Author Produced

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

Neuroscience

Your institution must subscribe to JoVE's Neuroscience section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Одновременная Магнитоэнцефалография и электроэнцефалография обеспечивает полезный инструмент для поиска общих и различных макро масштабе механизмы сокращений в сознание, вызванных различными анестетиков. Этот документ иллюстрирует эмпирические методы, лежащие в основе запись таких данных от здоровых людей во время N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based анестезии во время ингаляционного оксида азота и ксенона.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Анестезии возможно обеспечивает один из только систематические способы учиться нейронные корреляты глобального сознания/бессознательное. Однако на сегодняшний день большинство нейровизуализации или нейрофизиологических исследований в организме человека были помещены к изучению γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based анестетики, в то время как последствия диссоциативной N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- на основе антагонист рецепторов анестетиков кетамина, закиси азота (N2O) и ксенон (Xe) в основном неизвестны. Этот документ описывает методы, лежащие в основе одновременная запись Магнитоэнцефалография (Мэг) и электроэнцефалографии (ЭЭГ) от здоровых мужчин во время вдоха газообразных анестетиков N2O и Xe. Сочетание Мэг и ЭЭГ данных позволяет производить оценку электромагнитных мозговой активности во время анестезии при высокой временной и умеренным, разрешением. Здесь мы описываем подробный протокол, изысканные за несколько сеансов записи, которая включает предмет вербовки, Настройка оборудования анестезии в номер сканера Мэг, сбор данных и анализ базовых данных. В этом протоколе каждый участник подвергается различной Xe и N2O в дизайн кросс за неоднократные меры. После соответствующих базовых, которые подвергаются записи участников для поэтапного увеличения вдохновил концентрации Xe и N2O 8, 16, 24 и 42% и 16, 32 и 47% соответственно, во время которого отслеживается их уровень реагирования с аудиторией задача постоянной производительности (aCPT). Результаты представлены для целого ряда записей выделить свойства датчика уровня исходных данных, спектральные топографии, минимизация движений головы и недвусмысленное уровня зависит от воздействия на слуховых вызванных ответов. Эта парадигма описывается общий подход к записи электромагнитных сигналов, связанных с действием различных видов газообразных анестетиков, которые могут быть легко адаптированы для использования с неустойчивой и внутривенного введения анестетиков. Предполагается, что метод конспектированный может способствовать пониманию механизмов макро масштабе анестезии, позволяя методологические расширения с участием источник космических изображений и анализ функциональной сети.

Introduction

Есть хороший консенсус между доклинических и клинических neuroscientific доказательства, предполагая, что феномен человеческого сознания зависит целостность явные нейронных цепей. Замечание, что такие цепи систематически влиянием спуск в бессознательное состояние обосновал необходимость нейровизуализационных методов, чтобы быть использованы во время анестезии и включить «Навигация» Поиск нейронные корреляты сознание. За возможным исключением сна анестезии представляет собой единственный метод, который можно, в контролируемых, обратимое и воспроизводимые моды, возмущают и таким образом вскрыть, механизмы, выполняющие югу сознания, особенно в макроскопических масштабах динамика глобального мозга. Клинически наркоз может быть определена как состояние гипноза/бессознательное, неподвижность и обезболивания и остается одним из наиболее обильно используется и безопасных медицинских вмешательств. Несмотря на ясность и эффективность в конечном результате сохраняется большая неопределенность в отношении механизмов действий различных типов агентов, рождая обезболивающий индуцированных бессознательное1.

Анестетики можно разделить внутривенного агенты особенно пропофола и барбитураты или летучих/газообразных агентов, таких как севофлуран, изофлюрановая, закиси азота (N2O) и ксенон (Xe). Фармакология анестезии был хорошо установленных с несколько клеточных мишеней, определила как связан с анестезирующее действие. Большинство агентов изучал Дата акта главным образом через агонизмом γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA) рецептор опосредованного деятельности. В отличие от кетамина диссоциативной агентов, Xe и N2O предполагается оказывать свое действие главным образом ориентации N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) глутаматергические рецепторов2,3. Другие важные фармакологических цели включают в себя калиевые каналы, рецепторы ацетилхолина и остаток глутаматных рецепторов, АМПА и kainate, однако степень их вклад анестезирующее действие ускользает (для всеобъемлющий обзор см. 4).

Степень изменчивости в механизм действий и наблюдаемых физиологические и нейронных последствия различных видов агентов затрудняет дифференцирование общие выводы по их влиянию на сознательное обработки. Потеря сознания (LOC), вызванных ГАМК агентов обычно характеризуется глобальные изменения в активности мозга. Это проявляется в появление высокоамплитудных, низкочастотные Дельта (δ, 0,5-4 Гц) волны и снижение высокой частоты, активность гамма (γ, 35-45 Гц) в электроэнцефалограммы (ЭЭГ), аналогичные медленноволнового сна5,6 , а также широкое сокращение церебрального кровотока потока и глюкозы метаболизм5,6,,78,9,10,11,12 . Boveroux и др. 13 добавляются такие замечания, демонстрируя значительное уменьшение отдыха функциональные связи государства под анестезией пропофолом, с помощью функциональной магнитно-резонансная томография (МРТ). В отличие от этого, диссоциативных анестетиков дают менее очистить профиль воздействия на активность мозга. В некоторых случаях они связаны с увеличением церебрального кровотока потока и глюкозы метаболизм14,,1516,17,18,19, 21 20,во время исследования Рекс и коллеги22 и Laitio и коллеги23,24 глядя на последствия Xe предоставляет доказательства как увеличение и снижение мозга деятельности. Аналогичные нарушения можно увидеть в воздействии на ЭЭГ сигналы25,26,27,28. Джонсон и др. 29 продемонстрировал увеличение общей мощности низкочастотных диапазонах Дельта и тета также, как и выше гамма полоса частот в высокой плотности ЭЭГ исследования Xe анестезии в то время как противоположные замечания были сделаны для N2O в дельте, тета и Альфа-частоты полос30,31 и Xe на более высоких частотах32. Такая изменчивость эффектов Xe на активность электрические головы можно наблюдать в альфа и бета частотных диапазонах также с обоими увеличивает33 и сокращения34 сообщается.

Несмотря на расхождения, упомянутых выше картина начинает становиться более последовательной через агентов, когда один пытается смотреть на изменения в функциональной связи между областями мозга. Однако, такие меры были преимущественно ограничены механизмы, которые обязательно сделать уступки в отношении временной или пространственной резолюции. В то время как исследования с использованием ЭЭГ, как представляется, показывают ясно и в некоторой степени последовательную, изменения в структуре топологических функциональных сетей во время анестезии/седация с пропофолом35, севофлюран36 и N2O37, широко расставленные датчик уровня данных ЭЭГ имеет недостаточно пространственным разрешением содержательн определить и разграничить вершины соответствующих функциональных сетей. И наоборот исследования, используя улучшенный пространственное разрешение МР-томографию и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), найти аналогичные топологических изменений в крупномасштабных функциональных подключения к этому ЭЭГ13,38,39 ,40,41, однако обладают недостаточной временное разрешение характеризовать фаза амплитуда муфты в альфа-группы (8-13 Гц) ЭЭГ и других динамических явлений, которые появляются как важные подписи 42анестезирующее действие12,. Кроме того эти меры не непосредственно оценить электромагнитной нейронной активности43.

Таким образом чтобы реально улучшить понимание макроскопических процессов, связанных с действием анестезии, ограничения упоминалось ранее расследований необходимо решить; ограниченного охвата анестетиков и недостаточно пространственно временных резолюции неинвазивного измерения. Исходя из этого, авторы изложить метод одновременно запись magnetoencephalogram (Мэг) и ЭЭГ активности у здоровых добровольцев, которая была разработана для администрации газообразных диссоциативной анестетиков, Xe и N2O.

МГООС используется как это только неинвазивные нейрофизиологических техника Кроме ЭЭГ, которая имеет временное разрешение в пределах миллисекунды. ЭЭГ имеет проблемы размывания электрических полей от черепа, который действует как фильтр нижних частот на cortically сгенерированный активность, в то время как Мег гораздо менее чувствителен к этот вопрос и вопрос о том проводимости44. Можно утверждать, что Мэг имеет выше пространственных и источник локализации точность чем ЭЭГ 45,46. ЭЭГ не позволяет справедливо ссылки бесплатные записи37,47, однако делает Мэг. Мэг систем обычно также записи корковой активности в более широкого диапазона частот, чем ЭЭГ, включая высокие гамма48(обычно 70-90 Гц), которой было предложено принять участие в гипнотический эффекты анестетиков, включая Xe29 и N 2 O28. МГООС предлагает нейрофизиологических активность, что комплименты, переданное ЭЭГ, как ЭЭГ активности относится к внеклеточные электрические токи, тогда как Мег главным образом отражает магнитных полей, генерируемых внутриклеточных токи46, 49. Кроме того, Мэг особенно чувствительны к электрофизиологических деятельности касательной к коре головного мозга, в то время как ЭЭГ основном записывает внеклеточного активность радиальные в коре49. Таким образом, комбинируя Мэг и ЭЭГ данных имеет супер-добавки преимущества50.

Газообразных диссоциативной агентов Xe и N2O были выбраны по следующим причинам принцип: они запаха (Xe) или по существу запаха (N2O) и таким образом легко могут быть использованы при наличии условий управления, когда на субклинический концентрации. Кроме того они хорошо подходят для удаленного администрирования и мониторинга в лабораторной среде из-за их слабой сердечно дыхательной угнетающее воздействие61. Ксенон и в меньшей степени N2O, сохраняют относительно низкой минимальной-альвеолярные - концентрация-(MAC)-спать в котором 50% больных перестает словесные команды с ценностями 32.6 ± 6,1%51 и52 63,3 + - 7,1% соответственно. Несмотря на Xe и N2O как антагонисты NMDA-рецепторов, они по-разному модуляции ЭЭГ - Xe, по-видимому, ведут себя как типичный агент ГАМК, когда наблюдение с помощью биспектрального индекса33,53,54 (один из нескольких подходов, используемых для electroencephalographically контроля глубины анестезии). В отличие от N2O производит гораздо менее очевидным электроэнцефалографических эффект в том, что это плохо, если на всех, контролируется с помощью биспектрального индекса26. Потому что Xe имеет различные свойства сообщил электроэнцефалографических диссоциативной агентам, но обладает схожими характеристиками более широко изучены агентам ГАМК, его электрофизиологическое исследование имеет потенциал, чтобы выявить важные особенности, связанные с нейронные корреляты сознания и соответствующие изменения функциональной сети. Агентов, которые действуют на NMDA-рецептора, вероятно, раскрыть более о сетях мозга, которые subserve нормальной и измененного сознания, учитывая что NMDA рецептор опосредованного решающую роль играет деятельность в обучение и память и ее причастными роль в диапазоне психические расстройства, которые включают80шизофрения и депрессия.

Этот документ посвящен главным образом требовательных и сложных процедура сбора данных, связанных с поставкой газообразного анестетиков в амбулаторных условиях одновременно записывая Мэг и ЭЭГ. Пример данных предоставляются иллюстрирующих, что высокой четкости записи могут быть получены с минимальным движением головы и приводится анализ базовых данных на уровне датчика. Многие потенциальные методы для последующего источник изображений и/или функциональные соединения анализа, которая обычно выполняется с помощью такого рода данных не описаны, как эти методы хорошо описаны в литературе и продемонстрировать различные варианты анализ55,56.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Исследование, озаглавленное «Последствия вдыхания Xe и N2O на активность мозга, записанные с помощью ЭЭГ и Мэг» был одобрен (номер официального утверждения: 260/12), Альфред больницы и Комитета по этике Суинберн университет технологии и требованиям национального Заявление о этического поведения в человеческих исследований (2007).

1. участник отбора и предварительного исследования требований

  1. Проведение интервью для выбора здоровых, правша, взрослых мужчин в возрасте от 20 до 40 лет.
    1. Подтвердите состояние хорошее общее состояние здоровья, получения участника индекс массы тела (ИМТ) и отсутствие противопоказаний для МРТ или Мэг (например, имплантированных металлических инородных тел), а также сбор подробной истории болезни, включая любые предыдущие операции, Главное любых неблагоприятных реакций в наркоз, который приведет к исключению из сферы исследования.
    2. Конкретно исключить любые недавние потребление психоактивных или другие предписанные лекарства, а также обеспечить отсутствие каких-либо рекреационное использование наркотиков и неврологические расстройства, эпилепсия, болезней сердца, апноэ сна, движения болезни и клаустрофобия. Как это будет впоследствии важно, чтобы получить хорошее уплотнение с обезболивающий маска исключать участников, которые имеют большие бороды, если они готовы бриться.
      Примечание: Исключение женщин из-за документально эффекты менструации57 и/или возраст крайностей отдыха сигнал Мэг/ЭЭГ, а также увеличение склонности к тошноте и тошнить58.
  2. Следуйте процедуре наркоз день пребывания как обозначено в Австралии и Новой Зеландии колледж анестезиологи руководящие принципы (ANZCA) (документ PS15).
    1. В соответствии с этими руководящими принципами попросите субъектов быстро для по крайней мере 6 часов и потреблять не жидкости для по крайней мере за 2 часа до начала эксперимента. Подтверждения соответствия, имея анестезиолога, связаться с участником за день до тестирования принимает место.
    2. После завершения эксперимента, предметам проходят стандартный пост анестезии Уход за мониторинг, поручив им не работать любой тяжелой техники или принимать важные решения в течение 24 часов эксперимента (благодаря возможности остаточного низкого уровня когнитивные нарушения от Xe и N2O).

2. помещения и оборудование

Примечание: Услуги, в соответствии с требованиями ANZCA для доставки анестезии за пределами обычных хирургических операционных люкс (http://www.anzca.edu.au/resources/professional-documents. Документ PS55). В частности номер удовлетворяет технических правил для электрической безопасности и газа медицинской администрации.

  1. Запустите эксперимент на Суинберн передовые технологии центр мозга Imaging лаборатории, а именно Мэг комнаты, которая содержит комнату магнитно экранированный (MSR), что дома Мэг сканера. Экранированная комната сидит на плавающего пола, изолированных от экологических движений, таких как передача поезда.
  2. Доставить анестезии газов с помощью анестезия машины, расположен вне MSR, способного доставки и мониторинга газообразных ксенон. Этот анестезии машина специально предназначена для администрирования замкнутого цикла низкого потока газа ксенона и для измерения конца Приливные Xe концентрации с использованием katharometry (теплопроводность; точность ± 1%), в дополнение к предоставлению обслуживания стандарт мониторинга состояния пациента. Это включает в себя конец приливные O2, CO2, N2O измерение (при необходимости), пульс оксиметрии, 3-ЭКГ и неинвазивного артериального давления измерения (НИАД) согласно ANZCA руководящего документа PS18. Измерить конца Приливные N2O концентрации с использованием инфракрасной спектроскопии, реализованы в анестезия машины.
    1. Труба для участников с помощью расширенных 22 мм диаметр дыхание шланги, проходя через MSR трубопроводов газов.
  3. Предоставить стандарт обслуживания пациентов мониторинга согласно ANZCA руководящего документа PS18. Это включает в себя конец приливные O2, CO2, N2O измерение (при необходимости), пульс оксиметрии, 3-ЭКГ и измерения неинвазивного артериального давления (НИАД).
    1. Монитор артериального давления согласно ANZCA руководящего документа PS18 с помощью неинвазивного артериального давления монитора расположены за пределами MSR и соединены долгосрочной инфляции трубки манжеты на предплечье.
    2. На протяжении всего эксперимента, запись и документирование всех физиологических параметров интервалом 1 мин помимо автоматической записи всех параметров каждые 30 s.
  4. Убедитесь, что газы передаются участникам, используя расширенный 22 мм диаметр дыхание шланги, проходя через трубопроводы MSR. Системы всасывания расположен за пределами MSR и длинные доставки трубки, подключенных к Yankauer всасывания палочка передается через каналом находиться недалеко от пациента и клинических наблюдателя.
    1. Кроме того убедитесь, что рвоты бассейнов неподалеку находятся в пределах MSR для включения их быстрое позиционирование наблюдателем при наступлении рвоты. Клинические наблюдателя в MSR нужно будет сохранять бдительность для любого обструкции, первоначально оказывающей подбородок Поднимите или челюсти направленность и немедленно прекратить протокол, если надвигающейся рвоты сигнализируется чрезмерного глотании или рвота или дыхательных путей непроходимость не решена, подбородок жизни или челюсти направленность.
  5. Запись ЭЭГ с использованием Мэг совместимый 64-канальный Ag/AgCl электродов колпачок придает батарея питание усилителя в MSR. Усилителя подключен через волоконно оптический кабель и подходящий медиа-конвертер для ноутбуков под управлением совместимых приобретение программного обеспечения.
  6. Активность магнитного поля записи мозга (Мэг) с частотой дискрети 1000 Гц, используя систему Мэг, которая охватывает весь мозг и хорошо определены массивы датчиков, которые могут включать в себя магнитометры и осевой/Вселенский градиентометры; настоящее исследование, используя система, состоящая из 102 магнитометры и 204 Вселенский градиентометры. Чтобы избежать сложностей, не имеющих прямого отношения к протоколу или конфигурации системы Мэг, данные примера из магнитометры лишь сообщается, хотя магнитометр и градиометр данные, полученные в рамках протокола.
  7. Трек голову позиции, постоянно используя 5 катушек индикатор (HPI) головки. Оцифровывать расположение головы катушек, электроды ЭЭГ и фидуциальный маркеры (Насьон и левой и правой околоушный точки) перед Мэг, сканирование с помощью соответствующих оцифровка оборудования.
    1. Поскольку цель заключается в том, чтобы получить результаты в исходном пространстве, отключите любой внутренней активных защитные системы, нанятые Мэг система для трехмерной шума отмены, чтобы гибкость в отношении использования пространства сигнала конвейер обработки методы разделения (SSS), которые обычно используются.
    2. Для получения соответствующего T1-взвешенный структурных сканирование мозга для позднее Сопредседатель регистрации с M/ЭЭГ записи используйте МРТ сканер.

3. исследование, проектирование и протокол

Примечание: Следует двусторонний кроссовер экспериментальный протокол. Выполните два отдельных сессий тестирования для каждого предмета, разделенные максимум четырех недель между тестирования сессий. Одна рука исследования состоит из администрации Xe N2O дается на второй руке. Участники слепы к типу газа, администрируемого во время медицинского персонала и исследователи не из-за различия в процедуре выполняются для их администрирования.

  1. После получения осознанного согласия, подтверждают участника отбора с интервью обширной медицинской истории и измерения жизненно важных признаков, которые включают артериальное давление, частота сердечных сокращений, тела температуры и пик выдоха. После подтверждения участником отбора, тема проходит краткие измерения в Мэг обеспечить, что не существует никаких неожиданных источников шума.
  2. Место Шэу на предмет голову и гель всех электродов. Подключите 5 катушек HPI на крышку непрерывно записывать головки в МГООС.
    1. Оцифровать ЭЭГ каналы, HPI катушки позиции и дополнительные очки на носу субъекта и хранить все места, используя Мэг сопровождающего пакета программного обеспечения.
    2. Переместить тему в MSR, подключите крышку электрода к усилитель и повторно гель электроды ЭЭГ, если требуется для обеспечения того, чтобы их электрических контактов импедансы ниже 5 kΩ.
  3. Помимо Мэг и ЭЭГ сделать три дополнительных биполярного био канал записи.
    1. Потому что цистит Агент администрирования связан с изменениями в тонус мышц, запись электромиограммы (ЭМГ), используя пару одноразовых Ag/AgCl электродов размещены submentally для записи активности mylohyoid и двубрюшной мышцы (передней живот).
    2. Запись электро oculogram (ЭОГ) путем присоединения пару электродов выше одного из глаз, вблизи лоб и соответствующего бокового угла глазной щели и выполняют три ведущий электрокардиограммы (ЭКГ) записей с помощью электродов на каждом запястье и локтем, молотый (см. Рисунок 1).
  4. Попросите участников держать глаза закрытыми на всех этапах записи эксперимента.
  5. Выполнение клинического управления субъекта с анестезиологом и обезболивающий медсестра или другим надлежащим образом подготовленных клинических наблюдателя. У медсестра/наблюдателя сидеть с темой в MSR для того, чтобы постоянно контролировать состояние участника (в частности лицевое уплотнение маски и сократимость субъекта) и анестезиолога, находится в комнате управления управлять поставки газа и электронных мониторинг.
  6. Сбор данных в команде 3: один из членов мониторинга и контроля за приобретение МГООС сигнал, другой мониторинга и контроля за приобретение ЭЭГ и другой запуск и остановка задач компьютерной слуховой постоянной производительности во время наблюдение за ответы испытуемых, координации всех экспериментальных тайминги и записи минут кровяное давление и конца Приливные газов и скорость потока газа, как предусмотрено анестезиолога.
  7. Непрерывно визуально контролировать участника в MSR через подходящую камеру, которая также записывает все стадии эксперимента для последующей оценки и обзора.
  8. Поведенчески измерения текущего уровня реагирования на протяжении всего эксперимента с помощью слуховых постоянной производительности задачи (aCPT). Для доставки бинаурального слуховой тон 1 или 3 кГц частоты фиксированной стерео амплитуды (около 76 dBA), с интервалом между стимул от 2 до 4 секунд, из равномерное распределение используйте Мэг совместимые наушники.
    1. Попросите участников как можно скорее, с использованием двух отдельных кнопок коробки в каждой руке быстро реагировать. Использование левой и правой кнопки на каждый купленный бокс соответствуют низкой или высокой частоты тона, соответственно, и левая и правая кнопки коробки, соответственно, для участника для указания на отсутствие или наличие тошнота.
  9. Внимательно следить за отзывчивость на протяжении всего эксперимента. Задержка времени реакции и точность (процент от тонов правильно классифицированы) ответов автоматически записываются также как отображаемых на мониторе за пределами MSR для исследователей, чтобы получить реальном времени указания участников поведенческие состояние.
    1. После нескольких последовательных правой кнопкой поле ответов (с указанием тошнота), предупредить наблюдателя в MSR и управляющие анестезиолога, что газ администрация может понадобиться внезапно прекращается избежать рвоты.
  10. Запись глаза закрыты покоя ЭЭГ и Мэг на 5 мин, следуют 5 мин глаза закрытыми исходных ЭЭГ/Мэг запись с субъекта, осуществляющего aCPT задачи.
  11. Удалить тему из MSR и позволяют 20 калибра внутривенная канюля быть помещены в левой локтевой ямки, анестезиолог. Анти рвотное средство администрирования, происходят медленно в течение 1-2 минуты, состоящий из 4 мг дексаметазона и 4 мг Ондансетрона59, следует предотвратить любые рвоты, вызвало анестезирующий газ вдыханием, который часто наблюдается с N2O в более высокие концентрации используется60.
  12. Прикрепите маска и дышая цепи к теме с помощью упряжи давление (CPAP) непрерывное положительное airways модифицированных апноэ сна и оценить для субъекта комфорт и отсутствие какой-либо утечки на 5 см H2O положительным давлением.
  13. Вернуть предмет MSR оставаться на своих местах в Мэг на оставшуюся часть этого исследования.
  14. Принять ряд превентивных мер для обеспечения ограниченного тема движения во время одновременного Мэг и ЭЭГ записи, так как движение тела и головы может вызвать большие артефакты в электромагнитной записи и, как ожидается, будут возникать во время администрации Множественная анестетиков вследствие их известных склонность, чтобы побудить психомоторное возбуждение.
    1. Место под заказ крышкой из низкой плотности бесцветных пены на голове, который закрепляет положения головы внутри шлема MEG сосуда Дьюара независимо от головы размер и форму.
    2. Кроме того, использование упряжи ткань обернутые вокруг бедер и ягодичных мышц и прикреплены к задней части Мэг стул для сведения к минимуму любого провисания/сутулый, возникающая в вертикальном положении участника (см. Рисунок 1).
    3. Во время записи, отслеживание положения головы, постоянно используя HPI катушки, для просмотра в автономном режиме после завершения эксперимента (см. раздел анализа данных для получения более подробной информации).
  15. После того, как участник надежно закреплена, управлять 100% вдохновил O2 и продолжать это до 30 минут до тех пор, пока их конец Приливная концентрация2 O > 90%, указывающее, они по сути являются де азотосодержащих, необходимых для обеспечения процесса точные измерения концентраций конца Приливные анестезирующий газ.
    1. В течение последних 5 минут denitrogenation выполните Заключительный 5 минут глаза закрытыми покоя ЭЭГ/Мэг aCPT записи обеспечить, что любые эффекты анти рвотное средство администрирования и denitrogenation возможно, на активность мозга может впоследствии определяется и контролируется для.
    2. Сравните этот третий базовой записи предыдущих исходных линий (остальные глаза закрыты без анти рвотное и задач глаза закрыты без анти рвотный) определить последствия, которые противорвотным и aCPT на спонтанное/отдыха М/EEG. Исходных линий, называются исходных линий 1, 2 и 3 в рукописи для отдыха глаза закрыты без анти рвотное, задачи глаза закрыты без анти рвотное и задач глаза закрыты с анти рвотное, соответственно.

Figure 1
Рисунок 1 : Изображения, демонстрируя ЭЭГ, ЭОГ, ГРП и ЭКГ электрод макет общей созданы и в пределах MSR. (A) показывает крышку совместимые Мэг 64-канальный используется для записи ЭЭГ, ЭОГ записывается с помощью двух электродов, показано расположенных выше и ниже левого глаза, ГРП записывается с помощью двух электродов, расположенных ниже челюсти и ЭКГ записывается с помощью двух электродов, расположенных на запястье. (B) показывает заказ пены шапку и ремень используется для сведения к минимуму движения объекта во время записи. (C) демонстрирует окончательной конфигурации, необходимой для анестезии администрации, которая включает в себя позиционирование головы в рамках МГООС и придавая обтягивающие противогаз. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

4. газовые управления протокола

Примечание: Протокол управления газ слегка варьируется в зависимости от руки исследования.

  1. Администрировать Xe на четырех этапная повышение уровней и N2O в три поэтапного увеличения уровней. Первые три газа уровней для каждого газа соответствуют уровням обор MAC-проснулся 0.25 (уровень 1), 0,5 (уровень 2) и 0,75 (уровень 3) раза концентрацию MAC спать. Эти концентрации составляют 8%, 16%, 24% и 16%, 32%, 47% концентрации для Xe/О2 и N2O/O2, соответственно.
    Примечание: Уровень 4й Xe соответствует 1,3 раза MAC спать концентрации.
  2. Выберите 4й уровень газа для Xe, что 95% участников, как ожидается, потеряет сознание на этом уровне (все изучаемые к настоящему времени достигли полной потере гибкости во время aCPT задачи). Из-за документально склонность N2O побудить тошнота и рвота при высоких концентрациях, не включают N2O уровень концентрации достаточно, чтобы вызвать потерю сознания, 95% участников (~ 75%). Рисунок 2 кратко газ администрирования профилей.
  3. Следовать той же экспериментальной процедуре для всех обор MAC уровней Xe и N2O за исключением 42% Xe/O2, который потребует несколько иной методологии (см. 4.4. ниже).
    1. В начале каждого уровня сообщите тему и обезболивающий медсестра/клинических наблюдателя газ администрация будет начать и начать запись ЭЭГ и Мэг, сигнал управляющей анестезиолог начать газ администрации и запустить задачу на aCPT. Мыть в газ затем происходит в течение 10 минут, таким образом, что цель конца Приливные газа концентрация достигается в конце этого периода и поддерживается на 5 минут (предполагаемая установившемся фаза).
    2. В конце этого периода устойчивого состояния 5 минут выполните вымывание с администрацией 100% O2 в течение 10 минут, во время которых конца Приливные загазованности возвращает 0.
    3. Повторите процедуру для следующего уровня газа шаг.
      Примечание: Потеря гибкости (ЛОР) для Xe ожидается достичь в 95% участников в концентрации 42% Xe/O261. Администрация этого уровня происходит для более низких уровней до анестезии медсестра клинического наблюдателя и потери кнопку ответы указывают ЛОР.
  4. Как только достигается ЛОР, поддерживать уровень газа Xe 10 минут или до анестезиолога или цистит медсестра/клинических наблюдателя считают небезопасными продолжать после которого вымывание с 100% O2 занимает места. Экземпляры, в которых анестезиолог может рассмотреть небезопасным продолжать включать частые нажатие правой кнопкой поле, указывающее тошнота, глоттальный шумы, признаки рвоты слюнотечение или глотания и Сосудисто блуждающего реакций.
    Примечание: На этом высоком уровне, проявлять значительную осторожность и установить низкий клинических порог для прекращения Xe газа администрации. Авторов опыт свидетельствует о том, что этот уровень может быть связан со снижением глотания, наращивание слюны и появление рвота подобное поведение, что если разрешено продолжать мая предвещают срыгивания в маску. Естественно последствия этого могут включать жизнеопасных аспирации. Это также возможно, что менее интенсивной реакции могут произойти на более низких уровнях газа и таким образом проявлять высокий уровень бдительности при администрации всех уровней поэтапного газа. Помимо этих потенциальных проблем дыхательных путей осознавать потенциал для вазовагальный обморок, особенно в молодых мужчин участников. Их возраст и временные ограничения жидкости и пищи являются все факторы риска62.

Figure 2
Рисунок 2 : Резюме газ администрирования профилей для Xe и N 2O. Временная шкала и газа концентрации во время курса введения препарата для N2O (вверху) и Xe (внизу). Числа над каждой шкале показывают время в минутах с момента начала первой поставки газа. Каждый уровень пиковой достижение равновесного уровня концентрации газа достигается через 10 минут, equilibrating период, а затем 5 минут стабильного состояния, в течение которого сохраняется пик достижение равновесного уровня концентрации газа, а затем 10 минут размыва. Пик достижение равновесного уровня газа, которые со временем последовательно увеличения концентрации. Обратите внимание, что график подготовки для эксперимента, а также в период после газ администрации не отображаются. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

5. Структурная сканирования

  1. Перед Исследованием место капсулы витамина Е на голову участника, чтобы использоваться в качестве маркеров для выделения оцифрованных координатных точек для носовой Апекс и левой и правой околоушный очков. Это гарантирует более ко-регистрация Мэг/ЭЭГ датчиков и МРТ головного мозга при попытке соотнести Мэг/ЭЭГ источник изображений для МРТ основе нейроанатомия.
  2. Получить один структурный T1-взвешенный МРТ, либо после завершения руку исследования, если участник чувствует себя хорошо, в противном случае спросите им вернуться на отдельный день для структурной сканирования мозга.

6. участник последующая деятельность

Примечание: Тема свободно покидать при сопровождении друга или относительный.

  1. После выписки попросите участников завершить усеченную версию 5-мерного изменённые состояния сознания рейтинговой шкале (5D-ASC); вопросник, предназначенный для доступа к отдельным различия путем сравнения состояния нормальных и измененное сознание посредством визуального аналоговая шкала63,64.
  2. Кроме того спросите для представления краткое изложение их общий опыт во время эксперимента, а также конкретные сведения о уровня зависит от качественных эффектов.
  3. У обоих этих документов завершено и послал к исследователям через 24 часа после каждой сессии записи.

7. анализ данных

Примечание: Этот раздел описывает анализ базовых данных на уровне датчик Мэг/ЭЭГ, охватывающий этапы создания примеров препроцессированный Мэг/ЭЭГ данных, спектральные топографии, движения головы, отзывчивость скоринга и слуховых вызванных ответов. В центре внимания этой статьи находится на иллюстрации типичных примеров, так что читатель может понять важные особенности записанных данных. Не внутри отдельных или group-wise статистические анализы выполняются как принцип в этой Секции анализа направлена к деталям важные предварительной обработки шаги, которые свидетельствуют о качество и целостность данных, собранных. Нет данных предоставляются для множества анализов, которые могут выполняться на этом данных55,56 , как они выходят за рамки описания метода.

  1. Полный анализ автономных данных на настольном компьютере с помощью программного обеспечения для анализа соответствующих данных и использования соответствующих инструментов для обработки данных ЭЭГ и Мэг. В конвейере авторов используйте версию 20160801 экскурсия элементов65 .
  2. Вычислите движения головы во время каждого Мэг, запись первого получения непрерывной головы позиции как последовательность координат кватернион, анализируя 5 сигналов катушки HPI, сохраняются как часть каждого уровня зависимых и базовых Мэг записей. Преобразуйте руководящие должности из кватерниона в декартовых координат.
  3. Соберите 6 и 7 записей для N2O и Xe исследования оружия (исходных линий 1, 2 и 3, газ уровней 1-3 или 1-4 соответственно). Время смены сырых ЭЭГ относительно Мэг данных для синхронизации двух типов сигналов на основе общего триггера канала. Эта форма синхронизации возникает от выбора системы записи ЭЭГ.
    Примечание: Многие Мэг системы содержат встроенный в системе ЭЭГ, которая предлагает очень точный электронный уровень синхронизации Мэг и ЭЭГ, но часто имеют низкое разрешение КСР квантование 16 бит. По этой причине, использование внешней системы ЭЭГ (см. 2.3) с 24-битный ЭЭГ амплитуды разрешением для включения более высокий допуск к электроду смещение потенциалы, измерение низкочастотной информации и плоская частотная характеристика на всех каналах.
  4. Для всех записей, связанных с поставки газа и aCPT производительность Переопределите время ноль для начала поставки задачи/газа aCPT.
  5. Визуально осмотрите необработанных данных Мэг и исключить любые плохие каналы из дальнейшего анализа. Далее фильтровать данные с помощью временного разделения сигнала пространства алгоритма76 Реализовано на Мэг системное программное обеспечение. Алгоритм подавляет источники магнитных помех за пределами сенсоров и поэтому приводит к уменьшению артефактов движения внешнего или жесткие тела. Импорт набора выходных данных в программное обеспечение анализа данных для использования с магнитометры (102 каналов) для дальнейшей обработки.
  6. Полосовой фильтр Мэг на 2 до 50 Гц и линии фильтры шума на 50, 100 и 150 Гц. визуальный артефакт обнаружения и процедуры обнаружения автоматический артефакт, реализованных в экскурсия программного обеспечения позволяют для удаления любых элементов, артефакты. Визуально инспектировать любые сегменты, содержащие глаз мигает, сердце бьется или мышечной артефакты и исключить из данных, а также любые сегменты коррелирует с существенные изменения в движения головы более чем на 5 мм (см. ниже).
    Примечание: Движения более чем на 5 мм относительно начала каждого базового 5 минут или газ, достижение равновесного уровня периода используются отклонить непрерывно приобретенных Мэг данных с Мэг источник изображений обычно имеет пространственное разрешение порядка 5 мм (например для MEG/EEG сканеров55). Это, однако можно выполнять движение компенсации Мэг данных сегментов данных66 , а не отвергая коррелирует с значительные движения головы, однако такие методы выходят за рамки этого документа.
  7. Как с данными Мэг, визуально осмотрите 64-канальный ЭЭГ сырья и исключить любые плохие каналы из дальнейшего анализа данных. Полосовой фильтр данных с использованием же диапазонов частот для МГООС. Вновь ссылаться на ЭЭГ для общего среднего, как стандарт для источника изображений подходы. Наконец удалите все сегменты, содержащие артефакты contemporaneous с деятельностью соответствующего Мэг.
  8. Чтобы визуализировать спектральных свойств данных Мэг/ЭЭГ, вычислить односторонний амплитуды спектры вдоль передней задней срединной линии для каналов ЭЭГ FPz, Cz и Оз и срединной Фронтальный центральный каналы и затылочной Мэг магнитометр ( рис. 3 ).
    1. Рассчитать уровень датчика Топографическая карта альфа-группа (8-13 Гц) мощность для Мэг/ЭЭГ, учитывая что сильный альфа-группы, которые наблюдаются изменения ранее N2O и ГАМК анестетиков25,31,67 .
    2. Для данных ЭЭГ использования FPz канал в качестве ссылки для вычисления мощности Топографическая альфа-группы для того, чтобы лучше выделить изменения альфа-мощность.

Figure 3
Рисунок 3 : ЭЭГ (A) и Мэг (B) датчик макеты с верхней части головы и выравнивается на плоскость,. Обратите внимание на структуру триплет Мэг, где датчики, заканчивающийся в ### 1 магнитометры и датчики, заканчивающийся в ### 2 или ### 3 градиентометры. Красные поля обозначают каналов вдоль передней задней срединной линии, используются для визуализации спектральных свойств Центральной и затылочной магнитометр каналов ЭЭГ и Мэг, FPz (лобной), Cz (Центральный) и Oz (затылочной) и лобной, соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. Получите слуховой вызвал ответ для отфильтрованных бездефектной Мэг и ЭЭГ данных для каждой записи с участием aCPT задачи. Эпоха, сигналы от ms-1000 + 2000 МС относительно тона вызвать раз и среднем все доступные артефакт бесплатно эпох. Возьмите задержка между стимулом триггера поколения и доставки звук в ухо во внимание, в этом случае 190.5 мс.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Этот раздел использует данные, полученные из одного предмета для того, чтобы продемонстрировать типичные возможности одновременной записи и способствовать такой информации лучшего понимания цистит индуцированной изменённые состояния сознания. Чтобы упростить экспозиции, результаты отображаются для i) записей исходных анти рвотный администрации (базовый уровень 3), ii) 0,75 обор MAC-проснулся пик концентрации газов (уровень 3) N2O (47%) и Xe (24%) и iii) Xe пик концентрации газа (42% уровень 4). Уровни 3 и 4 были выбраны, поскольку они являются высокий уровень установившегося считается N2O и Xe, соответственно. Кроме того, уровень 4 Xe включает ясную потерю реагирования, государства обычно не достижимо для N2O.

Для того, чтобы четко иллюстрируют масштабы движения головы абсолютной позиции всех 5 катушек HPI показываются как функцию от времени во время нескольких записей. Рисунок 4 четко демонстрирует, что шаги, следует обеспечить ограниченное движение во время сканирования связаны с приемлемым уровнем движения головы и тела, несмотря на фармакологического вмешательства. Ярким примером обширные движения головы можно увидеть в рисунке 4(ii) между 20-25 минут (в период размыва) когда большие движения головы был записан. Такие периоды визуально обнаруживаются и удаляются из данных. Протокол гарантирует, что концентрации стабильной конца Приливные газа на всех уровнях может быть легко и легко достигнута (см. Рисунок 4), с предметом реагирования, надежно оценить с помощью aCPT задачи. 4(ii) цифры и 4(iv) ясно показывают такие сокращения начисленных в реагировании на этапах 5 минут установившемся для ксенона и закиси азота. Рисунок 4 (v) указывает на потерю реагирования (0% точности) в течение периода устойчивого состояния до 42% Xe администрации, как ожидалось.

Figure 4
Рисунок 4 : Примеры движения головы, газ концентрации и aCPT точность временных рядов от одного участника для (i) базовые 3 (после антиэметики) до N 2 O управление, (ii) 47% N 2 O (уровень 3), (iii) базовой 3 до Xe администрации, (iv) 24% Xe (уровень 3) и (v) 42% Xe (уровень 4). Каждый югу рисунок показывает абсолютное движение (вверху) 5 головы катушек (Легенда ниже (ii) указывает катушек) и газа концентрации (внизу, красный) и точность (внизу, синий) aCPT как функция времени в минутах. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

За время соответствие 10 второго сегментов для N2O и Xe на рисунке 5показаны примеры отфильтрованных бездефектной Мэг и ЭЭГ данных вдоль линии середины переднего задний для той же теме, как показано на рисунке 4. Базовый уровень 3 (после антиэметики) для Xe и N2O показывает сильный альфа-колебания в затылочной каналов (Oz для ЭЭГ) и канал затылочной магнитометр для Мэг. Как анестезии уровень увеличивается для уровня 3 N2O (47% пик газ) уменьшается мощность всего сигнала, с сокращением альфа-группы власти особенно очевидна. В отличие от альфа-активности, в ответ на Xe администрации не значительно снижена до уровня 4 (42% пик газ). В отличие от N2O увеличение концентрации Xe более четко связаны с увеличением амплитуды Дельта (0 - 4 Гц) и деятельность группы тета (4-8 Гц), будучи особенно ясно на центральном сайте во время администрации (уровень 4) 42% в МГООС.

Figure 5
Рисунок 5 : Пример время соответствие 10 второго окна отфильтрованных бездефектной Мэг (A) и (B) ЭЭГ данных для той же теме на рисунке 4 для случаев (i) базовые 3 (после антиэметики) до N2 O управление, (ii) 47% N 2 O (уровень 3), (iii) базовой 3 (после антиэметики) до Xe администрации, (iv) 24% Xe (уровень 3), (v) 42% Xe (уровень 4). 24% Xe и 47% N2O, время периода был фрагмент чивом состоянии и 5 минут в то время как 42% Xe, эпоха выбранных данных было в период потери гибкости, как указано в ответ aCPT субъекта. Фронтальная (синий), Центральной (красный) и затылочной (зеленый) соответствуют соответствующих Мэг магнитометр и каналам ЭЭГ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Изменения в мощности сигнала, отметила Рисунок 5 более подробно изложен в односторонний амплитуды спектры же сигналов на рисунке 6. В то время как возникают ряд наблюдаемых изменений в силу, когда переходит от базовой линии в газ, наиболее значительные изменения, как представляется, постепенное затухание сильный базовых альфа-группа (8-13 Гц) власти, наблюдается в затылочной электродов, с увеличение концентрации газа. Это дополняется с увеличением активности группы низких частот тета и Дельта.

Figure 6
Рисунок 6 : Амплитуда спектры для тех же данных Мэг (A) и (B) ЭЭГ, показанный на рисунке 5 случаев (i) базовые 3 (после антиэметики) до N2 O управление, (ii) 47% N 2 O (уровень 3), (iii) базовой 3 (после антиэметики) до Xe администрации, (iv) 24% Xe (уровень 3), (v) 42% Xe (уровень 4). Фронтальная (синий), Центральной (красный) и каналы затылочной (зеленый) соответствуют соответствующих Мэг магнитометр и каналам ЭЭГ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

На рисунке 7 показан пример топографических изменений в альфа-группы питания связан с увеличением концентрации газа ксенона и N2O. Обратите внимание, ясно затухания задняя альфа-мощность с увеличением Xe и N2O, в соответствии с ранее изменения N2O и ГАМК анестетиков25,,3167.

Figure 7
Рисунок 7 : Топографическая альфа (8-13 Гц) полоса власти в (A) Мэг (только магнитометры) и (B) ЭЭГ для той же теме как рисунки 5 и 6 для случаев (i) базовые 3 (после антиэметики) до N2 O управление, (ii) 47% N 2 O (уровень 3), (iii) базовой 3 (после антиэметики) до Xe администрации, (iv) 24% Xe (уровень 3), (v) 42% Xe (уровень 4). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Наконец Рисунок 8 иллюстрирует пример датчик уровня Мэг и ЭЭГ слуховой вызвали ответы получены протокол и aCPT задача для той же теме как цифры 5-7. Можно отметить, что увеличение концентрации газа ксенона и N2O привести к ослаблению первый пик ответ, а также задержки, ослабление или исчезновение впоследствии ответ пиков, особенно во время потери гибкости для Xe уровня 4 (42%).

Figure 8
Рисунок 8 : Датчик уровня аудитории вызвали ответы Мэг (A) и (B) ЭЭГ для той же теме как цифры 5-7 для случаев (i) базовые 3 (после антиэметики) до N2 O управление, (ii) 47% N 2 O (уровень 3), (iii) базовой 3 (после антиэметики) до Xe администрации, (iv) 24% Xe (уровень 3), (v) 42% Xe (уровень 4). Цветные бабочки участки соответствуют channel-wise время ансамбль ответов. Для каждого участка бабочка Топографическая карта соответствует времени отклика пик. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Этот документ изложил всеобъемлющий протокол для одновременной записи Мэг и ЭЭГ во время родов анестезирующий газ с N2O и Xe. Такой протокол будет ценным для изучения электромагнитных нейронные корреляты цистит индуцированной сокращений в сознании. Ожидается, что протокол обобщить для доставки других анестезии газов, например севофлюран или изофлюрановая. Это будет способствовать более глубокому пониманию общие, конкретные и различные макроскопических механизмов, которые лежат в основе цистит индуцированной сокращений в сознании для ряда анестетиков совершенно различных молекулярных режимы и целей действий. Понимание того, как функция анестетиков, вероятно один из Великой нерешенных проблем неврологии и возможно ключ к пониманию нейрохимические основы поведения.

Представленные результаты пример полностью согласуются с предыдущими исследованиями, расследование обезболивающий индуцированных ЭЭГ мощность спектральные изменения, таким образом свидетельствующие о верности протокола мы разработали и изложил. В случае N2O администрации, кратко изложенные выше результаты соответствуют уменьшается в Дельта, тета и альфа-группы власть в ЭЭГ, которые наблюдались высокие вдохновили уровней N2O (> 40%)25,28, 31. Аналогичным образом во время анестезии Xe наши результаты согласуются с нескольких опубликованных докладов о воздействии Xe с использованием высокой плотности ЭЭГ. Например, Джонсон и др. 29 продемонстрировал, замедление ЭЭГ с повышенной общей мощности в диапазонах Дельта и тета особенно в лобной области, результаты, которые согласуются с типичные результаты, которые мы представили здесь. Дальнейшие Джонсон et al. определили, что ингаляции ксенона был связан с увеличением как фронтальной и задней срединной Дельта, с этими изменениями активности медленные волны, будучи топографически неоднородных, характер, наблюдения, что зеркала изменчивость в топографии частота полоса вдоль оси передней задней продемонстрировал в результатах этого расследования. Со ссылкой на изменения в более высокой частоты активности (альфа-группы и выше), картина становится гораздо менее ясно. Хартманн и др. 34 описал снижение глобального альфа-активности, несколько напоминающий результаты авторов и глобальный рост в бета-версии полосы (13-30 Гц) власти, тогда как Laitio и др. 33 показали увеличение лобной альфа и уменьшение заднего альфа-активности. В бета и гамма-Частотные ряды Джонсон и др. 29 сообщили широкое увеличение мощности гамма полоса (35-45 Гц), тогда как Goto и др. 32 показал снижение. В целом этот метод является также возможность выявить изменения в электромагнитные мозговой деятельности, о которых было сообщено N2O и Xe с помощью гораздо проще записи конфигурации.

Мы показали четкие примеры эффектов, что газообразных анестетиков Xe и N2O вызвать в спектрах, амплитуда альфа-группы власть топографии и слуховых вызванных ответы отфильтрованных артефакт Мэг/ЭЭГ-данных. Ожидается, что более сложные методы анализа данных можно предложить важные понимание механизмов анестезирующее действие и соответствующих глобальных и местных изменений в сети, которые происходят в государствах измененного сознания. Выход за рамки данных датчика уровня и глядя на источник деятельности обеспечит представление изменений в спонтанной активности, что может быть лучше связаны с нейроанатомия (для обзора см. 55). Применения различных мер функциональных подключения (для обзора см. 56) для этого источника данных будут способствовать дальнейшему пониманию роли сбои в функциональные связи в анестезии индуцированной снижение сознание1.

На сегодняшний день Фармако Мэг был использован для описания анестезирующее действие, за исключением руки полный исследований на диагностические седации или повышение эпилептогенных активности у больных эпилепсией. Известные примеры таких исследований Мэг Hall et al. 68 , 69 , где осуществлялось одной дозы устные диазепамом, Корнуэлл и др. 70 где была проникнуты югу анестезии кетамином, Саксена et al.71 , который посмотрел на пропофола седативный эффект и Quaedflieg et al. 72исследования воздействия ремифентанил на несоответствие негатива. Совсем недавно Muthukumaraswamy и коллеги73 занятых Мэг в функциональной связи расследования седативное доз кетамина, раскрывая важные колебательные изменения, особенно в альфа и тета гамма власти, а также значительные изменения в NMDA-опосредованной лобной и теменной подключения. Наши результаты ясно продемонстрировать потенциал и полезность одновременно зарегистрированных Мэг и высокой плотности ЭЭГ в изучении механизмов анестезии. Для авторов знаний без предварительного одновременного Мэг/ЭЭГ исследование была выполнена в людях с нестабильной или газообразных анестетиков и, таким образом, метод конспектированный здесь надеюсь будет стимулировать дальнейшие усилия в этом направлении.

Существует несколько ограничений, связанных с нашими протокол, который следует отметить. Во-первых экспериментальной процедуры был разработан с газообразным обезболивающий администрацией в виду и важным, и пока untrialled, изменения будет необходимо учитывать, когда использование других типов анестетиков такие летучие агенты лучше всего свидетельствует севофлюран. В случае нестабильной ингаляционных анестетиков мы рекомендуем использовать сократимость Ларингеальные маски для обеспечения проходимости дыхательных путей, однако захватнический характер процедуры следует отметить. Во-вторых мы выбрали очень простое слуховой непрерывной высокопроизводительную задачу следить за отзывчивость. Парадигма простой слуховой постоянной производительности был выбран так как связанные с событиями, что изменения не были основное внимание этого расследования. Для изучения более подробную корреляции между мозговой активности и познания во время анестезии более сложные и характерных слуховой77, визуальные71 и стимулов тактильной78 нужно будет использоваться. Движения головы во время анестезии является также возможно изображений посрамить которой мы обратились с помощью заказных пены колпачок, который держит голову в MEG Дьюар, ремень, который держит участник безопасности в Мэг стул и строгим данных артефакт процедуры удаления. Наконец этот документ отсутствует анализ явных человеческие факторы79 , которые могут количественно оценить степень, в которой другие следователи могут легко следовать этот протокол. Хотя мы предоставляют несколько нот на ограничения и другие факторы, связанные с выполнением ингаляционной анестезии с помощью Ксенон и N2O во время записи ЭЭГ/Мэг, разработки конкретных показателей производительности можно было бы использовать для того чтобы Укажите относительную развертывание ресурсов и времени для конкретных разделов протокола.

Выводы, изложенные здесь ясно продемонстрировать, что можно одновременно записывать Мэг и ЭЭГ в условиях ограничений Мэг магнитно экранированный окружающей среды при одновременном обеспечении высокого качества данных, связанный с минимальным движением головы и случайного артефакт. Такие методы могут иметь значительные клинические последствия, как они могут быть использованы, чтобы лучше понять, какие возможные универсальных механизмов анестезии, которая в свою очередь может привести к улучшению клинических мониторинг анестетиков путем предотвращения инцидентов Периоперационная осведомленности и улучшения послеоперационные результаты74,75. Кроме того программа установки не обязательно ограничивается анестезии расследований, но могут быть соответственно изменены для размещения различных типов фармакологического вмешательства, газообразных или иным образом.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить Махла Cameron Брэдли, Рейчел Энн Бэтти и Johanna Stephens за ценную техническую помощь в сборе данных Мэг. Дополнительно благодарность д-р Стивен Макгиган для поддержки как второй анестезиолог. Paige Pappas предоставил неоценимую обезболивающий медсестра надзора. Маркус Stone любезно предложенных свое время и опыт в области редактирования и съемки протокол. Доктор Суреш Muthukumaraswamy дал конкретные рекомендации относительно данных анализа и интерпретации результатов. Наконец Jarrod Gott внесли многие стимулирования дискуссии, помогали в выполнении целого ряда экспериментальных экспериментов и занимает центральное место в разработке головной ремень пены.

Это исследование было поддержано James S. McDonnell совместный грант #220020419 «Реконструкции сознание» присуждена Mashour Джордж, Майкл Авидан, Max Kelz и Дэвид 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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics