Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Opname elektromagnetische hersenactiviteit tijdens de toediening van de gasvormige verdoving agenten Xenon en nitreuze Oxide bij gezonde vrijwilligers

Published: January 13, 2018 doi: 10.3791/56881
Automatic Translation
1, 1, 2, 3, 4, 1
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

Summary

Gelijktijdige Liquor en elektro-encefalografie biedt een nuttig instrument om te zoeken naar gemeenschappelijke en duidelijke macroschaal mechanismen van reducties in bewustzijn geïnduceerd door verschillende verdoving. Deze paper toont de empirische methodes ten grondslag liggen aan de opname van dergelijke gegevens van gezonde mensen tijdens N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based verdoving tijdens inademing van distikstofoxide (lachgas) en xenon.

Abstract

Anesthesie biedt misschien wel een van de slechts systematische manieren om te studeren van de neurale correlaten van mondiale bewustzijn/bewusteloosheid. Maar tot op heden de meeste neuroimaging of neurofysiologische onderzoeken bij de mens hebben beperkt tot de studie van γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based anesthetica, terwijl de effecten van Dissociatieve N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- receptor antagonist-gebaseerde verdoving ketamine, lachgas (N2van O) en xenon (Xe) zijn grotendeels onbekend. Dit document beschrijft de methoden die ten grondslag liggen aan de gelijktijdige opname van Liquor (MEG) en elektro-encefalografie (EEG) van de gezond mannetjes tijdens inademing van gasvormige verdoving agenten N2O en Xe. Combineren van MEG en EEG gegevens maakt de beoordeling van elektromagnetische hersenactiviteit tijdens anesthesie bij hoge temporele en matige ruimtelijke, resolutie. Hier beschrijven we een gedetailleerd protocol, verfijnd over meerdere opnamesessies, waarin onderwerp werving, verdoving apparatuur setup in MEG scanner kamer, gegevensverzameling en analyse van de basisgegevens. In dit protocol wordt elke deelnemer blootgesteld aan verschillende niveaus van Xe en N2O in een herhaalde maatregelen cross-over design. Aanleiding van relevante basislijn opnames deelnemers worden blootgesteld aan de stapsgewijze verhoging van geïnspireerd concentraties van Xe en N2O van 8, 16, 24 en 42%, en 16, 32 en 47% respectievelijk, gedurende welke hun niveau van ontvankelijkheid wordt bijgehouden met een auditieve continue prestaties taak (aCPT). Resultaten worden gepresenteerd voor een aantal opnames wil de sensor-niveau-eigenschappen van de ruwe gegevens, de spectrale topografie, de minimalisering van de hoofdbewegingen en de ondubbelzinnige niveau afhankelijke effecten op de auditieve evoked respons. Dit paradigma beschrijft een algemene aanpak om de opname van elektromagnetische signalen die is gekoppeld aan het optreden van de verschillende soorten van gasvormige anesthetica, die gemakkelijk kunnen worden aangepast voor gebruik met vluchtige en intraveneuze verdoving agenten. Verwacht wordt dat de methode geschetst aan het inzicht in de mechanismen van de macro-schaal van de verdoving bijdragen kan doordat methodologische extensies waarbij bron ruimte beeldvorming en functionele netwerkanalyse.

Introduction

Er is goede consensus tussen pre-klinische en klinische neurowetenschappelijke aanwijzingen dat het fenomeen van het menselijke bewustzijn afhankelijk is van de integriteit van expliciete neurale circuits. De observatie dat dergelijke schakelingen systematisch worden beïnvloed door de afdaling tot bewusteloosheid heeft de behoefte aan neuroimaging technieken worden gebruikt tijdens de anesthesie en inschakelen 'navigatie' de zoektocht naar de neurale correlaten van onderbouwd bewustzijn. Met de mogelijke uitzondering van de slaap, verdoving vertegenwoordigt de enige methode waaraan men kan, in een beheerste, omkeerbare en reproduceerbare wijze erover en dus ontleden, de mechanismen waarmee sub bewustzijn, met name op de macroscopische schaal van global brain dynamics. Klinisch, narcose kan worden gedefinieerd als een staat van hypnose/bewusteloosheid, immobiliteit en analgesie en blijft een van de meest overvloedig gebruikte en veiligste medische ingrepen. Ondanks de duidelijkheid en efficiëntie in het eindresultaat blijft er grote onzekerheid met betrekking tot de mechanismen van de actie van de verschillende soorten stoffen die aanleiding geven tot verdoving geïnduceerde bewusteloosheid1.

Verdoving kunnen worden onderverdeeld in intraveneuze agenten met name propofol en de barbituraten of volatile/gasvormige stoffen zoals Sevofluraan, Isofluraan, distikstofoxide (lachgas) (N2van O) en xenon (Xe). De farmacologie van de verdoving al gevestigde met meerdere cellulaire doelen geïdentificeerd als gekoppeld aan verdoving actie. De meeste agenten studeerde tot datum voornamelijk via de agonisme Toetredingsakte γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA) receptor gemedieerde activiteit. In contrast, de Dissociatieve agenten ketamine, worden Xe en N2O verondersteld om te oefenen hun effecten door voornamelijk gericht op N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamaterge receptoren2,3. Andere belangrijke farmacologische doelstellingen bevatten kalium kanalen, acetylcholine-receptoren en het restant glutamaat receptoren, AMPA en kainate, maar de omvang van hun bijdrage aan de verdoving actie ongrijpbaar (Zie voor een uitgebreide review blijft 4).

De mate van variabiliteit in het werkingsmechanisme en de waargenomen fysiologische en neurologische effecten van de verschillende soorten agenten maakt de afleiding van de algemene conclusies over hun invloed op de verwerking van de bewuste moeilijk. Verlies van bewustzijn (LOC) geïnduceerd door GABAergic agenten wordt het doorgaans gekenmerkt door een globale verandering in hersenactiviteit. Dit is duidelijk in het ontstaan van hoge-amplitude, lagefrequentie-delta (δ, 0,5-4 Hz) golven en de vermindering van hoge frequentie, gamma (γ, 35-45Hz) activiteit in het electroencephalogram (EEG), vergelijkbaar met de trage Golf slaap5,6 , evenals de grootschalige reducties in cerebrale bloed stroom en glucose metabolisme5,6,7,8,9,10,11,12 . Boveroux et al. 13 toegevoegd aan dergelijke waarnemingen door aan te tonen een significante afname van de rust van de functionele connectiviteit staat onder propofol verdoving met behulp van functionele magnetische resonantie imaging (fMRI). In tegenstelling, dissociatieve verdoving een minder opbrengst duidelijk profiel van effecten op de hersenactiviteit. In sommige gevallen zijn ze gekoppeld aan stijgingen van de cerebrale bloed stroom en glucose metabolisme14,15,16,17,18,19, 20,,21 , terwijl studies door Rex en collega's22 en Laitio en collega's23,24 te kijken naar de effecten van Xe verstrekte bewijsmateriaal van zowel verhoogde vooruit en verminderde hersenen activiteit. Een gelijkaardige onregelmatigheid kan worden gezien in de effecten op de EEG signalen25,26,27,28. Johnson et al.. 29 aangetoond een toename van het totale vermogen van de lage frequentie banden delta en theta zo goed zoals in de hogere frequentie band gamma in een hoge dichtheid EEG studie van Xe anesthesie terwijl tegengestelde opmerkingen werden gemaakt voor N2O in de delta, theta en Alfa frequentie30,31 bands en voor Xe in de hogere frequenties32. Dergelijke variabiliteit in de effecten van Xe op de hoofdhuid van de elektrische activiteit kan worden waargenomen in de Alfa en beta twee frequentiegebieden met beide verhoogt ook33 en verlagingen34 worden gerapporteerd.

Ondanks de bovengenoemde verschillen, het beeld begint te worden consistenter over agenten wanneer men probeert om naar te kijken veranderingen in functionele connectiviteit tussen hersengebieden. Dergelijke maatregelen zijn echter overwegend beperkt tot modaliteiten die noodzakelijkerwijs concessies met betrekking tot ruimtelijke of temporele resolutie. Terwijl de studies met behulp van de EEG lijken te duidelijk, en tot op zekere hoogte overeenstemming, veranderingen in de topologische structuur van functionele netwerken tijdens anesthesie/sedatie met propofol35, Sevofluraan36 en N2O37, onthullen de sterk verdeelde niveau EEG sensorgegevens heeft onvoldoende ruimtelijke resolutie zinvol definiëren en de hoekpunten van de overeenkomstige functionele netwerken af te bakenen. Omgekeerd, studies met behulp van de superieure ruimtelijke resolutie van fMRI en positron emissie tomografie (PET), vinden soortgelijke topologische wijzigingen in grootschalige functionele connectiviteit aan die van EEG13,38,39 ,40,41, echter onvoldoende temporele resolutie te karakteriseren van fase-amplitude-koppeling in de Alfa (8-13 Hz) EEG-band en andere dynamische verschijnselen die ontstaan als belangrijke handtekeningen van bezitten verdoving actie12,42. Bovendien, deze maatregelen niet direct evalueren elektromagnetische neurale activiteit43.

Daarom, om zinvol verder het begrip van de macroscopische processen gekoppeld aan het optreden van de verdoving, de beperkingen van de eerder genoemde onderzoeken moeten worden aangepakt; de beperkte dekking van verdoving agenten en de onvoldoende spatio-temporele resolutie van de niet-invasieve metingen. Op deze basis schetsen de auteurs een methode om tegelijkertijd record magnetoencephalogram (MEG) en EEG-activiteit bij gezonde vrijwilligers die is ontwikkeld voor het beheer van de gasvormige Dissociatieve verdoving agenten, Xe en N2O.

De MEG wordt gebruikt als het is de techniek alleen niet-invasieve neurofysiologische dan de EEG die heeft doorgaans een temporele resolutie milliseconde. EEG heeft het probleem van de vervaging van de elektrische velden door de schedel, die als een low-pass filter op cortically gegenereerde activiteit, fungeert terwijl MEG veel minder gevoelig voor deze kwestie en de kwestie van volume geleiding44 is. Het kan worden betoogd dat MEG hoger ruimtelijke en lokalisatie nauwkeurigheid dan EEG 45,46bron. EEG staat geen echte referentie-gratis opname37,47, maar MEG doet. MEG systemen meestal ook corticale activiteiten vastleggen in een veel breder frequentiebereik dan EEG, met inbegrip van hoge gamma48(meestal 70-90 Hz), die zijn voorgesteld te worden betrokken bij de hypnotische effecten van verdoving agentia inclusief Xe29 en N 2 O28. De MEG biedt neurofysiologische activiteit die die overgebracht door EEG, EEG-activiteit complimenten heeft betrekking op extracellulaire elektrische stromen terwijl MEG voornamelijk de magnetische velden die worden gegenereerd door intracellulaire stromingen46, weerspiegelt 49. Voorts MEG is bijzonder gevoelig voor elektrofysiologische activiteit raakvlak aan de cortex, terwijl EEG records meestal extracellulaire activiteit radiale tot en met de cortex-49. Dus het combineren van MEG en EEG gegevens heeft Super additieve voordelen50.

De gasvormige Dissociatieve agenten Xe en N2O hebben gekozen om de volgende redenen van het principe: ze zijn geurloos (Xe) of in wezen geurloos (N2O) en kan dus gemakkelijk worden gebruikt in de aanwezigheid van controlevoorwaarden wanneer werksaam by subklinisch concentraties. Daarnaast zijn ze goed geschikt voor extern beheer en controle in een labo-omgeving als gevolg van hun zwakke cardio-respiratoire depressieve effecten61. Xenon en een mindere mate N2O, behouden een relatief lage minimum-alveolaire - concentratie-(MAC)-wakker op welke 50% van de patiënten een mondelinge opdracht met waarden van 32.6 ± 6,1%51 en52 van de 63.3 + - 7,1% respectievelijk reageert. Ondanks Xe en N2O zowel NMDA receptorantagonisten, moduleren zij de EEG anders - Xe lijkt te gedragen zich meer als een typische GABAergic agent wanneer gecontroleerd met behulp van de Bispectral Index33,53,54 (één van verschillende benaderingen gebruikt om te controleren electroencephalographically diepte van verdoving). In tegenstelling, produceert N2O een veel minder herkenbaar electroencephalographic effect in die zin dat het slecht, als helemaal gecontroleerd met behulp van de Bispectral Index26. Omdat Xe verschillende gerapporteerde electroencephalographic eigenschappen aan de andere Dissociatieve agenten heeft, maar beschikt over vergelijkbare kenmerken aan de meer algemeen bestudeerde GABAergic agentia, heeft haar elektrofysiologische studie het potentieel om het onthullen van belangrijke functies met betrekking tot de neurale correlaten van bewustzijn en de overeenkomstige wijzigingen in het functionele netwerk. Agenten die op de NMDA-receptor handelen dreigen te onthullen meer over de hersenen netwerken die subserve normale en veranderd bewustzijn, gezien de essentiële rol die NMDA receptor gemedieerde activiteit speelt bij het leren en geheugen en haar geïmpliceerd rol in een aantal psychiatrische stoornissen zoals schizofrenie en depressie80.

Dit artikel richt zich vooral op de veeleisende en complexe gegevens verzameling procedure die is gekoppeld aan de levering van gasvormige verdoving agenten in een extramurale omgeving tijdens het gelijktijdig opnemen van MEG en EEG. Basisgegevens analyses op het niveau van de sensor is beschreven en vindt u voorbeeldgegevens illustreren dat HiFi-opnamen met minimale hoofd verkeer kunnen worden verkregen. De vele mogelijke manieren voor latere beeldvorming en/of functionele connectiviteit Bronanalyse die zou worden meestal uitgevoerd met behulp van dit soort gegevens worden niet beschreven, zoals deze methoden goed in de literatuur beschreven worden en tonen van de verschillende opties voor analyse55,56.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De studie getiteld "Effecten van ingeademd Xe en N2O op hersenactiviteit opgenomen met behulp van EEG en MEG" goedgekeurd (erkenningsnummer: 260/12) door de Alfred Hospital en Swinburne University of Technology ethisch comité en voldoet aan de eisen van de nationale Verklaring over ethisch gedrag in menselijke onderzoek (2007).

1. deelnemers selectie en voorstudie eisen

  1. Het gedrag van een interview Schakel gezonde, rechtshandige, volwassen mannen tussen de leeftijden van 20 en 40 jaar oud.
    1. Een goede algemene gezondheidstoestand bevestigen door het verkrijgen van de deelnemer Body Mass Index (BMI) en het ontbreken van contra-indicaties voor MRI of MEG (zoals geïmplanteerde metalen vreemde lichamen), alsmede een gedetailleerde medische voorgeschiedenis, met inbegrip van eventuele eerdere operaties, verzamelen belangrijk is dat elke ongunstige reacties op narcose die leiden uitsluiting van de studie tot zou.
    2. Specifiek uitsluiten van alle recente inname van psychoactieve of andere medicatie evenals ziekte zorgen voor de afwezigheid van een recreatief druggebruik en het ontbreken van een neurologische aandoening, epilepsie, hartaandoeningen, slaap apneu, bewegings en claustrofobie. Zoals het is vervolgens belangrijk om uitsluiten een goede afdichting met een verdoving gezichtsmasker deelnemers die grote baarden hebben, tenzij ze bereid bent te scheren.
      Opmerking: Uitsluiten vrouwtjes te wijten aan de gedocumenteerde gevolgen van menstruatie57 en/of leeftijd uitersten op het rust signaal MEG/EEG, alsmede de verhoogde neiging om misselijkheid en braken58.
  2. Volg de procedure van de narcose van dag-verblijf, zoals aangeduid in de Australië en Nieuw-Zeeland College van anesthesisten (ANZCA) richtsnoeren (Document PS15).
    1. Vragen in overeenstemming met deze richtsnoeren, de onderwerpen te snel voor ten minste 6 uur en verbruiken geen vloeistoffen gedurende ten minste 2 uur voor de aanvang van het experiment. Vergewissen dat wordt voldaan door de anesthesist contact opnemen met de deelnemer de dag vóór de testen vindt plaats.
    2. Na de voltooiing van het experiment, hebben ondergaan gewone post verdoving zorg toezicht door instrueren hen niet om zware machines in werking of belangrijke beslissingen binnen 24 uur na het experiment (als gevolg van de mogelijkheid van residuele lage niveau onderwerpen cognitieve stoornissen van Xe en N2O).

2. voorzieningen en uitrusting

Opmerking: De voorzieningen zijn volgens de eisen van de ANZCA voor de levering van de verdoving buiten een normale chirurgische operationele suite (http://www.anzca.edu.au/resources/professional-documents. Document PS55). In het bijzonder de kamer voldoet aan technische verordeningen voor elektrische veiligheid en gas medische administratie.

  1. Voer het experiment bij Swinburne geavanceerde technologie van het Waarnemingscentrum Brain Imaging laboratory, namelijk in het geval van de MEG-kamer die bevat een magnetisch afgeschermde ruimte (MSR) die de MEG-scanner huizen. De afgeschermde kamer zit op een zwevende vloer geïsoleerd van milieu bewegingen zoals de passerende treinen.
  2. Anesthesie gassen met behulp van een machine van de verdoving, gelegen buiten de MSR, geschikt voor levering en controle van gasvormige xenon leveren. Deze verdoving machine is speciaal ontworpen beheren kringloopsysteem lage stroom Xe gas en einde-getijde Xe concentraties met behulp van katharometry (thermische geleidbaarheid; ± 1% nauwkeurigheid), naast het verstrekken van standaard-of-care Patiëntenmonitoring meten. Dit omvat einde-getijde O2, CO2, N-2O-meting (in voorkomend geval), pulse oxymetrie, 3-voorsprong ECG en niet-invasieve bloeddruk meting (NIBP) per ANZCA richtsnoer Document PS18. Einde-getijde N2O concentraties met behulp van infraroodspectroscopie geïmplementeerd in de anesthesie-machine te meten.
    1. Pijp de gassen aan de deelnemers met behulp van uitgebreide 22 mm diameter slangen passeren MSR conduits ademhaling.
  3. Bieden standaard-of-care patiënt bewaking per ANZCA richtsnoer Document PS18. Dit omvat einde-getijde O2, CO2, N-2O-meting (in voorkomend geval), pulse oxymetrie, 3-voorsprong ECG en niet-invasieve bloeddruk meting (NIBP).
    1. Monitor bloeddruk per ANZCA richtsnoer Document PS18 met behulp van een niet-invasieve bloeddrukmonitor gelegen buiten de MSR en verbonden door een lange inflatie buis naar een manchet op de bovenarm geplaatst.
    2. Gedurende het gehele experiment, opnemen en vastleggen van alle fysiologische parameters naast een geautomatiseerde opname van alle parameters elke 30 tussenpozen 1 min s.
  4. Zorg ervoor dat de gassen worden doorgesluisd naar de deelnemers met behulp van uitgebreide 22 mm diameter slangen passeren MSR conduits ademhaling. Een zuigsysteem ligt buiten de MSR en een lange afloopbuis, aangesloten op een Yankauer zuig toverstaf wordt doorgegeven door middel van een geleider worden geplaatst dicht bij de patiënt en klinisch waarnemer.
    1. Daarnaast zorgen emesis stroomgebieden liggen dicht door binnen de MSR om hun snelle plaatsing door de waarnemer na optreden van emesis. De klinische waarnemer binnen de MSR moet waakzaam blijven tot een obstructie, reageert aanvankelijk met een kin heffen of kaak stuwkracht en onmiddellijk te stoppen met het protocol als dreigende emesis wordt gesignaleerd door buitensporige slikken of kokhalzen of luchtwegen obstructie wordt niet opgelost door de kin leven of kaak stuwkracht.
  5. Record EEG met behulp van een MEG compatibel 64-kanaals Ag/AgCl-elektrode cap aangesloten op een batterij aangedreven versterker binnen de MSR. De versterker is aangesloten via een glasvezel kabel en een geschikte media converter op een laptop met een compatibel acquisitie software.
  6. Record magnetisch veld hersenactiviteit (MEG) bij een sampling rate van 1000 Hz met behulp van een systeem van MEG die hele hersenen dekking en heeft goed gedefinieerde matrices van sensoren die eventueel magnetometers en axiale/vlakke gradiometers; de huidige studie met behulp van een systeem bestaat uit 102 magnetometers en 204 vlakke gradiometers. Om te voorkomen dat complexiteit niet rechtstreeks relevant zijn voor het protocol of de MEG-systeemconfiguratie, worden voorbeeldgegevens uit de magnetometers alleen gerapporteerd, hoewel zowel magnetometer en gradiometer gegevens is verworven in het kader van het protocol.
  7. Track hoofd plaats continu gebruik maakt van 5 hoofd indicator (HPI) spoelen. Digitaliseren van de locatie van de hoofd spoelen, EEG elektroden en fiducial markeringen (nasion en links en rechts preauriculaire punten) digitaliseren vóór MEG scannen met behulp van de juiste apparatuur.
    1. Omdat het doel is te verkrijgen van de resultaten in de bron ruimte, een interne actieve beschermend system in dienst van de MEG-systeem voor driedimensionale lawaai annulering, zodat de verwerking pijpleiding flexibel met betrekking tot het gebruik van signaal ruimte uitschakelen (SSS) scheidingsmethoden die meestal werkzaam zijn.
    2. Gebruik een MRI-scanner om te verkrijgen van de overeenkomstige T1-gewogen structurele hersenscans voor latere co registratie met M/EEG opnames.

3. studie ontwerp en Protocol

Opmerking: Een tweeweg crossover experimenteel protocol wordt gevolgd. Twee aparte testen sessies voor elk onderwerp gescheiden door maximaal vier weken tussen sessies testen uitvoeren. Één van de takken van de studie bestaat uit Xe administratie terwijl N2O wordt gegeven in de tweede arm. Deelnemers zijn blind voor het soort gas terwijl het medisch personeel wordt beheerd en onderzoekers zijn niet te wijten aan de kleine verschillen in de procedure gevolgd voor hun beheer.

  1. Nadat toestemming is verkregen, bevestigt u deelnemer in aanmerking te komen met een uitgebreide anamnese interview en vitale teken metingen zoals bloeddruk, hartslag, lichaam temperatuur en peak expiratoire flow. Nadat de deelnemer in aanmerking te komen is bevestigd, ondergaat het onderwerp een korte meting in de MEG om ervoor te zorgen dat er geen onverwachte bronnen van lawaai zijn.
  2. Plaats van het EEG-GLB op de certificaathouder hoofd en gel alle elektroden. Bevestig de 5 HPI spoelen op het GLB continu opnemen hoofd positie in de MEG.
    1. Digitaliseren van de EEG-kanalen, HPI spoel posities en extra punten op de neus van het onderwerp en alle locaties met behulp van de MEG begeleidende softwarepakket opgeslagen.
    2. Het onderwerp naar de MSR verplaatsen, het GLB elektrode verbinden met de EEG-versterker en opnieuw gel-elektroden, indien nodig om ervoor te zorgen dat hun elektrische contact impedances hieronder 5 kΩ.
  3. Naast de MEG en EEG, drie extra bipolaire bio-kanaal opnamen te maken.
    1. Omdat de verdoving agent administratie is gekoppeld aan wijzigingen in de spierspanning, record de electromyogram (EMG) met behulp van een paar van eenmalig gebruik Ag/AgCl elektrodes geplaatst submentally om de activiteiten van de mylohyoid en digastricus (anterior buik) spieren te leggen.
    2. De electro-oculogram (EOG) door het aanbrengen van een paar van elektroden boven een van de ogen, in de buurt van het voorhoofd, en in de buurt van de overeenkomstige laterale canthus opnemen en uitvoeren van drie-aderige elektrocardiogram (ECG) opnamen met behulp van elektroden op elke pols en een elleboog gemalen (Zie Figuur 1).
  4. Vragen van deelnemers om de ogen gesloten tijdens alle fasen van de opname van het experiment te houden.
  5. Uitvoeren van klinische behandeling van het onderwerp met een anesthesist en een verdoving verpleegkundige of andere voldoende opgeleide klinische waarnemer. Hebben de verpleegkundige/waarnemer zitten met het onderwerp in de MSR om voortdurend controleren van de deelnemer staat (in het bijzonder de face masker seal en onderwerp de airway) en de anesthesist, gelegen in de controlekamer voor het beheer van de levering van gas en elektronische toezicht.
  6. Verzamelen van gegevens in een team van drie: één lid monitoring en controle op de verwerving van de MEG signaal, een ander toezicht en de controle van de verwerving van de EEG en een ander starten en stoppen van de taak van de geautomatiseerde auditieve continue prestaties terwijl toezicht op de onderwerpen reacties, coördinatie van alle experimentele tijdsinstellingen en opname minuut bloeddruk, en eind-getijde gasconcentraties en gasstroom zoals voorzien door de anesthesist.
  7. Voortdurend visueel volgen de deelnemer in de MSR via een geschikte camera, die ook alle stadia van het experiment voor latere beoordeling registreert en controleren.
  8. Gedragsgestoorde meet het huidige niveau van responsiviteit gedurende het gehele experiment met behulp van een taak van de auditieve continue prestaties (aCPT). Gebruik MEG compatibele hoofdtelefoon te leveren een stereofonisch auditieve Toon van 1 of 3 kHz frequentie van vaste stereo amplitude (ca. 76 dBA), met een interval van de onderlinge stimulans van tussen 2 tot 4 seconden ontleend aan een uniforme verdeling.
    1. Vraag de deelnemer te reageren zo snel mogelijk met behulp van twee aparte knop vakken gehouden in elke hand. Gebruik van links en rechts knoppen op elke doos overeenkomen met een lage of hoge frequentie Toon, respectievelijk de linker en rechter knop vakken, respectievelijk voor de deelnemer om aan te geven van de afwezigheid of de aanwezigheid van misselijkheid.
  9. Nauwlettend responsiviteit gedurende het gehele experiment. De reactietijd latentie en nauwkeurigheid (percentage tonen correct ingedeeld) van de reacties worden automatisch zo goed zoals weergegeven op een beeldscherm buiten de MSR voor de onderzoekers om een real-time indicatie van de deelnemers gedrags geregistreerd staat.
    1. Na meerdere opeenvolgende rechterknop vak Reacties (met vermelding van misselijkheid), waarschuwen de waarnemer in de MSR en de administrerende anesthesist dat gas administratie wellicht moet worden om te voorkomen dat emesis abrupt beëindigd.
  10. Record ogen gesloten rust EEG en MEG gedurende 5 minuten, gevolgd door een 5 min ogen gesloten basislijn EEG/MEG opname met het uitvoeren van de taak van de aCPT onderwerp.
  11. Verwijderen van het onderwerp van de MSR en zorgen voor een 20 gauge intraveneuze canule worden geplaatst in de linker antecubital fossa door de anesthesist. Anti-braakmiddel administratie, die zich langzaam in een periode van 1-2 minuten, bestaande uit 4 mg dexamethason en 4 mg ondansetron59, volgt om te voorkomen dat eventuele emesis veroorzaakt door inhalatie van de verdoving gas, die vaak wordt waargenomen met N2O op het hogere concentraties gebruikt60.
  12. Bevestig het gezichtsmasker ademhaling circuit met het onderwerp met behulp van een gemodificeerde slaap apneu continu positieve airways druk (CPAP) harnas en beoordelen voor onderwerp comfort en het ontbreken van eventuele lekkage bij 5 cm H2O positieve druk.
  13. Het onderwerp terugkomen in de MSR te blijven zitten in de MEG voor de rest van de studie.
  14. Nemen van een aantal preventieve maatregelen om beperkte onderwerp verkeer tijdens de gelijktijdige MEG en EEG opnames, aangezien beweging van het hoofd en het lichaam kan leiden tot grote artefacten in elektromagnetische opnamen en naar verwachting optreden tijdens het beheer van de Dissociatieve verdoving agenten als gevolg van hun bekende neiging voor het opwekken van Psychomotorische agitatie.
    1. Plaats een custom-built cap gemaakt van een lage dichtheid ongekleurde schuim op de kop die de hoofd positie binnen de MEG dewar helm ongeacht het hoofd grootte en vorm beveiligt.
    2. Verder, gebruik een harnas doek gewikkeld rond de dijen en de bilspieren en bevestigd aan de achterkant van de stoel MEG te minimaliseren elke verzakking/hangend dat zich in de verticale positie van de deelnemer voordoet (Zie Figuur 1).
    3. Tijdens de opname, het bijhouden van de hoofd positie continu gebruik maakt van de HPI opgerold, off line weergeven na voltooiing van het experiment (zie sectie van de analyse van de data voor meer informatie).
  15. Zodra de deelnemer is stevig gepositioneerd, beheren 100% O2 geïnspireerd en blijven dit voor maximaal 30 minuten tot hun einde-getijde O2 concentratie > 90% geven ze zijn effectief de-nitrogenated, een proces dat nodig is om ervoor te zorgen nauwkeurige metingen van eind-getijde verdoving gasconcentraties.
    1. Tijdens de laatste 5 minuten van denitrogenation, het uitvoeren van een definitieve 5 minuten ogen gesloten rust EEG/MEG aCPT opnemen om ervoor te zorgen dat eventuele effecten anti-braakmiddel beheers- en denitrogenation op de hersenactiviteit hebben kunnen kan vervolgens worden bepaald en gecontroleerd voor.
    2. Vergelijk deze derde basislijn opname op de vorige basislijnen (rest ogen gesloten zonder anti-braakmiddel en taak ogen gesloten zonder anti-braakmiddel) om te bepalen van de effecten die antiemetic en aCPT op spontane/rusten M/EEG hebben. De basislijnen zijn basislijnen 1, 2 en 3 in het manuscript voor rest ogen gesloten zonder anti-braakmiddel, taak ogen gesloten zonder anti-braakmiddel en taak ogen gesloten met anti-braakmiddel, respectievelijk genoemd.

Figure 1
Figuur 1 : Beelden te tonen van de EEG, ECG, EOG en EMG elektrode lay-out en de totale instellen binnen de MSR. (A) toont het 64-kanaals MEG compatibel GLB gebruikt voor de registratie van de EEG, EOG is opgenomen met behulp van de twee elektroden geplaatst boven en onder het linker oog getoond, EMG is opgenomen met behulp van de twee elektroden Geplaatst onder de kaak en ECG is opgenomen met behulp van twee elektroden geplaatst op de pols. (B) bevat de op maat gemaakte schuim GLB en harnas gebruikt om te minimaliseren van onderwerp beweging tijdens de opname. (C) toont de laatste configuratie vereist voor verdoving beheer waarin de positionering van het hoofd binnen de MEG en ontkoppelen van een strakke montage-gasmasker. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

4. gas administratie Protocol

Opmerking: Het gas administratie protocol verschilt enigszins afhankelijk van de arm van de studie.

  1. Xe beheren op vier niveaus van O op drie stapsgewijze verhoging van stapsgewijze verhoging van niveaus en N2. De eerste drie gas niveaus voor elk gas correspondeert met equi-MAC-wakker niveaus van 0,25 (niveau 1), 0,5 (niveau 2) en (niveau 3) 0,75 maal de concentratie van MAC-wakker. Deze concentraties zijn 8%, 16%, 24% en 16%, 32%, 47% concentraties voor Xe/O2 en N2O/O2, respectievelijk.
    Opmerking: De 4th -niveau voor Xe correspondeert met 1,3 maal de MAC-wakker concentratie.
  2. Kies de 4th gas niveau voor Xe zodanig dat 95% van de deelnemers wordt verwacht te verliezen van bewustzijn op dit niveau (alle onderwerpen bestudeerd tot nu toe hebben bereikt volledige verlies van alertheid tijdens de aCPT-taak). Vanwege de goed gedocumenteerde neiging van N2O voor het opwekken van misselijkheid en braken bij hoge concentraties, neem niet een N2O-niveau bij een concentratie voldoende voor het opwekken van verlies van bewustzijn in 95% van de deelnemers (~ 75%). Figuur 2 geeft een overzicht van de gas beheer profielen.
  3. Volg de experimentele procedure voor alle equi-MAC Xe en N2O niveaus met uitzondering van 42% Xe/O2, waarvoor een iets andere methode (zie 4.4. hieronder).
    1. Aan het begin van elk niveau, het onderwerp en kennis verdoving verpleegkundige/klinische waarnemer dat gas administratie zal beginnen en beginnen met het opnemen van de EEG en MEG, signaal naar de administrerende anesthesist te beginnen gas administratie en de aCPT-taak wordt gestart. Gas wash-in dan treedt op voor een periode van 10 minuten, zodat het doel einde-getijde gasconcentratie wordt bereikt aan het einde van deze periode en onderhouden voor 5 minuten (de veronderstelde stationaire fase).
    2. Aan het einde van deze periode van 5 minuten steady-state, voeren de wash-out met de toediening van 100% O2 over een periode van 10 minuten gedurende welke einde-getijde gasconcentratie keert terug naar 0.
    3. Herhaal de procedure voor de volgende stap gas niveau.
      Opmerking: Verlies van responsiviteit (LOR) voor Xe wordt verwacht te bereiken in 95% van de deelnemers bij een concentratie van 42% Xe/O261. De administratie van dit niveau kan wat betreft de lagere niveaus gebeuren zolang zowel de verdoving verpleegkundige/klinische waarnemer en het verlies van knop reacties LOR geven.
  4. Zodra de LOR wordt bereikt, het beschermingsniveau Xe gas gedurende 10 minuten of totdat de anesthesist of verdoving verpleegkundige/klinische waarnemer vinden het onveilig om door te gaan na welke wash-out met 100% O2 neemt plaatst. Gevallen waarin de anesthesist overwegen het onveilig om te blijven zijn frequente indrukken van de knop rechts vak vermelding van misselijkheid, glottale geluiden, tekenen van emesis zoals overmatige speekselvloed of slikken en vaso-vagale reacties.
    Opmerking: Op dit hoogste niveau aanzienlijke voorzichtig en stel een klinische laagdrempelige voor stopzetting van de Xe gas administratie. De auteurs ervaring leert dat dit niveau geassocieerd met een vermindering met slikken, de opbouw van het speeksel en de verschijning van kokhalzen-achtig gedrag, dat, indien toegestaan worden kan blijven mei voorbode regurgitatie in het masker. Natuurlijk kunnen de gevolgen van dit levensbedreigende aspiratie omvatten. Het is ook mogelijk dat minder intens reacties kunnen op lagere niveaus van het gas optreden en dus oefenen van een hoog niveau van waakzaamheid tijdens de toediening van alle stapsgewijs gas niveaus. Naast deze potentiële problemen van de luchtwegen, zich bewust zijn van het potentieel voor vasovagale syncope, met name in de jongere mannelijke deelnemers. Hun leeftijd en de tijdelijke beperkingen op het gebied van vocht en voedsel zijn alle risicofactoren62.

Figure 2
Figuur 2 : Samenvatting van gas beheer profielen voor Xe en N 2O. Tijdlijn en gas concentraties tijdens het verloop van het beheer van de drug voor N2O (boven) en Xe (onder). De nummers boven elke tijdlijn geven de tijd in minuten sinds het begin van de eerste levering van gas. Elk niveau van piek geëquilibreerd gasconcentratie wordt bereikt door middel van een 10 minuten zo periode, gevolgd door een steady-state van 5 minuten, gedurende welke de gasconcentratie piek geëquilibreerd wordt gehandhaafd, en dan een 10 minuten vervagen. De piek geëquilibreerd gas concentraties sequentieel na verloop van tijd verhogen. Merk op dat de tijdlijn van de voorbereiding van het experiment, evenals de periode na gas toediening niet worden weergegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

5. structurele Scan

  1. Plaats vóór de MRI, vitamine E capsules op het hoofd van de deelnemer te worden gebruikt als markers om de gedigitaliseerde fiducial punten voor de nasale apex en links en rechts preauriculaire punten te benadrukken. Dit zorgt voor een betere co registratie van de sensoren van de MEG/EEG en MRI-hersenscans wanneer u probeert te relateren MEG/EEG bron imaging aan MRI gebaseerde neuroanatomie.
  2. Verkrijgen van een enkele structurele T1-gewogen MRI-scan, ofwel na de voltooiing van een arm van de studie als de deelnemer het gevoel is goed, anders vragen ze om terug te keren op een aparte dag voor de structurele hersenscan.

6. deelnemer Follow-up

Opmerking: Het onderwerp is vrij om te vertrekken wanneer vergezeld door een vriend of familielid.

  1. Bij het verlenen van kwijting, vragen de deelnemer aan het voltooien van een afgeknotte versie van de 5-dimensionale Altered Staten van bewustzijn Rating schaal (5D-ASC); een vragenlijst die wordt ontworpen om de toegang van individuele verschillen door het vergelijken van de status van de normale en veranderd bewustzijn door middel van een visuele analoge schaal63,64.
  2. Daarnaast vragen voor de indiening van een kort verhaal van hun algemene ervaring tijdens het experiment, alsmede bijzonderheden over niveau afhankelijke kwalitatieve effecten.
  3. Hebben beide van deze documenten voltooid en verzonden naar de onderzoekers 24 uur na elke opnamesessie.

7. de gegevensanalyse

Opmerking: Deze sectie beschrijft basisgegevens analyse op het niveau van MEG/EEG sensor die betrekking hebben op de stappen die betrokken zijn bij het genereren van voorbeelden van voorverwerkte MEG/EEG gegevens, spectrale topografie hoofdbewegingen, responsiviteit scoren en auditieve evoked reacties. De focus van dit artikel is op de illustratie van typische voorbeelden, zodat de lezer de belangrijke kenmerken van de vastgelegde gegevens begrijpen kan. Geen intra individuele of group-wise statistische analyses worden uitgevoerd als het principe doel in de afdeling van deze analyse is voor detail belangrijk voorbehandeling stappen die getuigen van de kwaliteit en integriteit van de gegevens verzameld. Geen details zijn beschikbaar voor de talloze analyses die kunnen worden uitgevoerd op deze gegevens55,56 als ze buiten het toepassingsgebied van de beschrijving van de methode vallen.

  1. Compleet off line data-analyse op een desktop computer met behulp van de software van de analyse van de juiste gegevens en relevante toolboxen gebruiken voor zowel het EEG en MEG dataverwerking. In de auteurs de pijpleiding, versie 20160801 van de werkset Fieldtrip65 te gebruiken.
  2. Hoofd verkeer tijdens elke MEG opnemen door eerst te verkrijgen van de continue hoofd posities als een sequentie van coördinaten van de quaternion door het analyseren van de 5 HPI spoel signalen opgeslagen als onderdeel van elk van de afhankelijke niveau en basislijn MEG opnames berekenen. Hoofd posities van de quaternion omzetten in Cartesiaanse coördinaten.
  3. Monteren van de 6 en 7 opnamen voor N2O en Xe studie wapens (basislijnen 1, 2 en 3, gas niveaus 1 tot 3 of 1 tot en met 4 respectievelijk). Tijd verschuiving rauwe EEG ten opzichte van MEG gegevens om te synchroniseren de twee signaaltypen gebaseerd op een gemeenschappelijke trigger-kanaal. Deze vorm van synchronisatie vloeit voort uit de keuze van de EEG-opname-systeem.
    Opmerking: Vele MEG systemen bevatten een ingebouwde in EEG-systeem dat zeer nauwkeurige elektronische niveau synchronisatie van de MEG & de EEG biedt, maar hebben vaak lage resolutie DAC kwantisatie van 16 bits. Om deze reden, gebruik maken van een externe EEG-systeem (zie 2.3) mogelijkheden, de meting van lage frequentie informatie en een platte frequentierespons met hogere resolutie van de amplitude van 24-bits EEG om een hogere tolerantie voor elektrode gecompenseerd via alle kanalen.
  4. Voor alle opnamen met betrekking tot de levering van gas en aCPT prestaties, herdefiniëren moment nul aan het begin van aCPT taak/gas levering.
  5. Visueel inspecteren ruwe MEG gegevens en alle slechte kanalen uitsluiten van verdere analyse. Vervolgens filtert u de gegevens met behulp van een temporele signaal-ruimte scheiding algoritme76 ten uitvoer gelegd in de MEG-systeemsoftware. Het algoritme onderdrukt van bronnen van magnetische interferentie buiten de sensor-array en dus leidt tot een vermindering van de externe of stijve lichaam bewegingsartefacten. De uitgang-gegevensset importeren de analysesoftware van de gegevens moet worden gebruikt met de magnetometers (102 kanalen) geselecteerd voor verdere verwerking.
  6. Band pass filter de MEG bij 2 tot en met 50 Hz en toepast lijn ruisfilters op 50, toestaan 100 en 150 Hz. Visual artefact opsporing en een automatische artefact detectie procedure ten uitvoer gelegd in de Fieldtrip software voor de verwijdering van alle artefactuele elementen. Visueel inspecteren alle segmenten met oog knippert, hartslagen of gespierd artefacten en uitsluiten van de gegevens, alsmede alle segmenten gecorreleerd met significante veranderingen in hoofd verkeer groter zijn dan 5 mm (zie hieronder).
    Opmerking: Bewegingen van meer dan 5 mm met betrekking tot het begin van elke 5 minuten basislijn of gas geëquilibreerd periode gewend bent continu verworven MEG data verwerpen aangezien MEG bron imaging heeft meestal een ruimtelijke resolutie in de orde van 5 mm (bijvoorbeeld voor MEG/EEG beamformers55). Het is echter mogelijk om uit te voeren beweging compensatie van de MEG-gegevens66 in plaats van te verwerpen gegevenssegmenten gecorreleerd met belangrijke hoofd beweging, maar dergelijke methoden buiten het bestek van dit document vallen.
  7. Net als bij MEG gegevens, visueel inspecteren van de 64-kanaals rauwe EEG en alle slechte kanalen uitsluiten van verdere gegevensanalyse. Band pass filter de gegevens met gebruik van de dezelfde frequentie bereiken wat betreft de MEG. Opnieuw verwijzen naar de EEG tot een gemeenschappelijk gemiddelde als standaard voor source imaging benaderingen. Ten slotte Verwijder alle segmenten met artefacten gelijktijdige met die van de overeenkomstige MEG.
  8. Om te visualiseren de spectrale eigenschappen van de gegevens van MEG/EEG, berekenen ' single-sided amplitude spectra langs de middellijn van het anterior-posterior voor de EEG-kanalen FPz, Cz en Oz en middellijn frontale, centraal gelegen en occipital MEG magnetometer kanalen ( Figuur 3 ).
    1. Berekenen van de sensor-niveau topografische kaart van alpha band (8-13 Hz) macht voor MEG/EEG, die eerder werd gegeven dat sterke Alfa band wijzigingen zijn waargenomen voor N2O en GABAergic verdoving25,31,67 .
    2. Gebruik voor EEG-gegevens, de FPz kanaal als referentie voor het berekenen van de kracht van de topografische Alfa band om beter Alfa macht wijzigingen markeren.

Figure 3
Figuur 3 : EEG (A) en MEG (B) sensor lay-outs bekeken vanaf de bovenkant van het hoofd en afgevlakt in een vliegtuig. Opmerking de MEG triplet structuur waar sensoren die eindigt op / ### 1 magnetometers en sensoren die eindigt op / ### 2 of 3 / ### zijn gradiometers. Rode vakken geven aan de kanalen langs de middellijn van de anterior-posterior gebruikt om de spectrale eigenschappen van de EEG en MEG, FPz (frontale), Cz (midden) en Oz (occipitale) en frontale, Midden- en occipital magnetometer kanalen respectievelijk visualiseren. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

  1. Auditieve evoked Responsie voor gefilterde artefact-vrije MEG en EEG gegevens voor elke opname met betrekking tot de taak van de aCPT te verkrijgen. Epoch de signalen van-1000 ms +2000 MS ten opzichte van de Toon trigger tijden en gemiddelde alle beschikbare artefact gratis tijdperken. Neem de latentie tussen stimulus trigger productie en levering van geluid aan het oor rekening, in dit geval 190.5 ms.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

In deze sectie maakt gebruik van gegevens die zijn verkregen uit één onderwerp om aan te tonen van de typische kenmerken van de gelijktijdige opnamen en het potentieel van deze informatie om bij te dragen voor een beter begrip van verdoving geïnduceerde veranderde staten van bewustzijn. Ter vereenvoudiging van de expositie, resultaten worden weergegeven voor i) opnames van de na-anti-braakmiddel administratie basislijn (basislijn 3), ii) 0,75 equi-MAC-wakker gas piekconcentraties (niveau 3) N2O (47%) en Xe (24%), en iii) Xe piek gasconcentratie van 42% ( niveau 4). Niveau 3 en 4 werden gekozen omdat zij de hoogste niveaus van de stationaire toestand beschouwd voor N2O en Xe, respectievelijk. Bovendien, niveau 4 Xe impliceert een duidelijk verlies van responsiviteit, een staat die niet typisch haalbaar is voor N2O.

Om te illustreren de mate van hoofd beweging die de absolute posities van alle 5 HPI spoelen worden weergegeven als een functie van de tijd tijdens meerdere opnamen. Figuur 4 toont duidelijk aan dat de stappen die gevolgd beperkt om verkeer te waarborgen tijdens de scans geassocieerd met aanvaardbare niveaus van hoofd en lichaam beweging ondanks farmacologische interventies worden. Een opmerkelijk voorbeeld van uitgebreide hoofd verkeer kan worden gezien in Figuur 4,(ii) tussen 20-25 minuten (tijdens de wash-out periode) wanneer grote hoofd beweging werd opgenomen. Dergelijke perioden zijn visueel gedetecteerd en uit de gegevens verwijderd. Het protocol zorgt ervoor dat stabiele eind-getijde gasconcentraties op alle niveaus kunnen worden eenvoudig en gemakkelijk bereikt (Zie Figuur 4), met onderwerp responsiviteit krachtig beoordeeld gebruikend de taak van de aCPT. Cijfers 4(ii) en 4(iv) tonen duidelijk aan dat beoordeeld er verminderingen opgelegd in reactievermogen tijdens de fasen van de steady-state 5 minuten voor zowel xenon en distikstofoxide (lachgas). Figuur 4 (v) geeft verlies van responsiviteit (0% nauwkeurigheid) tijdens de steady-state periode minder dan 42% Xe administratie, zoals verwacht.

Figure 4
Figuur 4 : Voorbeelden van de beweging van het hoofd, concentratie en aCPT nauwkeurigheid tijdreeksen gas van een deelnemer voor (i) basislijn 3 (post antiemetic) voorafgaand aan N 2 O beheer, (ii) 47% stikstof 2 O (niveau 3), (iii) basislijn 3 vóór de toediening van de Xe, (iv) 24% Xe (niveau 3), en (v) 42% Xe (niveau 4). Elk sub figuur toont absoluut verkeer (boven) van de 5 hoofd spoelen (legenda onder (ii) geeft spoelen) en gas concentratie (bodem, rood) en aCPT nauwkeurigheid (bodem, blauw) als een functie van de tijd in minuten. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Voorbeelden van de gefilterde artefact-vrije MEG en EEG gegevens over de middellijn van de anterior-posterior voor hetzelfde onderwerp zoals in figuur 4 staan voor tijd uitgelijnde 10 seconden voor N2O en Xe in Figuur 5 segmenten. Basislijn 3 (post antiemetic) voor zowel Xe en N2O toont sterke Alfa oscillaties in de occipital kanalen (Oz voor EEG) en een occipital magnetometer kanaal voor MEG. Als de verdoving niveau voor niveau 3 N2O (47% piek gas verhoogt) wordt totale signaal macht verminderd, met reducties in alpha band macht vooral duidelijk. Alfa activiteit, in reactie op Xe administratie is in tegenstelling niet aanzienlijk verlaagd tot en met niveau 4 (42% piek gas). In tegenstelling tot N2O toenemende Xe concentraties worden duidelijker gekoppeld aan een stijging van de amplitude van delta (0 - 4 Hz) en theta (4-8 Hz) band activiteit, wordt vooral duidelijk in de centrale site tijdens 42% administratie (niveau 4) in de MEG.

Figure 5
Figuur 5 : Voorbeeld van een tijd-gebonden 10 tweede venster van gefilterde artefact-vrije MEG (A) en (B) EEG gegevens voor hetzelfde onderwerp in Figuur 4 voor de gevallen van (i) basislijn 3 (post antiemetic) voorafgaand aan N2 O beheer, (ii) 47% stikstof 2 O (niveau 3), (iii) basislijn 3 (post antiemetic) vóór de toediening van de Xe, (iv) 24% Xe (niveau 3), (v) 42% Xe (niveau 4). Voor 24% Xe en 47% N2O, de periode gekozen tijd was een fragment van de steady state van 5 minuten terwijl 42% Xe, het tijdperk van geselecteerde gegevens was tijdens de periode van verlies van responsiviteit, zoals aangegeven door de certificaathouder aCPT reactie. Frontale (blauw), centrale (rood) en occipitale (groen) corresponderen met de respectieve MEG magnetometer en EEG kanalen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

De veranderingen in signaal macht waargenomen in Figuur 5 zijn verder uitgewerkt in de ' single-sided amplitude spectra van dezelfde signalen in Figuur 6. Terwijl er ontstaan allerlei waargenomen veranderingen in macht wanneer het transitioning van basislijn aan gas, de belangrijkste veranderingen lijken te zijn van de geleidelijke afname van de sterke basislijn Alfa band (8-13 Hz) macht, waargenomen in de occipital elektroden, met toenemende gasconcentraties. Dit wordt aangevuld met toenemende lagefrequentie delta en theta band activiteiten.

Figure 6
Figuur 6 : Amplitude spectra voor dezelfde MEG (A) en (B) EEG gegevens afgebeeld in Figuur 5 voor de gevallen van (i) basislijn 3 (post antiemetic) voorafgaand aan N2 O beheer, (ii) 47% stikstof 2 O (niveau 3), (iii) basislijn 3 (post antiemetic) vóór de toediening van de Xe, (iv) 24% Xe (niveau 3), (v) 42% Xe (niveau 4). Frontale (blauw), centrale (rood) en occipitale (groen) kanalen komen overeen met de respectieve MEG magnetometer en EEG kanalen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 7 ziet u een voorbeeld van de topografische veranderingen in alpha band macht gekoppeld aan stijgingen van de Xe en N2O gasconcentratie. Opmerking de duidelijke verzwakking van posterieure alpha macht met stijgingen van de Xe en N2O, overeenstemming met wijzigingen waargenomen eerder voor N2O en GABAergic verdoving25,31,67.

Figure 7
Figuur 7 : Topografische alpha (8-13 Hz) band macht in het sub a MEG (alleen magnetometers) en (B) EEG voor hetzelfde onderwerp zoals in de figuren 5 en 6 voor de gevallen van (i) basislijn 3 (post antiemetic) voorafgaand aan N2 O beheer, (ii) 47% stikstof 2 O (niveau 3), (iii) basislijn 3 (post antiemetic) vóór de toediening van de Xe, (iv) 24% Xe (niveau 3), (v) 42% Xe (niveau 4). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Ten slotte, illustreert Figuur 8 voorbeeld sensor-niveau MEG en EEG auditieve evoked reacties verkregen met de protocol en aCPT taak voor hetzelfde onderwerp als in cijfers 5-7. Hierbij kan worden opgemerkt dat de stijging in Xe en N2O gasconcentratie leiden tot een verzwakking van de eerste reactie piek, en ook de vertraging, demping of verdwijning van latere reactie pieken, met name tijdens verlies van ontvankelijkheid voor Xe niveau 4 (42%).

Figure 8
Figuur 8 : Sensor-niveau auditieve evoked reacties voor de MEG (A) en (B) EEG voor hetzelfde onderwerp zoals in cijfers 5-7 voor de gevallen van (i) basislijn 3 (post antiemetic) voorafgaand aan N2 O beheer, (ii) 47% stikstof 2 O (niveau 3), (iii) basislijn 3 (post antiemetic) vóór de toediening van de Xe, (iv) 24% Xe (niveau 3), (v) 42% Xe (niveau 4). Gekleurde vlinder percelen komen overeen met de channel-wise tijd ensemble reacties. Voor ieder waarnemingspunt vlinder de topografische kaart komt overeen met de tijd van piek-reactie. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Dit papier heeft een uitgebreide protocol voor de gelijktijdige opname van MEG en EEG tijdens verdoving gas levering met N2O en Xe geschetst. Zo'n protocol zullen waardevol voor het bestuderen van de elektromagnetische neurale correlaten van verdoving-geïnduceerde reducties in bewustzijn zijn. Het protocol wordt ook verwacht om te generaliseren naar de levering van andere verdoving gassen zoals Sevofluraan of Isofluraan. Dit vergemakkelijkt een beter inzicht in de algemene, specifieke en verschillende macroscopische mechanismen die ten grondslag liggen aan de vermindering van de verdoving-geïnduceerde in bewustzijn voor een scala van verdoving hebben heel verschillende moleculaire modi en doelstellingen van de actie. Inzicht in hoe de verdoving functie is aantoonbaar een van de grote problemen van de neurowetenschappen en is aantoonbaar de sleutel tot het begrijpen van de neurochemical basis van gedrag.

De resultaten van de voorbeeld gepresenteerd zijn volledig in overeenstemming met eerdere studies onderzoeken verdoving geïnduceerde EEG macht spectrale veranderingen, waaruit dus blijkt dat de trouw van het protocol dat wij hebben ontwikkeld en beschreven. In het geval van N2O administratie, de resultaten kort samengevat boven zijn in overeenstemming met de afname van de delta, theta en alpha band macht in de EEG die zijn waargenomen voor N2O geïnspireerd hoge (> 40%)25,28, 31. Ook tijdens de Xe verdoving stroken onze resultaten met de weinig gepubliceerde rapporten over de gevolgen van Xe met behulp van hoge dichtheid EEG. Bijvoorbeeld Johnson et al.. 29 aangetoond een vertraging van de EEG met verhoogde totale vermogen in de delta en theta bands met name in de frontale gebieden, resultaten die in overeenstemming met de typische resultaten die wij hier hebben ingediend. Verdere Johnson et al. geïdentificeerd dat Xe inademing werd geassocieerd met verhogingen in beide frontaal en posterieure middellijn delta, met deze trage Golf activiteit veranderingen wordt topografisch inhomogene in de natuur, een waarneming die gelijk is aan de variabiliteit in frequentie band topografie langs de as van het anterior-posterior aangetoond in de resultaten van dit onderzoek. Met betrekking tot wijzigingen in hogere frequentie activiteit (alpha band en hoger), de foto wordt veel minder duidelijk. Hartmann et al. 34 beschreven een afname van de mondiale Alfa bedrijvigheid, enigszins lijkend op de auteurs resultaten, en een wereldwijde stijging van de beta band (13-30 Hz) macht, terwijl Laitio et al. 33 sprake van een toename in de frontale alpha en een afname van de posterieure alpha activiteit. In de bèta- en gammastraling frequentie varieert Johnson et al.. 29 gemeld wijdverbreide stijgingen van de gamma band (35-45 Hz) macht overwegende dat Goto et al. 32 sprake van een daling. Kortom is deze methode prima in staat zijn te ontlokken wijzigingen in elektromagnetische hersenactiviteit die zijn gemeld voor N2O en Xe met behulp van veel eenvoudiger configuraties van de opname.

We hebben duidelijke voorbeelden van de effecten aangetoond dat de gasvormige verdoving agenten Xe en N2O induceren in de amplitude spectra, Alfa band topografie macht en auditieve evoked respons van gegevens van artefact-vrije MEG/EEG gefilterde. Uitgebreidere methoden van de analyse van de gegevens kunnen worden verwacht te bieden belangrijk inzicht verschaffen in de mechanismen van verdoving actie en de bijbehorende globale en lokale wijzigingen in de netwerkverbinding die zich voordoen in veranderde bewustzijnstoestanden. Bewegen zich voorbij de gegevens van de sensor-niveau en kijken naar bron activiteit zorgt voor een weergave van de veranderingen in spontane activiteit die beter kan worden gerelateerd aan Neuroanatomie (voor een overzicht Zie 55). Toepassing van verschillende functionele connectiviteit maatregelen (voor een overzicht Zie 56) tot deze bronniveau gegevens zullen naar verwachting bijdragen tot meer inzicht in de rol die verstoringen in de functionele connectiviteit in verdoving-geïnduceerde reducties in bewustzijn1.

Tot op heden farmaco-MEG geweest onderbezet voor de karakterisatie van verdoving actie, met uitzondering van een hand vol van studies over diagnostische sedatie of verbetering van epileptogene activiteit bij epilepsie patiënten. Opmerkelijke voorbeelden van dergelijke MEG studies Hall et al. 68 , 69 waar een enkelvoudige orale dosis van diazepam werd toegediend, Cornwell et al. 70 waar sub verdoving ketamine werd toegediend, Saxena et al.71 , waarbij wordt gekeken naar propofol sedatie en Quaedflieg et al. 72van onderzoek naar de effecten van remifentanil op mismatch negativiteit. Meer recent, Muthukumaraswamy en collega's73 de MEG in een onderzoek van de functionele connectiviteit van kalmerend doses van ketamine onthullen van belangrijke oscillerende veranderingen, met name in alpha, theta en gamma macht, alsmede aanzienlijke werkzaam wijzigingen in de NMDA-gemedieerde frontale-naar-pariëtale connectiviteit. Onze resultaten tonen duidelijk de mogelijkheden en nut van gelijktijdig opgenomen MEG en high-density EEG in het verkennen van de mechanismen van de verdoving. Tot de auteurs kennis geen voorafgaande studie voor gelijktijdige MEG/EEG is uitgevoerd in een mens met vluchtige of gasvormige verdoving agenten en daarmee de hier geschetste methode zal hopelijk stimuleren verdere inspanningen in deze richting.

Er zijn diverse beperkingen verbonden met ons protocol dat moet worden vermeld. Ten eerste, de experimentele procedure werd ontworpen met gasvormige verdoving administratie in het achterhoofd en belangrijk, en nog untrialled, wijzigingen moet worden beschouwd wanneer met behulp van andere soorten verdoving zoals de vluchtige agenten best wordt geïllustreerd door Sevofluraan. In het geval van vluchtige inhalatie anesthetica raden we het gebruik van een laryngeal mask airway om de luchtweg bij, maar het invasieve karakter van de procedure dient te worden opgemerkt. Ten tweede kozen we voor een zeer eenvoudige auditieve continue prestaties taak om te controleren van responsiviteit. Een eenvoudige auditieve continue prestaties paradigma werd geselecteerd omdat evenement gerelateerde veranderingen waren niet de primaire focus van dit onderzoek. Voor het onderzoeken van meer gedetailleerde correlaties tussen hersenactiviteit en cognitie tijdens anesthesie complexer en meest opvallende auditieve77, visuele71 en prikkels van de tactiele78 zal moeten worden gebruikt. Hoofd verkeer tijdens anesthesie is ook een mogelijke imaging verwarren die we hebben aangepakt met behulp van een custom-built schuim cap die houdt van het hoofd veilig in de MEG dewar, een tuigje dat de deelnemer in de MEG stoel, en Restrictie gegevenstype artefact veilig houdt verwijdering procedures. Tot slot ontbreekt een expliciete menselijke factoren analyse79 dat de mate waarin andere onderzoekers gemakkelijk dit protocol volgen kon kunnen kwantificeren dit document. Terwijl we enkele notities over de beperkingen en andere factoren die samenhangen met het uitvoeren van inademing verdoving met behulp van xenon en N2O tijdens het opnemen van de EEG/MEG verstrekt hebben, zou kunnen de ontwikkeling van specifieke statistieken van prestaties hebben gebruikt om geven de relatieve inzet van middelen en tijd om bepaalde delen van het protocol.

De bevindingen in de hier geschetste tonen duidelijk aan dat het mogelijk is te tegelijkertijd MEG en EEG opnemen in de beperkende instelling van de MEG magnetisch afgeschermde omgeving waarbij gegevens van hoge kwaliteit die is gekoppeld aan minimale hoofd verkeer en onvoorziene artefact. Dergelijke methoden zijn kunnen belangrijke klinische implicaties hebben als ze kunnen worden gebruikt om een mogelijke universele mechanismen van anesthesie, die op hun beurt tot verbeteringen in de klinische monitoring van verdoving leiden kunnen door het voorkomen van incidenten beter te begrijpen van perioperatieve bewustmaking en verbetering van de post-operatieve resultaten74,75. Bovendien, de setup is niet noodzakelijkerwijs beperkt tot het onderzoeken van de verdoving, maar aangepast aan verschillende soorten farmacologische interventies, gasvormige of anderszins kan worden aangepast.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs bedank Mahla Cameron Bradley, Rachel Anne Batty en Johanna Stephens voor waardevolle technische hulp bij het verzamelen van de gegevens van de MEG. Bedankt zijn bovendien uitgebreid tot Dr. Steven Mcguigan voor ondersteuning als een tweede anesthesist. Paige Pappas verstrekt waardevolle verdoving verpleegkundige-toezicht. Markus Stone aangeboden genadig zijn tijd en expertise in het bewerken en het filmen van het protocol. Dr. Suresh Muthukumaraswamy gaf specifiek advies met betrekking tot data-analyse en de interpretatie van resultaten. Ten slotte, Jarrod Gott bijgedragen veel een stimulerende discussie, geholpen bij de uitvoering van een aantal proefprojecten en stond centraal in het ontwerp van de hoofd brace van schuim.

Dit onderzoek werd gesteund door een gezamenlijke subsidie van James S. McDonnell #220020419 "Wederopbouw van bewustzijn" toegekend aan George Mashour, Michael Avidan, Max Kelz en David Liley.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Neuromag TRIUX 306-channel MEG system Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN N/A
Polhemus Fastrak 3D system Polhemus, VT, USA N/A
MEG compatible ER-1 insert headphones Etymotic Research Inc., IL, USA N/A
Low Density foam head cap, MEG compatible N/A N/A Custom made by research team
Harness, MEG compatible N/A ~3 m long, ~ 5 cm wide, cloth/jute strip to secure participant position on MEG chair
Ambu Neuroline 720 Single Patient Surface Electrodes Ambu, Copenhagen, Denmark 72015-K10
3.0T TIM Trio MRI system Siemens AB, Erlangen, GERMANY N/A
Asalab amplifier system ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS N/A this system is no longer manufactured and has been deprecated to 64 channel eego EEG amplifier
64-channel Waveguard EEG cap, MEG compatible ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS CA-138 size Medium
Magnetically shielded cordless battery box ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS N/A Magnetic shielding not provided by manufacturer – Modified by research team
OneStep ClearGel Electrode gel H+H Medizinprodukte GbR, Munster, GERMANY 154547
Akzent Xe Color Anesthesia Machine Stephan GmbH, Gackenbach, GERMANY N/A
Omron M6-Comfort Blood Pressure Monitor Omron Healthcare, Kyoto, JAPAN N/A
Xenon gas (99.999% purity) Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA N/A we estimate that we use approx 40 L (SATP) per participant
Medical Nitrous Oxide Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA N/A x2 G size cylinders
Medical Oxygen Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA N/A x2 G size cylinders
Medical Air Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA N/A x2 G size cylinders
Filter Respiratory & HMES with Capno Port Hypnobag Medtronic, MN, USA 352/5805
Yankauer High Adult Medtronic, MN, USA 8888-502005
Quadralite EcoMask anaesthetic masks Intersurgical Australia Pty Ltd 7093000/7094000 size 3 and size 4
Suction Canister Disp 1200 mL Medival Guardian Cardinal Health, OH, USA 65651-212
Catheter Mount Ext 4-13 cm with  90A elbow Medtronic, MN, USA 330/5667
Catheter IV Optiva 24g x 19 mm Yellow St Su Smiths Medical, MN, USA 5063-INT
Dexamethasone Mylan Injection Vials (4 mg/1 mL) Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA 400528517
Ondasetron (4 mg/2 mL) Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA 400008857
Medical resuscitation cart The medical resuscitation cart is configured according to the suggested minimal requirements for Adult resuscitation recommended in the document "Standards for Resuscitation: Clinical Practice and Education; June 2014) by the Australian and New Zealand Resuscitation councils and specifically endorsed by multiple professional health care organizations including the Australian and New Zealand College of Anaesthetists.  It includes all the necessary airway and circulatory equipment, as well as the associated pharmacuetical agents to enable full cardio-respiratory resuscitation and support in a non-clinical environment.  Full details can be found at https://resus.org.au/standards-for-resuscitation-clinical-practice-and-education/
Maxfilter Version 2.2 Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN N/A Data analysis software provided with Elekta's Neuromag TRIUX MEG system

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hudetz, A. Suppressing the Mind. Hudetz, A., Pearce, R. , 178-189 (2010).
  2. Franks, N. P., Dickinson, R., de Sousa, S. L., Hall, A. C., Lieb, W. R. How does xenon produce anaesthesia? Nature. 396 (6709), 324 (1998).
  3. Jevtović-Todorović, V., Todorović, S. M., Mennerick, S., Powell, S., Dikranian, K., Benshoff, N., Zorumski, C. F., Olney, J. W. Nitrous oxide (laughing gas) is an NMDA antagonist, neuroprotectant and neurotoxin. Nat Med. 4 (4), 460-463 (1998).
  4. Alkire, M. T., Hudetz, A. G., Tononi, G. Consciousness and Anesthesia. NIH Public Access. 322 (5903), 876-880 (2009).
  5. Fiset, P., et al. Brain Mechanisms of Propofol-Induced Loss of Consciousness in Humans: a Positron Emission Tomographic Study. The J Neurosci. 19 (13), 5506-5513 (1999).
  6. Schlünzen, L., et al. Effects of subanaesthetic and anaesthetic doses of sevoflurane on regional cerebral blood flow in healthy volunteers. A positron emission tomographic study. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 48 (10), 1268-1276 (2004).
  7. Alkire, M. T., et al. Cerebral Metabolism during Propofol Anesthesia in Humans Studied with Positron Emission Tomography. Anesthesiology. 82, 393-403 (1995).
  8. Alkire, M. T., Haier, R. J., Shah, N. K., Anderson, C. T. Positron Emission Tomography Study of Regional Cerebral Metabolism in Humans during Isoflurane Anesthesia. Anesthesiology. 86, 549-557 (1997).
  9. Alkire, M. T., et al. Functional Brain Imaging during Anesthesia in Humans. Effects of Halothane on Global and Regional Cerebral Glucose Metabolism. Anesthesiology. 90, 701-709 (1999).
  10. Kaike, K. K., et al. Effects of surgical levels of propofol and sevoflurane anesthesia on cerebral blood flow in healthy subjects studied with positron emission tomography. Anesthesiology. 6, 1358-1370 (2002).
  11. Prielipp, R. C., et al. Dexmedetomidine-induced sedation in volunteers decreases regional and global cerebral blood flow. Anesthesia and analgesia. 95 (4), table of contents 1052-1059 (2002).
  12. Mukamel, E. A., et al. A transition in brain state during propofol-induced unconsciousness. J Neurosci. 34 (3), 839-845 (2014).
  13. Boveroux, P., Vanhaudenhuyse, A., Phillips, C. Breakdown of within- and between-network Resting State during Propofol-induced Loss of Consciousness. Anesthesiology. 113 (5), 1038-1053 (2010).
  14. Pelligrino, D. A., Miletich, D. J., Hoffman, W. E., Albrecht, R. F. Nitrous oxide markedly increases cerebral cortical metabolic rate and blood flow in the goat. Anesthesiology. 60 (5), 405-412 (1984).
  15. Hansen, T. D., Warner, D. S., Todd, M. M., Vust, L. J. The role of cerebral metabolism in determining the local cerebral blood flow effects of volatile anesthetics: evidence for persistent flow-metabolism coupling. J Cereb Blood Flow Metab. 9, 323-328 (1989).
  16. Roald, O. K., Forsman, M., Heier, M. S., Steen, P. A. Cerebral effects of nitrous oxide when added to low and high concentrations of isoflurane in the dog. Anesth Analg. 72 (1), 75-79 (1991).
  17. Algotsson, L., Messeter, K., Rosén, I., Holmin, T. Effects of nitrous oxide on cerebral haemodynamics and metabolism during isoflurane anaesthesia in man. Acta Anaesthesiol Scand. 36 (1), 46-52 (1992).
  18. Field, L. M., Dorrance, D. E., Krzeminska, E. K., Barsoum, L. Z. Effect of nitrous oxide on cerebral blood flow in normal humans. Br J Anaesth. 70 (2), 154-159 (1993).
  19. Matta, B. F., Lam, A. M. Nitrous oxide increases cerebral blood flow velocity during pharmacologically induced EEG silence in humans. J Neurosurg Anesthesiol. 7 (2), 89-93 (1995).
  20. Langsjo, J. W., et al. Effects of subanesthetic doses of ketamine on regional cerebral blood flow, oxygen consumption, and blood volume in humans. Anesthesiology. 99 (3), 614-623 (2003).
  21. Reinstrup, P., et al. Regional cerebral metabolic rate (positron emission tomography) during inhalation of nitrous oxide 50% in humans. Br J Anaesth. 100 (1), 66-71 (2008).
  22. Rex, S., et al. Positron emission tomography study of regional cerebral blood flow and flow-metabolism coupling during general anaesthesia with xenon in humans. Br J Anaesth. 100 (5), 667-675 (2008).
  23. Laitio, R. M., et al. Effects of xenon anesthesia on cerebral blood flow in humans. Anesthesiology. 106 (6), 1128-1133 (2007).
  24. Laitio, R. M., et al. The effects of xenon anesthesia on the relationship between cerebral glucose metabolism and blood flow in healthy subjects: A positron emission tomography study. Anesthesia and Analgesia. 108 (2), 593-600 (2009).
  25. Yamamura, T., Fukuda, M., Takeya, H., Goto, Y., Furukawa, K. Fast oscillatory EEG activity induced by analgesic concentrations of nitrous oxide in man. Anesth Analg. 60 (5), 283-288 (1981).
  26. Rampil, I. J., Kim, J. S., Lenhardt, R., Negishi, C., DI, S. Bispectral EEG index during nitrous oxide administration. Anesthesiology. 89 (3), 671-677 (1998).
  27. Maksimow, A., et al. Increase in high frequency EEG activity explains the poor performance of EEG spectral entropy monitor during S-ketamine anesthesia. Clinical Neurophysiology. 117 (8), 1660-1668 (2006).
  28. Foster, B. L., Liley, D. T. J. Effects of nitrous oxide sedation on resting electroencephalogram topography. Clinical Neurophysiology. 124 (2), 417-423 (2013).
  29. Johnson, B. W., Sleigh, J. W., Kirk, I. J., Williams, M. L. High-density EEG mapping during general anaesthesia with Xenon and propofol: A pilot study. Anaesthesia and Intensive Care. 31 (2), 155-163 (2003).
  30. Foster, B. L., Bojak, I., Liley, D. T. J. Population based models of cortical drug response: Insights from anaesthesia. Cognitive Neurodynamics. 2 (4), 283-296 (2008).
  31. Kuhlmann, L., Liley, D. T. J. Assessing nitrous oxide effect using electroencephalographically-based depth of anesthesia measures cortical state and cortical input. J Clin Monit Comput. , (2017).
  32. Goto, T., et al. Bispectral analysis of the electroencephalogram does not predict responsiveness to verbal command in patients emerging from xenon anaesthesia. Br J Anaesth. 85 (3), 359-363 (2000).
  33. Laitio, R. M., Kaskinoro, K., Maksimow, A., Kangas, K., Scheinin, H. Electroencephalogram during Single-agent Xenon. Anesthesiology. 18 (1), 63-70 (2008).
  34. Hartmann, A., Dettmers, C., Schuier, F. J., Wassmann, H. D., Schumacher, H. W. Effect of stable xenon on regional cerebral blood flow and the electroencephalogram in normal volunteers. Stroke. 22 (2), 182-189 (1991).
  35. Lee, U., Müller, M., Noh, G. J., Choi, B., Mashour, G. a Dissociable network properties of anesthetic state transitions. Anesthesiology. 114 (4), 872-881 (2011).
  36. Ku, S. W., Lee, U., Noh, G. J., Jun, I. G., Mashour, G. A. Preferential inhibition of frontal-to-parietal feedback connectivity is a neurophysiologic correlate of general anesthesia in surgical patients. PLoS ONE. 6 (10), 1-9 (2011).
  37. Kuhlmann, L., Foster, B. L., Liley, D. T. J. Modulation of Functional EEG Networks by the NMDA Antagonist Nitrous Oxide. PLoS ONE. 8 (2), (2013).
  38. Greicius, M. D., et al. Persistent default-mode network connectivity during light sedation. Human Brain Mapping. 29 (7), 839-847 (2008).
  39. Deshpande, G., Sathian, K., Hu, X. Assessing and compensating for zero-lag correlation effects in time-lagged granger causality analysis of fMRI. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 57 (6), 1446-1456 (2010).
  40. Schrouff, J., et al. Brain functional integration decreases during propofol-induced loss of consciousness. NeuroImage. 57 (1), 198-205 (2011).
  41. Langsjo, J. W., et al. Returning from Oblivion: Imaging the Neural Core of Consciousness. J Neurosci. 32 (14), 4935-4943 (2012).
  42. Mukamel, E. A., Wong, K. F., Prerau, M. J., Brown, E. N., Purdon, P. L. Phase-based measures of cross-frequency coupling in brain electrical dynamics under general anesthesia. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, EMBS. 6454, 1981-1984 (2011).
  43. Logothetis, N. K. What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature Reviews Neuroscience. 453 (June), 869-878 (2008).
  44. Nunez, P. L., Srinivasan, R. Electric fields of the brain: the neurophysics of EEG. , Oxford University Press. USA. (2006).
  45. Hämäläinen, M. S., Hari, R., Ilmoniemi, R. J., Knuutila, J., Lounasmaa, O. V. Magnetoencephalography - theory, instrumentation, and applications to noninvasivee studies of the working human brain. Rev Modern Physics. 65 (2), 413-505 (1993).
  46. Nunez, P. L., Srinivasan, R. A theoretical basis for standing and traveling brain waves measured with human EEG with implications for an integrated consciousness. Clinical Neurophysiology. 117 (11), 2424-2435 (2006).
  47. Kayser, J., Tenke, C. E. In search of the Rosetta Stone for scalp EEG: Converging on reference-free techniques. Clinical Neurophysiology. 121 (12), 1973-1975 (2010).
  48. Barkley, G. L., Baumgartner, C. MEG and EEG in epilepsy. J Clin Neurophysiol. 20 (3), 163-178 (2003).
  49. Parra, L. C., Bikson, M. Model of the effect of extracellular fields on spike time coherence. . Conference proceedings: ... Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Annual Conference, , 6 4584-4587 (2004).
  50. Liu, A. K., Dale, A. M., Belliveau, J. W. Monte Carlo simulation studies of EEG and MEG localization accuracy. Human Brain Mapping. 16 (1), 47-62 (2002).
  51. Cullen, S. C., Eger, E. I. 2nd, Cullen, B. F., Gregory, P. Observations on the anesthetic effect of the combination of xenon and halothane. Anesthesiology. 31 (4), 305-309 (1969).
  52. Hornbein, T. F., et al. The minimum alveolar concentration of nitrous oxide in man. Anesth Analg. 61 (7), 553-556 (1982).
  53. Fahlenkamp, A. V., et al. Evaluation of bispectral index and auditory evoked potentials for hypnotic depth monitoring during balanced xenon anaesthesia compared with sevoflurane. Br J Anaesth. 105 (3), 334-341 (2010).
  54. Stoppe, C., et al. AepEX monitor for the measurement of hypnotic depth in patients undergoing balanced xenon anaesthesia. Br J Anaesth. 108 (1), 80-88 (2012).
  55. Huang, M. X., et al. Commonalities and Differences among Vectorized Beamformers in Electromagnetic Source Imaging. Brain Topography. 16 (3), 139-158 (2004).
  56. Bastos, A. M., Schoffelen, J. M. A Tutorial Review of Functional Connectivity Analysis Methods and Their Interpretational Pitfalls. Frontiers in systems neuroscience. 9 (January), 175 (2015).
  57. Bazanova, O. M., Nikolenko, E. D., Barry, R. J. Reactivity of alpha rhythms to eyes opening (the Berger effect) during menstrual cycle phases. International Journal of Psychophysiology. , September 2015 0-1 (2017).
  58. Schaefer, M. S., et al. Predictors for postoperative nausea and vomiting after xenon-based anaesthesia. Br J Anaesth. 115 (1), 61-67 (2015).
  59. Gan, T. J., et al. Consensus guidelines for the management of postoperative nausea and vomiting. Anesthesia and Analgesia. 118 (1), 85-113 (2014).
  60. De Vasconcellos, K., Sneyd, J. R. Nitrous oxide: Are we still in equipoise? A qualitative review of current controversies. Br J Anaesth. 111 (6), 877-885 (2013).
  61. Sanders, R. D., Ma, D., Maze, M. Xenon: Elemental anaesthesia in clinical practice. British Medical Bulletin. 71, 115-135 (2004).
  62. da Silva, R. M. Syncope: Epidemiology, etiology, and prognosis. Frontiers in Physiology. 5 (DEC), 8-11 (2014).
  63. Dittrich, A., Lamparter, D., Maurer, M. 5D-ASC: Questionnaire for the assessment of altered states of consciousness. A short introduction. , (2010).
  64. Studerus, E., Gamma, A., Vollenweider, F. X. Psychometric evaluation of the altered states of consciousness rating scale (OAV). PLoS ONE. 5 (8), (2010).
  65. Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: Open source software for advanced analysis of MEG, EEG, and invasive electrophysiological data. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, (2011).
  66. Stolk, A., Todorovic, A., Schoffelen, J. M., Oostenveld, R. Online and offline tools for head movement compensation in MEG. NeuroImage. 68, 39-48 (2013).
  67. Cimenser, A., et al. Tracking brain states under general anesthesia by using global coherence analysis. Proc Natl Acad Sci. 108 (21), 8832-8837 (2011).
  68. Hall, S. D., et al. GABA(A) alpha-1 subunit mediated desynchronization of elevated low frequency oscillations alleviates specific dysfunction in stroke - A case report. Clinical Neurophysiology. 121 (4), 549-555 (2010).
  69. Hall, S. D., et al. The role of GABAergic modulation in motor function related neuronal network activity. NeuroImage. 56 (3), 1506-1510 (2011).
  70. Cornwell, B. R., et al. Synaptic potentiation is critical for rapid antidepressant response to ketamine in treatment-resistant major depression. Biological Psychiatry. 72, 555-561 (2012).
  71. Saxena, N., et al. Enhanced Stimulus-Induced Gamma Activity in Humans during Propofol-Induced Sedation. PLoS ONE. 8 (3), 1-7 (2013).
  72. Quaedflieg, C. W. E. M., Munte, S., Kalso, E., Sambeth, A. Effects of remifentanil on processing of auditory stimuli: A combined MEG/EEG study. J Psychopharmacol. 28 (1), 39-48 (2014).
  73. Muthukumaraswamy, S. D., Shaw, A. D., Jackson, L. E., Hall, J., Moran, R., Saxena, N. Evidence that Subanesthetic Doses of Ketamine Cause Sustained Disruptions of NMDA and AMPA-Mediated Frontoparietal Connectivity in Humans. J Neurosci. 35 (33), 11694-11706 (2015).
  74. Bruhn, J., Myles, P. S., Sneyd, R., Struys, M. M. R. F. Depth of anaesthesia monitoring: What's available, what's validated and what's next? Br J Anaesth. 97 (1), 85-94 (2006).
  75. Punjasawadwong, Y., Phongchiewboon, A., Bunchungmongkol, N. Bispectral index for improving anaesthetic delivery and postoperative recovery (Review) Bispectral index for improving anaesthetic delivery and postoperative recovery. Cochrane Library. 10, 10-12 (2010).
  76. Taulu, S., Kajola, M., Simola, J. Suppression of interference and artifacts by the Signal Space Separation Method. Brain Topography. 16 (4), 269-275 (2004).
  77. Purdon, P. L., et al. Electroencephalogram signatures of loss and recovery of consciousness from propofol. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (12), 1142-1151 (2013).
  78. Mhuircheartaigh, R. N., et al. Cortical and Subcortical Connectivity Changes during Decreasing Levels of Consciousness in Humans: A Functional Magnetic Resonance Imaging Study using Propofol. J Neurosci. 30 (27), 9095-9102 (2010).
  79. Pandit, J. J., et al. 5th National Audit Project (NAP5) on accidental awareness during general anaesthesia: summary of main findings and risk factors. Br J Anaesth. 113 (4), 549-559 (2014).
  80. Lakhan, S. E., Caro, M., Hadzimichalis, N. NMDA Receptor Activity in Neuropsychiatric Disorders. Frontiers in Psychiatry. 4 (Junne), 52 (2013).

Tags

Neurowetenschappen kwestie 131 liquor elektro-encefalografie anesthesie Xenon distikstofoxide (lachgas)
Opname elektromagnetische hersenactiviteit tijdens de toediening van de gasvormige verdoving agenten Xenon en nitreuze Oxide bij gezonde vrijwilligers
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pelentritou, A., Kuhlmann, L.,… More

Pelentritou, A., Kuhlmann, L., Cormack, J., Woods, W., Sleigh, J., Liley, D. Recording Brain Electromagnetic Activity During the Administration of the Gaseous Anesthetic Agents Xenon and Nitrous Oxide in Healthy Volunteers. J. Vis. Exp. (131), e56881, doi:10.3791/56881 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter