of verdovende drugs.
Introduction
Pijn is een onaangename sensorische en emotionele ervaring die verband houden met feitelijke of mogelijke weefselbeschadiging, of beschreven in termen van dergelijke schade1. Het onvermogen om te communiceren verbaal doet niet ontkennen de mogelijkheid dat een individu pijn beleeft maar maakt het erg uitdagend om te beoordelen van pijnstillende behandeling, bijvoorbeeld in pasgeboren zuigelingen2. Verschillende gedrags- en fysiologische indicatoren worden gebruikt voor het beoordelen van de pijn bij non-verbale patiënten. Verschillende schalen zijn ontwikkeld door de jaren heen, de keuze is afhankelijk van het soort stimulans, zwangerschapsduur en de omgeving waarin de pasgeborenen embeded3,4,5. Deze pijn assesment tools ofwel baseren op de de rater uitlegging of zij eisen secundaire fysiologische indicatoren.
In deze video presenteren we een methode voor de beoordeling van de Nociceptie met elektrofysiologische opnames geoptimaliseerd voor gebruik in pasgeboren baby. Nociceptie is gedefinieerd als het neuraal proces van codering schadelijke stimuli. Dus is quantitating Nociceptie een elegante en objectieve methode om te bepalen van de neurale input in een non-verbale persoon. Bovendien, corticale activiteit gedetecteerd door elektro-encefalografie (EEG) is gecorreleerd met de intensiteit van schadelijke gebeurtenissen5,6.
De methode die hier gepresenteerd combineert EEG opname met schadelijke stimuli geproduceerd door een mechanische stimulatie met een flat-tip sonde, ook wel genoemd een pinprick7, die niet huid-breken en veroorzaakt geen gedrags nood6. Het is aangetoond, dat Nociceptie volgende accentueren stimulatie voornamelijk wordt gemedieerd door Aδ-vezels, heeft geen behoefte aan een huid breken laesie8 en de omvang van de Nociceptieve-specifieke potentiële niet afhankelijk van is staat9slapen. De sonde is goed ook geaccepteerd door ouders bij de toepassing van deze methode in het kader van een studie met pasgeborenen. De sonde is elektronisch verbonden met de EEG opnamesysteem waardoor de EEG opname moeten precies worden gecodeerd wanneer de sonde contact maakt met de huid. Dit vereenvoudigt het proces van het vergrendelen van de tijd sterk en is het uitgangspunt voor alle daaropvolgende analyses van de EEG. Oog op het minimaliseren van de bereidingstijd van de zuigeling EEG opname hebben we gebruikt een gemodificeerde internationale 10/20 elektrode plaatsing systeem waar we verminderde het aantal elektroden aan de minimum eis van drie elektroden (Figuur 1). De centrale hoekpunt Cz elektrode, waar de schadelijke-opgeroepen hersenactiviteit maximaal9,10,11 is, werd gebruikt samen met een verwijzing en een grond-elektrode.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De studie werd goedgekeurd door de bevoegde ethische Comité van noordwestelijke Zwitserland (EKNZ 2015-079) en geïnformeerde schriftelijke toestemming van de ouders voor de deelnemer is verkregen vóór de meting.
1. voorbereiding
- Zorg ervoor dat de baby wordt afgewikkeld. Het moet rustig en verrekend, zonder zuigen bewegingen tijdens de opname wegens bewegingsartefacten. De baby kan worden in slaap9.
- Meten van de hoofdomtrek van de pasgeborene met een meetlint te bepalen van de grootte van het GLB van de EEG.
- De positie van de actieve elektrode bepalen: Cz / hoekpunt positie door de markering van het middelste punt tussen nasion en inion en het middelste punt tussen de linker- en preaurical point met een huid marker potlood. Zie ook Figuur 1voor de positionering van de elektroden.
- Identificeren van de posities van de grond elektrode: juiste voorhoofd (Fp2), en de referentie-elektrode: linker mastoid (A1).
- Reinig de elektrode sites (Cz, Fp2 en A1) met een ontsmettingsmiddel met een wattenstaafje. In het geval van veel van haar, scheidt u het haar om te visualiseren van de hoofdhuid.
- Scrub zachtjes de elektrode sites met EEG prepping plakken, met behulp van een wattenstaafje, te verlagen van de impedantie.
- Plaats de dop van de EEG met de elektroden aangesloten op de pasgeborene het hoofd.
- Injecteren geleidende EEG gel in de elektroden met behulp van een spuit met een korte kunststof naald voor het optimaliseren van het contact tussen de elektroden en de hoofdhuid.
- Pas de elektroden totdat de impedantie lager dan 50 kΩ is als beschreven in de aanbevelingen van de fabrikant en in gepubliceerde richtsnoeren12.
- Plaats een camera om op te nemen van de pasgeborene gezichtsuitdrukkingen.
- De flat-tip sonde verbinden met het contact trigger-apparaat, dat is bevestigd aan de EEG opname-apparaat. Wanneer de sonde flat-tip de nominale kracht op de huid bereikt, wordt een trigger signaal gegenereerd door het apparaat contact trigger. Dit signaal wordt verzonden naar de computer, de EEG opname met een trigger mark tagging.
2. meting
- Selecteer de naam van een studie voor het opslaan van de gegevens.
-
Online band pass filters toevoegen:
- Weergavefilters:
Lage cutoff filter: frequentie: 1 Hz
Hoge cutoff filter: frequentie: 70 Hz
Notch filter: 50 Hz
Bemonsteringsfrequentie: 2000 Hz
- Weergavefilters:
- De EEG en video-opname te starten.
- Houd van de pasgeborene rechterhand in een horizontale positie. De prikkel kan ook worden toegepast op een andere site, Zie bijvoorbeeld de voet, wat leiden langere latentie dan van hand tot zal, voor details 3.7.
- Eerste record achtergrond EEG activiteit. Terwijl de pasgeborene in de hand wordt gehouden, aantekeningen de EEG opname handmatig te registreren periodes waar geen prikkels worden toegepast en de zuigeling is rust.
- Het gedrag van het normbedrag van flat-tip sonde stimuli volgens het ontwerp van de studie aan de rechterhand van de pasgeborene. In onze proefopzet, stelt u de het nummer van flat-tip sonde stimuli op 50. Wees voorzichtig om de sonde van de flat-tip loodrecht op de pasgeborene de hand gebruiken, zodat de tip niet buigt en de juiste kracht wordt toegepast. De prikkels van de flat-tip sonde met minimaal een 2 à 3 s tussen stimulus interval (ISI)6 om te voorkomen dat sommatie uitvoeren
- Alle opnamen te stoppen.
- Het document van de experimentele instelling details.
3. de gegevensanalyse
- De ruwe gegevens van de EEG off line met behulp van een high-pass filter op 1 Hz en een low-pass filter bij 30 Hz filteren.
- Het segment van de gegevens in de tijdperken van de 1.500 ms (500 ms voor 1000 MS na het begin van de stimulus).
- Een correctie van de basislijn voor het pre stimulans interval uit te voeren.
- Handmatig verwerpen de tijdperken van de EEG met artefacten, zoals bewegingsartefacten en lawaai, na visuele inspectie. Zie ook de tutorial omtrek: https://sccn.ucsd.edu/wiki/Chapter_01:_Rejecting_Artifacts
- Gemiddelde van de tijdperken van de EEG (voor de achtergrond en prikkel reactie afzonderlijk).
- De gegevens met een maximale jitter van ± 50 ms in de tijd venster 0 - 1000 ms Woody filteren post stimulans begin. Dit zorgt voor latentie verschillen tussen kinderen. Doe dit voor de achtergrond en stimulans reacties afzonderlijk.
- Project van een sjabloon van schadelijke-opgeroepen hersenactiviteit, die is gedefinieerd in een onafhankelijke dataset en is beschreven in detail elders11 op de gegevens om na te gaan van de omvang van de schadelijke-evoked respons binnen elke individuele proef. De sjabloon wordt beschreven met een karakteristiek golfvorm van de schadelijke-evoked respons en de omvang weerspiegelt het bedrag van deze schadelijke-opgeroepen antwoord binnen de individuele proef.
Opmerking: Het venster van de tijd waarop u wilt project van de sjabloon is afhankelijk van de leeftijd van het kind en de positie van de stimulus. Als stimuli worden toegepast aan de hand dan het venster van de tijd van belang is post 200-500 ms stimulans11. Als de stimuli worden toegepast op de voet dan het venster van de tijd van belang is post 400-700 ms stimulans11. Merk op dat er alleen op dit moment deze sjabloon is gevalideerd voor zuigelingen tussen 34-43 weken zwangerschap. Raadpleeg voor gedetailleerde methoden zijn gekoppeld met behulp van deze sjabloon en een bespreking van de beperkingen, Hartley et al. 201711. - Controleer dat de omvang van de schadelijke-opgeroepen hersenactiviteit berekend met behulp van de sjabloon volgt aanzienlijk hoger de prikkel, in vergelijking met op de achtergrond van de EEG.
- De gedrags gelaatsuitdrukking achteraf analyseren (camera is gekoppeld aan de EEG opname) met behulp van de neonatale Facial Coding System2,13.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figuur 1 is een schematische voorstelling van de elektrode positionering met behulp van de gewijzigde internationale 10/20 elektrode plaatsing systeem. Figuur 2 toont de EEG-activiteit opgenomen kort voor en na toepassing van één enkele schadelijke prikkel met een flat-tip sonde met 32 mN kracht, stimulatie is opgetreden zoals beschreven in het protocol bij de pasgeborene de rechterhand (figuur 2A). De schadelijke-opgeroepen reactie is zichtbaar bij ongeveer 300 ms post stimulans begin (tijd 0). Figuur 2B toont de gemiddelde respons van 50 stimuli toegepast met een kracht van 32 mN aan de dezelfde patiënt. Merk op dat het potentieel schadelijke-opgeroepen duidelijker is als meer stimuli worden toegepast. Woody filteren, kan zoals weergegeven in figuur 2C, worden gebruikt om aan te passen voor lichte variabiliteit in de respons latency. De vooraf gedefinieerde sjabloon11, weergegeven in het rood, wordt geprojecteerd op het EEG voor de berekening van de omvang van de schadelijke-evoked respons.
Figuur 1: Schematische weergave van de elektrode positionering met behulp van de gewijzigde internationale 10/20 elektrode plaatsing systeem.
Figuur 2: EEG activiteit opgenomen in reactie op de experimentele schadelijke stimulatie. Een flat-tip sonde stimulans (32 mN) werd toegepast op de rechterhand van één patiënt, het venster van de tijd van belang 200-500 ms na de stimulus en om gearceerd zijn. Paneel A: EEG activiteit na een enkele prikkel, de belangrijkste piek op 250 ms is gemarkeerd met een pijl. Paneel B: gemiddeld antwoord volgt 50 prikkels. Paneel C: Woody gefilterde gegevens met verwachte sjabloon (rood). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De hier gepresenteerde benadering toont hoe schadelijke-opgeroepen hersenen activiteit bij pasgeborenen kan worden gemeten op een objectieve manier met behulp van EEG opname en flat-tip sonde stimulatoren toe experimentele schadelijke stimuli. Deze techniek kan worden gebruikt in verschillende klinische instellingen te detecteren Nociceptie, bijvoorbeeld in non-verbale personen zoals pasgeborenen. De volledige studie kan worden gedaan binnen 15 min, met inbegrip van de baby, identificeren, voorbereiden en montage van de elektroden, en tot slot toe te passen en opname van de 50 schadelijke stimuli te plaatsen. De prikkels niet leidt tot de zuigeling gedrags nood, en deze aanpak biedt een objectieve methode om te beoordelen van de Nociceptie bij zuigelingen.
In deze studie gebruikten we een stimulans flat-tip sonde met een milde kracht van 32 mN. Hogere krachten van mN 64 of 128 mN kunnen ook worden toegepast bij pasgeborenen maar kunnen leiden tot verhoogde bewegingen artefacten als gevolg van intrekking van de ledematen. We gemerkt dat in onze studie pasgeborenen een kracht van 32 mN heel goed aanvaard en heeft niet de trekken van hun ledematen, terwijl een prikkel met 128 mN kracht tot bilaterale reflex terugtrekking6 leidt. Het is aangetoond dat het potentieel schadelijke-opgeroepen meer afhankelijk van de kracht van de flat-tip sonde stimulans (32 vs. 64 mN)6,14 is. Verriotis et al. toonde aan dat kinderen op de leeftijd van 1 jaar hogere amplitude in hun hoekpunt gebeurtenis-gerelateerde pijn van potentiële en hogere scores dan pasgeboren zuigelingen15 hebben. Dus, de kracht van de flat-tip sonde prikkel kan worden aangepast afhankelijk van de leeftijd van de patiënt16.
Eerdere studies opgenomen Nociceptie van pasgeborenen worden verpleegd liggende of gevoelig of zelfs aan hun kant. Experimentele instellingen om constant te houden, raden we één positie met name bij het uitvoeren van een studie met verschillende deelnemers. We vonden dat het uitvoeren van de meting in een liggende positie goed werkte. Wij de flat-tip sonde stimuli uitgevoerd op de pasgeborene in de hand. Plaatsing en behandeling van de pasgeborene wellicht gemakkelijker als de prikkels toe te passen op de hand ten opzichte van de voet. De voet is in feite meer algemeen gebruikt in studies, echter, vonden we dat het stimuleren van de rug van de hand kunnen gemakkelijker dan de toegang tot de voet. Reflex terugtrekking is een nuttige aanvullende maatregel van Nociceptieve activiteit, die kan worden opgenomen in een multidimensionale beoordeling van pijn in dit uitdagende non-verbale bevolking17.
Ondanks het vermijden van eventuele ongemak en verkeer artefacten is er altijd spontane Neuronale activiteit. Filteren en gemiddeld is dus belangrijk om te verzachten de achtergrondgeluiden en visualiseren van de gebeurtenis gerelateerde potentieel. Ook, herhaling van flat-tip sonde stimuli, bijvoorbeeld 50, sterk verbetert het signal-to-noise verhouding. De gegevens, analyseert tijd-vergrendeling van alle metingen is van cruciaal belang.
Een verdere technische uitdaging bij pasgeborenen kort na de geboorte is de aanwezigheid van vernix caseosa coating op de huid van pasgeboren baby's met inbegrip van het hoofd, dat is waarom hun huid moet zorgvuldig worden schoongemaakt met een extra prepping paste zelfs wanneer de elektroden van de actieve zijn gebruikt. Volgens ons zijn actieve elektroden beter geschikt voor deze methode dan passieve elektroden omdat ze minder gevoelig voor externe verkeer op de draden zijn. Ook zijn ze gemakkelijker te gebruiken aangezien zij instemmen met hogere impedances als gevolg van de ingebouwde voorversterker. Passieve elektroden kunnen echter ook worden gebruikt.
Voor data-analyse gebruiken we de methode beschreven door Hartley et al. 6 , 11. een andere methode is de tijd-frequentie-analyse aangetoond door Hu et al. 18.
Samen genomen, vereist de technische methoden, setup en interpretatie van de resultaten een opgeleid team met bij voorkeur twee mensen het doen van de meting, een toepassing van de prikkels, terwijl de andere is het controleren van de EEG. Als de pasgeborene onrustig is, de EEG zullen worden besmet met bewegingsartefacten en het is niet mogelijk de metingen uit te voeren. Ook vanwege de geldigheid is het verplicht om te hebben een aantal stimuli, die uitdagende worden kan.
Nociceptie rijpt in vroege leven en zo vroeg als 34 weken zwangerschap de pasgeborenen hersenen kan onderscheid maken tussen touch en Nociceptie17. Jonger dan 34 weken zwangerschap hebben zuigelingen meer kans voor het genereren van niet-specifieke neuronale uitbarstingen19 overwegende dat in laat-vroeggeboorte zuigelingen vanaf 34 weken zwangerschap de hier beschreven methode gebruikte11 kunnen. Deze methode opent de deur voor een scala aan onderzoeken van het onderzoek. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het testen van het effect van stress op geboorte op Nociceptie20 of voor het testen van de specifieke gevolgen van verschillende pijnstillende medicijnen in pasgeborenen en zuigelingen6,-21. Bijvoorbeeld is het protocol gepresenteerd hier onlangs gebruikt in een studie aan te tonen de werkzaamheid van actuele lokale verdoving bij het aanzienlijk terugdringen van de potentieel schadelijke-opgeroepen wanneer een schadelijke stimulus werd toegepast op een behandelde voet in vergelijking met achtergrond van de activiteit of naar de onbehandelde voet11.
Kortom, maken hersenen schadelijke-evoked potentials in EEG-opnamen het mogelijk te onderzoeken objectief surrogaat maatregelen van pijn perceptie in non-verbale patiënten. Deze methode is van toepassing voor gebruik in de klinische setting in onderzoek onderzoeken. Door tijd-vergrendeling van de flat-tip sonde prikkels aan de EEG kan opname het elektrofysiologische Nociceptieve reactie op een betrouwbare manier te evalueren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs wil erkennen van Caroline Hartley en Rebeccah Slater (departement van pediatrie, Universiteit van Oxford, UK) voor de kritische herziening van onze papier en Walter Magerl (Afdeling Neurofysiologie, Center van biogeneeskunde en medische technologie Mannheim (CBTM), de Universiteit van Heidelberg, Duitsland) voor het steunen van ons met de technische uitrusting en kennis.
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.
- 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.
- 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.
- 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).
