Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

מגנטואנצפלוגרפיה סימולטני אלקטרואנצפלוגרם מספקת כלי שימושי כדי לחפש נפוצות ומובחנת מאקרו סרגל מנגנונים של הפחתות בתודעה המושרה על ידי הרדמה שונים. מאמר זה מדגים את השיטות האמפירית שבבסיס את ההקלטה של נתונים מסוג זה של בני אדם בריאים במהלך הרדמה N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based במהלך שאיפה של תחמוצת החנקן ו קסנון.

Abstract

הרדמה ניתן לטעון מספק את אחת הדרכים שיטתית רק ללמוד את ה"מפה עצבית של תודעה גלובלית/חוסר הכרה. אולם עד היום יש רוב דימות מוחי או חקירות neurophysiological בבני אדם מרותק המחקר של הרדמה γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based, ואילו ההשפעות של ניתוק N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- קולטן-אנטגוניסט מבוססי הרדמה קטמין, תחמוצת החנקן (N2O), קסנון (Xe) ידועות בעיקר. מאמר זה מתאר את השיטות שבבסיס ההקלטה סימולטני מגנטואנצפלוגרפיה (מג) ואת אלקטרואנצפלוגרם (EEG) של גברים בריאים במהלך שאיפה של גז הרדמה סוכנים N2O ו- Xe. שילוב נתוני מג ו- EEG מאפשר את ההערכה של פעילות מוחית אלקטרומגנטית במהלך הרדמה בבית גבוהה רזולוציה מרחבית, הזמני, מתון. כאן נתאר מפורט פרוטוקול, מעודן על פני הפעלות הקלטה מרובות, כולל נושא גיוס, התקנת ציוד ההרדמה מהחדר הסורק מג, איסוף נתונים, ניתוח נתונים בסיסיים. ב פרוטוקול זה כל משתתף חשופים רמות משתנות של Xe ו- N2O בעיצוב צולבות על אמצעים חוזרות ונשנות. בעקבות בסיסית רלוונטית הקלטות המשתתפים נחשפים להגדלת step-wise בהשראת ריכוזי Xe ו- N2O של 8, 16, 24 ו- 42%, ו- 16, 32 ו 47% בהתאמה, שבמהלכו מעקב אחר רמת ההיענות שלהם עם השמיעה פעילות ביצועי רציף (aCPT). התוצאות מוצגים מספר הקלטות כדי להדגיש את המאפיינים ברמת חיישן של הנתונים הגולמיים, הטופוגרפיה ספקטרלי, צמצום תנועות ראש, את ההשפעות תלויים ברמת חד-משמעית על התגובות עורר השמיעה. פרדיגמה זו מתארת הגישה להקלטה של אותות אלקטרומגנטיים המשויך הפעולה של סוגים שונים של גז הרדמה, אשר ניתן להתאים בקלות לשמש עם סוכנים הרדמה נדיף תוך ורידי. הוא צפוי כי השיטה המתוארים יכול לתרום להבנת המנגנונים מאקרו סרגל של הרדמה על-ידי הפיכת הרחבות מתודולוגי מעורבים מקור רווח הדמיה וניתוח הרשת פונקציונלי.

Introduction

יש הסכמה כללית טובה בין ראיות neuroscientific פרה-קליניים ומחקרים קליניים רומז כי התופעה של התודעה האנושית תלויה היושרה של המעגלים העצביים מפורשת. התצפית כי מעגלים כאלה באופן שיטתי מושפעים הירידה לתוך חוסר הכרה יש תימוכין את הצורך בטכניקות דימות מוחי להיות מנוצל במהלך הרדמה ולאפשר 'ניווט' לחפש ה"מפה עצבית של התודעה. עם האפשרות ליוצא מן הכלל של שינה, הרדמה מייצג את השיטה היחידה שבה אפשר, בצורה מבוקרת, הפיך, לשחזור, perturb, ובכך לנתח, המנגנונים שישרתו תת ההכרה, במיוחד על היקף מאקרוסקופית הדינאמיקה המוחית. קלינית, הרדמה כללית יכולה להיות מוגדרת כ מצב של היפנוזה/חוסר הכרה, פקקת, שיכוך כאבים, אחד המקומות הכי בשפע בשימוש והבטוח התערבויות רפואיות. למרות בהירות, יעילות התוצאה הסופית, נותר ודאות לגבי מנגנוני הפעולה של סוגים שונים של סוכני והוליד הכרה המושרה הרדמה1.

ניתן לחלק הרדמה תוך ורידי סוכנים ובמיוחד propofol לבין ברביטורטים, או סוכנים נדיף/גזי כגון sevoflurane, איזופלוריין, תחמוצת החנקן (N2O), קסנון (Xe). פרמקולוגיה של הרדמה כבר מבוססת היטב מספר מטרות תאיות מזוהה מקושרים לפעולה הרדמה. רוב הסוכנים למד להופעה תאריך בעיקר באמצעות agonism הפעילות קולטן בתיווך מצרי γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA). לעומת זאת, שטיפול הקטאמין סוכנים דיסוציאטיבית, Xe ו- N2O הם האמינו להפעיל אפקטים שלהם על ידי מיקוד בעיקר N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatergic רצפטורים2,3. מטרות תרופתי חשובות נוספות כוללות ערוצי אשלגן, רצפטורים אצטילכולין רצפטורים גלוטמט שריד, אמפא ואת kainate, אולם מידת התרומה שלהם לפעולה הרדמה עודנו (עבור ראה סקירה מקיפה 4).

מידת ההשתנות של מנגנון הפעולה ואת ההשפעות הפיזיולוגיות והעצבים הנצפה של סוגים שונים של סוכני מעבד את ההטיה של מסקנות כלליות על השפעתם על עיבוד בהכרה קשה. אובדן הכרה (LOC) הנגרמת על ידי סוכנים GABAergic מאופיין בדרך כלל על ידי שינוי כללי בפעילות מוחית. זה מתבטא, הופעתה של דלתא משרעת גבוהה, בתדר נמוך (אלפא, 0.5-4 הרץ) גלי וצמצום בתדירות גבוהה, פעילות גמא (γ, 35-45 הרץ) העוויתיים (EEG), הדומה גל איטי לישון5,6 וכן הפחתות הנפוצה דם מוחי זרימה של גלוקוז חילוף החומרים5,6,7,8,9,10,11,12 . Boveroux et al. 13 נוספו תצפיות כאלה על ידי הפגנת ירידה משמעותית נח המדינה קישוריות פונקציונלי בהרדמה propofol באמצעות דימות תהודה מגנטי תפקודי (fMRI). לעומת זאת, הרדמה דיסוציאטיבית תשואות פחות ברור הפרופיל של השפעות על פעילות מוחית. במקרים מסוימים, והם קשורים עם עליות דם מוחי זרימה של גלוקוז חילוף החומרים14,15,16,17,18,19, 20,21 בעוד מחקרים על ידי רקס ועמיתיו22 ו Laitio ועמיתיו23,24 להסתכל על ההשפעות של Xe מספק ראיות של שניהם גדל, ירד המוח פעילות. אי-סדירות דומה ניתן לראות את ההשפעות על ה EEG אותות25,26,27,28. ג'ונסון ואח. 29 הראו עלייה הכוח הכללי של דלתא להקות בתדר נמוך, תטה באותה מידה כמו הגאמא הלהקה תדר גבוה יותר בצפיפות גבוהה EEG חקר Xe הרדמה בזמן מנוגדות תצפיות שנעשו עבור N2O בדלתא, תטא, בתדר אלפא להקות30,31 ועבור Xe ב תדרים גבוהים יותר32. כזה השתנות בהשפעת Xe בפעילות הקרקפת חשמלי יכול להיות שנצפו בהאלפא ומגביר את הבטא טווחי תדירויות גם עם שתי33 , הפחתות34 שדווח.

למרות אי ההתאמה שהוזכרו לעיל, התמונה מתחיל להיות עקבי יותר על פני סוכנים כאשר אחד מנסה להסתכל. על שינויים פונקציונליים קישוריות בין אזורים במוח. אמצעים כאלה אולם, היה מוגבל בעיקר שיטות זה בהכרח לויתורים ביחס רזולוציה מרחבית או טמפורלית. בעוד מחקרים באמצעות EEG מופיעים כדי לחשוף בהיר, אך במידה מסוימת עקבית, שינויי מבנה טופולוגי של רשתות תפקודית במהלך הרדמה/הרגעה עם propofol35, sevoflurane36 ,2O N37, נתונים EEG ברמת חיישן כמרווחים יש רזולוציה מרחבית לא מספיקות והכוונה להגדיר, ניסחו הקודקודים של הרשתות פונקציונלי התואם. לעומת זאת, לימודי ניצול הרזולוציה המרחבית מעולה של fMRI, טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET), מצא שינויים טופולוגיים דומה בקנה מידה גדול קישוריות פונקציונלי של EEG13,38,39 ,40,41, אולם בעלי רזולוציה טמפורלית לא מספיקות כדי לאפיין שלב-משרעת מצמד ללהקה (8-13 הרץ) EEG אלפא, אחרים בתופעות דינמיות מתגלים כמו חתימות חשוב של פעולה הרדמה12,42. יתר על כן, צעדים אלה לא ישירות הערכת פעילות עצבית אלקטרומגנטית43.

לכן, על מנת לקדם באופן משמעותי את ההבנה של התהליכים מאקרוסקופית המשויך הפעולה בהרדמה, המגבלות של החקירות כאמור צריכים להיות מופנית; הכיסוי מוגבל של סוכנים הרדמה, הרזולוציה-עתיים לא מספיקות של המדידות לא פולשנית. על בסיס זה, המחברים המתאר שיטה magnetoencephalogram במקביל להקליט (מג) ו EEG פעילות מתנדבים בריאים אשר פותחה עבור הממשל של הסוכנים הרדמה ניתוק גז, Xe ו- N2O.

מג מנוצל גם ככה הטכניקה neurophysiological רק לא פולשנית שאינה EEG בעלת רזולוציה טמפורלית בטווח של אלפיות השנייה. EEG יש את הבעיה של טשטוש של שדות חשמליים על ידי הגולגולת, אשר פועל כמסנן נמוך לעבור על פעילות cortically שנוצר, בעוד מג היא הרבה פחות רגיש בנושא, הנושא של אמצעי האחסון הולכה44. אפשר לטעון כי מג יש יותר גבוה המרחבי המקור לוקליזציה דיוק מאשר EEG 45,46. EEG אינה מאפשרת הקלטה ללא התייחסות אמיתית37,47, אולם אינה מג. מג מערכות גם בדרך כלל להקליט פעילות קורטיקלית תדירות טווח רחב יותר EEG, כולל גמא גבוהה48(בדרך כלל 70-90 Hz), שבה שהוצעו להיות מעורב ההשפעות היפנוטית של סוכנים הרדמה כולל Xe29 ו- N 228. מג מציע פעילות neurophysiological מחמאות שהוליך על ידי EEG, כפעילות EEG מתייחס חוץ-תאית זרמים חשמליים ואילו מג משקף בעיקר את השדות המגנטיים שנוצר על ידי זרמי תאיים46, 49. יתר על כן, מג רגיש במיוחד לפעילות אלקטרופיזיולוגיות לתעל את קליפת המוח, בעוד EEG בעיקר רשומות פעילות חוץ-תאית רדיאלי קליפת49. לכן שילוב נתוני מג ו- EEG יש יתרונות סופר-תוסף50.

הסוכנים ניתוק גז Xe ו- N2O נבחרו בשל הסיבות הבאות עיקרון: הם ללא ריח (Xe) או בעצם ריח (N2O), ובכך יכול בקלות להיות מנוצל בנוכחות תנאים שליטה כאשר המועסקים ריכוזי תת קליניים. בנוסף, הם גם מתאים עבור ניהול מרחוק ובקרה בסביבת מעבדה עקב שלהם חלש cardio-הנשימה תופעות דיכאון61. קסנון ולשמר פחותה במידה N2O, מינימום נמוך יחסית-מכתשי - ריכוז-(MAC)-ער ליד איזה 50% של חולי להגיב לפקודה מילולית עם ערכים של 32.6 ± 6.1%51 ו 63.3 + - 7.1%52 בהתאמה. למרות Xe ו- N2O הן להיות היריבים קולטן NMDA, הם לווסת את גלי המוח באופן שונה - Xe שנראה מתנהג יותר. כמו סוכן GABAergic טיפוסי בעת פיקוח באמצעות את אינדקס Bispectral33,53,54 (אחד מספר גישות המשמשת לפיקוח electroencephalographically לעומק של הרדמה). לעומת זאת, N2O יוצר הרבה פחות נראית לעין electroencephalographic בכך שהוא גרוע, אם בכלל, פיקוח באמצעות אינדקס Bispectral26. כי Xe כוללת מאפיינים שונים דווח על electroencephalographic כדי ניתוק הסוכנים האחרים, אך היא בעלת מאפיינים דומים עם הסוכנים GABAergic למד יותר נפוץ, זה לימוד אלקטרופיזיולוגיות יש פוטנציאל לחשיפת חשוב תכונות הנוגעות ה"מפה עצבית של התודעה ואת השינויים רשת פונקציונלי התואם. סוכנים שפועלים במלון קולטן NMDA נוטים לחשוף יותר על הרשתות המוח סוג התודעה הרגילה, שינו, נתנו את התפקיד קריטי כי קולטן NMDA מתווכת פעילות משחק למידה, זיכרון ואת תפקידה ימצא במגוון הפרעות פסיכיאטריות כוללות סכיזופרניה ודיכאון80.

מאמר זה מתמקד בעיקר תובענית ומורכבת נתונים אוסף ההליך המשויך המסירה של גז הרדמה סוכנים בסביבה הלא-החולים בזמן בו זמנית הקלטת מג ו- EEG. ניתוח בסיסי נתונים ברמת חיישן המותווה ומסופקים נתוני לדוגמה ומציינת כי ניתן להשיג הקלטות באיכות גבוהה עם תנועת הראש מינימלי. השיטות אפשריות רבות לניתוח מקור עוקבות הדמיה ו/או פונקציונלי קישוריות זה היה בדרך כלל להתבצע באמצעות סוג זה של נתונים הם לא מתואר, שיטות אלה מתוארות היטב בספרות, להדגים אפשרויות שונות עבור ניתוח55,56.

Protocol

המחקר שכותרתו "השפעות בשאיפה Xe ו- N2O על פעילות המוח הוקלט תוך שימוש האא ג ומג" אושרה (אישור מספר: 260/12) על ידי בית החולים אלפרד, ועדת האתיקה האוניברסיטה הטכנולוגית של סווינבורן ופגשנו את הדרישות של הלאומית הצהרה על התנהגות אתית במחקר האנושי (2007).

1. בחירה המשתתף ודרישות קדם המחקר

  1. לנהל ראיון לבחירת זכרים בריא, זכות מסר, הבוגרים בין הגילאים 20 עד 40.
    1. לאשר מצב בריאות כללית טובה על ידי קבלת אינדקס מסת הגוף (BMI של המשתתף) והיעדר התוויות MRI או מג (כגון מושתל מתכתי גופים זרים), כמו גם איסוף היסטוריה רפואית מפורטת כולל ניתוחים קודמים, חשוב שלילי תגובות בהרדמה, פעולה שעלולה להוביל החרגה מן המחקר.
    2. במיוחד לא לכלול כל צריכת האחרונות של תרופות מרשם פסיכיאטריים או אחרים וכן להבטיח העדר כל שימוש בסמים והיעדר כל הפרעה נוירולוגית, אפילפסיה, לב, דום נשימה בשינה, בחילה, קלאוסטרופוביה. כפי שזה יהיה לאחר מכן חשוב להשיג סגירה עם מסיכת הפנים הרדמה לא לכלול משתתפים יש זקן גדול, אלא אם כן הם מוכן לגלח.
      הערה: הכללת נקבות בשל ההשפעות מתועדים קיצוניים57 ו/או גיל הווסת על האות מג/EEG בזמן מנוחה, כמו גם נטיה מוגברת58בחילות והקאות.
  2. בצע את יום השהייה ב הרדמה כללית ההליך כפי שהוגדרה ב אוסטרליה ו ניו זילנד המכללה של המרדימים הנחיות (ANZCA) (מסמך PS15).
    1. בקנה אחד עם הנחיות אלה, בקש את הנושאים מהר לפחות 6 שעות, צורכים לא לשתות לפחות 2 שעות לפני תחילת הניסוי. לאשר תאימות על-ידי הרופא המרדים פנייה אל המשתתף שלשום הבדיקה לוקח מקום.
    2. לאחר סיום הניסוי, יש נושאים עוברים טיפול הרדמה פוסט רגיל פיקוח על-ידי המורה להם שלא לפעול בכל מכונות כבדות או החלטות חשובות תוך 24 שעות של הניסוי (עקב האפשרות שיורית ברמה נמוכה פגיעה קוגניטיבית Xe ו- N2O).

2. מתקנים וציוד

הערה: המתקנים הם דרישות ANZCA למסירה של הרדמה מחוץ חבילת ההפעלה כירורגי רגיל (http://www.anzca.edu.au/resources/professional-documents. מסמך PS55). באופן ספציפי, החדר עונה תקנות הנדסת חשמל בטיחות וגז מינהל רפואי.

  1. הפעל את הניסוי סווינבורן מתקדם טכנולוגיה למרכז של המוח הדמיה מעבדה, כלומר החדר מג אשר מכיל חדר מוריקות מגנטית (MSR) כי בתי הסורק מג. חדר מוריקות יושב על הרצפה הצפה מבודד מתנועות סביבתיים כגון העברת רכבות.
  2. לספק גזי ההרדמה באמצעות מכונת הרדמה, הממוקם מחוץ ה-MSR, מסוגל משלוח ומעקב אחר גז קסנון. מכונת הרדמה זה תוכנן במיוחד כדי לנהל לולאה סגורה זרם נמוך Xe גז וכדי למדוד ריכוזים Xe סוף-גאות באמצעות katharometry (מוליכות תרמית; דיוק 1% ±), בנוסף לספק סטנדרט של טיפול החולה ניטור. זה כולל O סיום-גאות2, CO2, מדידה2O N (במידת הצורך), הדופק oximetry א 3-עופרת, מדידת לחץ דם לא פולשנית (NIBP) לפי ANZCA מנחה מסמך PS18. למדוד ריכוזים2O N סוף-גאות, באמצעות ספקטרוסקופית אינפרא אדום ליישם מכונת ההרדמה.
    1. צינור הגזים למשתתפים באמצעות המורחבת 22 מ"מ קוטר נושם צינורות עובר דרך תעלות MSR.
  3. לספק ניטור החולה סטנדרטי של טיפול, לפי ANZCA מנחה מסמך PS18. זה כולל O סיום-גאות2, CO2, מדידה2O N (במידת הצורך), הדופק oximetry א 3-עופרת, מדידת לחץ דם לא פולשנית (NIBP).
    1. לחץ דם צג לפי ANZCA מנחה מסמך PS18 באמצעות מוניטור לחץ דם לא פולשנית הממוקם מחוץ ה-MSR, המחוברים באמצעות צינור ארוך האינפלציה כדי מגבון ממוקם על הזרוע.
    2. לאורך כל הניסוי, להקליט ולתעד הכל פיסיולוגיים במרווחים 1 דקות בנוסף ממוכנת הקלטה של כל הפרמטרים בכל 30 s.
  4. ודא כי הגזים הם מוזרם למשתתפים באמצעות המורחבת 22 מ"מ קוטר נושם צינורות עובר דרך תעלות MSR. מערכת שאיבה הינו ממוקם מחוץ ה-MSR, צינור למסירה לטווח ארוך, מחובר Yankauer מטה היניקה הוא עבר צינור להיות ממוקמת קרוב בשני המתבונן החולה וקלינית.
    1. בנוסף, ודא emesis אגנים ממוקמים קרוב על ידי בתוך הציר כדי לאפשר שלהם מהיר מיצוב על ידי המתבונן על המופע של emesis. המתבונן קליניים בתוך ה-MSR, יהיה עליך לעמוד על המשמר כדי כל חסימה בדרכי הנשימה, להגיב בתחילה עם סנטר הרם או הלסת דחף, מיד להפסיק את הפרוטוקול אם emesis הממשמש ובא הוא אותת על ידי מופרז בליעה או להקיא או דרכי הנשימה חסימה לא נפתרה על ידי חיים הסנטר או הלסת דחף.
  5. רישום EEG באמצעות של מג תואם 64 ערוצים Ag/AgCl אלקטרודה שווי המחוברים סוללה מופעל מגבר בתוך ה-MSR. המגבר מחובר באמצעות כבל סיבים אופטיים, ממיר המדיה המתאימים כדי במחשב נייד המריץ תוכנת רכישה תואם.
  6. פעילות מוחית רשומה השדה המגנטי (מג) בקצב דגימה של 1000 הרץ באמצעות המערכת מג יש כיסוי כל המוח, הגדיר מערכי חיישנים עשויים לכלול magnetometers ו- gradiometers מפוח/מישורי; המחקר הנוכחי ניצול מערכת מורכבת 102 magnetometers ו- 204 gradiometers מישורי. כדי למנוע את המורכבות לא רלוונטיות באופן ישיר את הפרוטוקול או לתצורת המערכת מג, נתונים לדוגמה magnetometers לבד הוא דיווח, למרות נתונים מגנטומטר והן gradiometer נרכשת כחלק בפרוטוקול.
  7. ראש המסלול מקם באופן רציף באמצעות 5 סלילי מחוון (מדד מחירי הבתים. של) עמדה בראש. דיגיטייז את המיקום של סלילי ראש, אלקטרודות EEG סמנים fiducial (nasion ו- preauricular ישר ושמאלה נקודות) לפני מג סריקה באמצעות המתאים דיגיטציה ציוד.
    1. כי המטרה היא כדי להשיג תוצאות במרחב המקור, בטל את כל מערכת פנימית מיגון פעיל המועסקים על ידי מערכת מג של ביטול רעש תלת מימדי, על מנת להפוך את צינור עיבוד גמיש לגבי השימוש של האות שטח שיטות ההפרדה (SSS) מועסקים בדרך כלל.
    2. השתמש סורק MRI המתאימים משוקלל T1 מבניים סריקות המוח לרישום מאוחר יותר משותף עם הקלטות M/EEG.

3. ללמוד עיצוב, פרוטוקול

הערה: פרוטוקול נסיוני מוצלב דו-כיווני מלווה. לבצע שני טיפולים בדיקות נפרדות לכל נושא המופרדות על-ידי מספר מרבי של 4 שבועות בין בדיקות הפעלות. זרוע אחת של המחקר מורכב Xe הניהול בעוד N2O הוא נתון את הזרוע השנייה. המשתתפים עיוורים על סוג גז המנוהל תוך הצוות הרפואי, החוקרים לא עקב הבדלים קלים ההליך עוקבים עבור הממשל שלהם.

  1. לאחר הסכמה מדעת מתקבל, לאשר זכאות המשתתף עם ראיון מקיף היסטוריה רפואית ומדידות סימן חיוני אשר כוללים לחץ הדם, קצב הלב, טמפרטורת הגוף וזרימת expiratory שיא. לאחר זכאות המשתתף הוא אישר, הנושא עובר מדידה קצר ב מג כדי להבטיח כי אין מקורות רעש בלתי צפויות.
  2. במקום הכיפה EEG על ראשו של הנבדק, ג'ל כל אלקטרודות. לצרף את הסלילים מדד מחירי הבתים של 5 על כובע לתעד באופן רציף ראש בעמדה מג.
    1. דיגיטייז EEG-ערוצי, מדד מחירי הבתים של סליל עמדות, נקודות נוספות על האף של הנושא ולאחסן כל המיקומים באמצעות חבילת תוכנה הנלווית של מג.
    2. להעביר את הנושא לכיוון הציר, להתחבר הכיפה אלקטרודות EEG מגבר ו מחדש ג'ל האלקטרודות במידת הצורך כדי להבטיח כי impedances קשר חשמלי שלהם מתחת 5 kΩ.
  3. בנוסף על מג ו EEG, לבצע הקלטות נוספות דו-קוטבי ביו-ערוץ 3.
    1. כי הסוכן הרדמה ניהול משויך שינויים טונוס השרירים, שיא electromyogram (EMG) באמצעות זוג אלקטרודות Ag/AgCl לשימוש יחיד הניח submentally להקליט את פעילות השרירים (בטן קדמית) בצדי ואת הדו-בטני.
    2. האלקטרו-oculogram (EOG) על-ידי הצמדת זוג אלקטרודות מעל אחד בעיניים, ליד המצח, ו ליד את canthus לרוחב המתאים לבצע ולהקליט הקלטות שלוש-עופרת רל (א) באמצעות אלקטרודות על כל פרק כף היד, מרפק קרקע (ראה איור 1).
  4. בקש למשתתפים להמשיך לעצום את העיניים במהלך כל שלבי הקלטה של הניסוי.
  5. לבצע ניהול קליני של הנושא עם מרדים, אחות הרדמה או הצופה קליניים כראוי מאומנים אחרים. יש לי האחות/הצופה לשבת עם הנושא של הציר כדי לפקח באופן רציף מצבו של המשתתף (במיוחד החותם מסיכת הפנים ו דרכי הנשימה של הנבדק) ואת המרדים, ממוקם בחדר הבקרה לניהול אספקת גז ואלקטרוניקה ניטור.
  6. איסוף נתונים בצוות של 3: חבר אחד בפיקוח ושליטה על הרכישה של מג לאותת, אחר בפיקוח ושליטה על רכישה EEG ו עוד בהתחלת והפסקת הפעילות ממוחשבת ביצועי רציף השמיעה תוך ניטור התגובות של הנבדקים, תיאום כל תזמונים ניסיוני והקלטה דקה את לחץ הדם, ואת ריכוזי גזים סוף-גאות קצב הזרימה דלק כפי שנמסרו על ידי הרופא המרדים.
  7. מבחינה ויזואלית ברציפות לפקח המשתתף בה-MSR באמצעות מצלמה מתאימה, אשר גם רשומות בכל שלבי הניסוי להערכת עוקבות וסכם.
  8. בהתנהגותו למדוד רמת מתמשך של תגובתיות לאורך כל הניסוי באמצעות פעילות השמיעה ביצועי רציף (aCPT). השתמש אוזניות תואמות מג כדי לספק צליל השמיעה binaural של 1 או 3 קילוהרץ תדירות של משרעת קבועה סטריאו (כ – 76 dBA), במרווח הבין-גירוי של בין 2-4 שניות מתוך התפלגות אחידה.
    1. בקש המשתתף להגיב מהר ככל האפשר, באמצעות שתי תיבות לחצן נפרד החזיק בכל יד. להשתמש שמאלה כפתורים ימינה על כל תיבת להתכתב נמוך או צליל בתדר גבוה, בהתאמה, ואתה לחצן שמאלה וימינה קופסאות, בהתאמה, על המשתתף לציין העדר או נוכחות של בחילה.
  9. לעקוב מקרוב אחר תגובתיות לאורך כל הניסוי. השהיית זמן התגובה ואת יכולת הדיוק (אחוז של גוונים כראוי מסווג) של התגובות נרשמות באופן אוטומטי כמו גם כמו המוצג על צג מחוץ הציר של החוקרים לקבל בזמן אמת סימן של המשתתפים התנהגותית המדינה.
    1. בעקבות תגובות תיבת הלחצן הימני רציפים מרובים (המציין בחילה), התראה המתבונן ב ה-MSR וצריך הרופא המרדים administering זה גז המינהל בפתאומיות לסיומה כדי להימנע emesis.
  10. הרשומה בעיניים עצומות מנוחתו אא ג ומג למשך 5 דקות ולאחריו הקלטה EEG/מג 5 דקות בסיסית סגור עיניים בנושא ביצוע המשימה aCPT.
  11. הסר את הנושא של ה-MSR ולאפשר בצינורית תוך ורידי מד 20 להציב בו הפוסות antecubital שמאל על ידי הרופא המרדים. ניהול כל אנטי, המתרחשים באיטיות על פני תקופה של 1-2 דקות, המורכב מ ג דקסמתזון ו- 4 מ"ג ondansetron59, עוקב אחר כדי למנוע כל emesis הנגרמת על ידי שאיפת הגז המרדים, אשר לעיתים קרובות נצפית עם N2O- ריכוז גבוה בשימוש60.
  12. לצרף את מסיכת הפנים נושם מעגל לנושא באמצעות רתמה לחץ (סיפאפ) ששונה בשינה רציפה איירווייז חיובי ו להעריך עבור נושא הנוחות ואת העדר דליפה כלשהי בלחץ חיובי2O 5 ס מ H.
  13. להחזיר את הנושא לכיוון הציר נשארים ב מג לאורך כל המחקר.
  14. קחי מספר צעדים מונעת כדי להבטיח תנועה מוגבלת הנושא במהלך ההקלטות מג ו- EEG בו זמנית, מאז תנועה לגוף יכול לגרום חפצים גדולים בהקלטות אלקטרומגנטית, צפויים להופיע במהלך כהונתו של סוכנים הרדמה ניתוק עקב שלהם נטיה ידועים לזירוז פסיכומוטורי.
    1. מקום כובע לפי הזמנה של צפיפות נמוכה צבע קצף על הראש אשר מאבטח את מיקום הראש בתוך הקסדה מג דיואר ללא התחשבות בגודלם לראש.
    2. יתר על כן, השימוש רתמה הבד העוטפת את הירכיים ואת שרירי העכוז ומאובטחים לחלק האחורי של הכיסא מג כדי למזער כל נפול/רפוי המתרחשת בהמיקום האנכי של המשתתף (ראה איור 1).
    3. במהלך ההקלטה, לעקוב אחר המיקום ראש באופן רציף באמצעות מדד מחירי הבתים של הסלילים, לצפייה לא מקוונת לאחר סיום הניסוי (ראה בסעיף ניתוח הנתונים לפרטים נוספים).
  15. ברגע שהמשתתף ימוקם בצורה מאובטחת, לנהל 100% בהשראת O2 ו להמשיך את זה. עד 30 דקות עד ריכוז2 סוף-גאות שלהם O > 90% המציין הם ביעילות דה-nitrogenated, הדרושים כדי להבטיח תהליך מדידות מדויקות של ריכוזי גז הרדמה סוף-גאות.
    1. במהלך 5 הדקות האחרונות של denitrogenation, לבצע את העיניים סופי 5 דקות סגור מנוחתו EEG/מג aCPT הקלטה על מנת להבטיח כי כל ההשפעות האנטי-כל הניהול, denitrogenation יכול להיות על פעילות המוח יכול לאחר מכן להיות נחוש של מבוקר עבור.
    2. השוואה זו הקלטה בסיסית השלישי התוכניות הבסיסיות הקודם (השאר בעיניים עצומות בלי כל אנטי ומשימה בעיניים עצומות בלי כל אנטי) כדי לקבוע את ההשפעות שיש חומר הרדמה, aCPT ספונטני/נח ז/אא ג. התוכניות הבסיסיות של מכונים תוכניות בסיסיות 1, 2 ו- 3 בכתב היד עבור מנוחה בעיניים עצומות בלי-כל פעילות בעיניים עצומות בלי כל אנטי ועיניים פעילות סגורה עם-כל בהתאמה.

figure-protocol-11143
איור 1 : תמונות הוכחת EEG, פריסת אלקטרודה EOG, EMG, אק ג, הכולל להגדיר בתוך ה-MSR. (א) מופעים כובע תואם מג 64 ערוצים שימוש האא ג, EOG לתיעוד נרשם באמצעות שתי אלקטרודות שמוצג שמוקם מעל, מתחת לעין שמאל, EMG נרשם באמצעות שתי אלקטרודות הניח מתחת ללסת, אק ג נרשם באמצעות שתי אלקטרודות מונחת פרק כף היד. (ב) מציגה את הכובע קצף בהזמנה אישית לרתום המשמש כדי למזער את נושא התנועה במהלך ההקלטה. (ג) מדגים בתצורה האחרונה הנדרש לניהול הרדמה הכוללת מיקום הראש בתוך מג, הצמדת מסיכת גז הולם בחוזקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

4. דלק ניהול פרוטוקול

הערה: פרוטוקול מינהל הדלק משתנה במקצת בהתאם הזרוע של המחקר.

  1. לנהל Xe בארבע step-wise הגדלת רמות ו- N2O בשלוש step-wise הגדלת רמות. רמות גז שלוש הראשונה עבור כל גז שיתאימו שוה MAC-ערה רמות של 0.25 (רמה 1), 0.5 (רמה 2) ושעות 0.75 (רמה 3) ריכוז ערה MAC. ריכוזים אלה ריכוזים 8%, 16%, 24% ו- 16%, 32%, 47% עבור Xe/O2 N2O/O2, בהתאמה.
    הערה: רמתה 4 עבור Xe מתאים פי 1.3 הריכוז ערה MAC.
  2. בחר את רמת גז 4th Xe כזה כי 95% מהמשתתפים צפויים לאבד את ההכרה ברמה זו (בכל המקצועות למד לתאריך השיגו אובדן מלא של תגובתיות במהלך הפעילות aCPT). בגלל נטיה מתועדת היטב של N2O כדי לגרום בחילות והקאות בריכוזים גבוהים, אינם כוללים רמה O N2-ריכוז מספיק כדי לגרום אובדן הכרה ב-95% מן המשתתפים (~ 75%). איור 2 מסכמת את פרופילי הניהול של גז.
  3. בצע את ההליך ניסיוני עבור כל שוה-מק Xe ו- N2O הרמות למעט 42% Xe/O2, אשר ידרוש מתודולוגיה מעט שונה (ראה 4.4. להלן).
    1. בתחילתו של כל רמה, ליידע הנושא ואת האחות הרדמה/קליני הצופה כי מנהלת הגז להתחיל, להתחיל בהקלטת EEG של מג, הרופא המרדים administering להתחיל מנהלת הגז ולהתחיל את הפעילות aCPT של אות. שטיפת-אין גז ואז מתרחש במשך תקופה של 10 דקות כך ריכוז גז סוף-גאות יעד נגיש בסוף תקופה זו ומתוחזק במשך 5 דקות (שלב מצב יציב בדוי).
    2. בסוף תקופה זו מצב יציב 5 דקות, לבצע את השטיפה-אאוט עם הממשל של 100% או2 על פני תקופה של 10 דקות שבמהלכן ריכוז גז סוף-גאות מחזירה 0.
    3. חזור על הפעולות לכל גז שלב שלב.
      הערה: אובדן של תגובתיות (ישו) עבור Xe צפוי להיות מושגת ב-95% מן המשתתפים ריכוז של 42%-Xe/O-2-61. הממשל של רמה זו מתרחשת לגבי רמות נמוכות יותר עד המתבונן האחות הרדמה/קלינית והן האובדן של לחצן תגובות לציין לור.
  4. לאחר לור מושגת, לשמור על רמת גז Xe במשך 10 דקות או עד הרופא המרדים או האחות הרדמה/קליני. באיבחון תחשיב את זה לא בטוח להמשיך לאחר לוקח איזה שטיפת-אאוט עם 100% O2 מקומות. מקרים שבהם הרופא המרדים עשויים לשקול זה לא בטוח להמשיך כוללים הקשה תכופים של התיבה הלחצן הימני המציינת בחילות, רעשים סדקי, סימנים של emesis כגון ריור יתר או תגובות הבליעה vaso-vagal.
    הערה: ברמה הגבוהה הזו, לנקוט משנה זהירות משמעותית, לקבוע סף קליני נמוך להפסקת מנהלת הגז Xe. הניסיון של המחברים מרמז כי רמה זו יכולה להיות קשורה עם ירידה בליעה, הצטברות של רוק, את המראה של התנהגות להקיא, כי אם מותר להמשיך מאי foreshadow regurgitation למסכה. באופן טבעי, ההשלכות של זה עשוי לכלול מסכני חיים השאיפה. זה גם אפשרי כי תגובות פחות אינטנסיבי עלול להתרחש ברמות נמוכות של גז והתעמלות ובכך רמה גבוהה של דריכות במהלך כהונתו של כל רמות גז הדרגתיים. בנוסף בעיות פוטנציאליות אלה דרכי הנשימה, להיות מודע פוטנציאל התועה, במיוחד אצל המשתתפים זכר צעיר. גילם את הגבלות זמניות של נוזלים ומזון גורמי סיכון כל62בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד.

figure-protocol-14869
איור 2 : סיכום מינהל הדלק פרופילי Xe ו- N 2O. ציר הזמן וגז ריכוז במהלך קורס מינהל התרופות עבור N2O (למעלה), Xe (למטה). המספרים מעל כל ציר הזמן מציינים הזמן בדקות מאז תחילת המשלוח הראשון של גז. כל רמה של ריכוז גז שיא equilibrated ניתן להגיע דרך במרחק של 10 דקות equilibrating תקופת, אחריה מצב יציב 5 דקות שבמהלכן נשמר ריכוז גז שיא equilibrated, ולאחר מכן כשלון 10 דקות. השיא equilibrated גז ריכוזים להגדיל באופן רציף לאורך זמן. שימו לב כי ציר הזמן לקראת הניסוי, כמו גם את התקופה לאחר מנהלת הגז אינן מוצגות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

5. מבנית סריקה

  1. לפני ה MRI, במקום קפסולות ויטמין E על הראש של המשתתף כדי לשמש סמנים כדי להדגיש את הנקודות fiducial סרוקים על האף השיא ונקודות preauricular ישר ושמאלה. פעולה זו מבטיחה רישום שותף טוב יותר של חיישנים מג/EEG ו MRI סריקות המוח בעת ניסיון להתייחס מג/EEG והדמיה מקור כדי נוירואנטומיה מבוססת MRI.
  2. להשיג יחיד מבניים MRI T1 משוקלל סריקה, גם לאחר השלמתו של זרוע המחקר אם המשתתף הוא מרגיש טוב, אחרת לבקש מהם לחזור על יום נפרד עבור סריקת המוח מבנית.

6. המשתתף מעקב

הערה: הנושא הוא חופשי לעזוב כשהם מלווים ע י חבר או קרוב משפחה.

  1. שחרורה, שואל את המשתתף להשלמת גרסה קטום המדינות Altered 5-ממדי של סולם דירוג המודעות (5D-ASC); שאלון שנועד לגשת הבדלים אישיים על-ידי השוואת מצב התודעה הרגילה, שינו באמצעות סולם אנלוגי חזותי63,64.
  2. בנוסף, בקשו הגשת סיפור קצר של החוויה הכללית שלהם במהלך הניסוי, כמו גם פרטים ספציפיים על רמת תופעות איכותי התלויים.
  3. יש שני מסמכים אלה הושלמה, נשלחו לחוקרים 24 שעות לאחר כל הקלטה באולפן.

7. ניתוח נתונים

הערה: סעיף זה מתאר ניתוח בסיסי נתונים ברמת חיישן מג/EEG המכסים את השלבים הכרוכים ביצירת דוגמאות של נתונים מג/EEG עיבוד מקדים, הטופוגרפיה ספקטרלי, תנועות ראש, תגובתיות הבקיע השמיעה עורר תגובות. המוקד של מאמר זה הוא על האיור של דוגמאות טיפוסיות כך שהקורא יכול להבין את התכונות החשובות של נתוני ההקלטות. . אין ניתוחים סטטיסטיים התוך אישי או group-wise מבוצעות כמו המטרה עיקרון בסעיף זה ניתוח הוא פרט חשוב מראש עיבוד השלבים מעידות האיכות ואת היושרה של הנתונים שנאספו. אין פרטים מסופקים עבור הבדיקות הרבות יכול להתבצע ב-55,הזה נתונים56 כפי שהם נופלים מחוץ לטווח של התיאור של השיטה.

  1. להשלים את ניתוח הנתונים הלא מקוונים במחשב שולחני באמצעות תוכנת ניתוח הנתונים המתאים ולהשתמש תיבות כלים רלוונטיים עבור עיבוד נתונים EEG והן מג. בצבר של המחברים, להשתמש בגרסה 20160801 של ארגז הכלים Fieldtrip65 .
  2. לחשב בראש התנועה במהלך כל מג הקלטה על ידי קבלת את העמדות ראש רציפה כרצף של קווטרניונים הקואורדינטות על-ידי ניתוח האותות סליל מדד מחירי הבתים של 5 נשמר כמו חלק אחד של רמת התלויים ו'בסיסית מג הקלטות. להמיר עמדות ראש של קווטרניונים הקואורדינטות קרטזית.
  3. להרכיב את 6 וללמוד הקלטות 7 עבור N2O ו- Xe זרועות (תוכניות בסיסיות 1, 2 ו- 3, גז בהתאמה רמות 1-3 או 1 עד 4). בזמן משמרת EEG raw ביחס לנתונים מג כדי לסנכרן את שני סוגי אות המבוסס על ערוץ ההדק נפוצות. צורה זו של סינכרון נובע הבחירה של מערכת הקלטה EEG.
    הערה: מערכות מג רבות מכילות מובנה במערכת EEG המציעה מדויק מאוד סנכרון ברמה אלקטרונית של מג & EEG, אבל לעתים יש רזולוציה נמוכה DAC קוונטיזציה של 16 סיביות. מסיבה זו, לנצל את מערכת EEG חיצוני (ראה 2.3) בעל רזולוציה משרעת EEG של 24 סיביות גבוהה יותר כדי לאפשר סיבולת גבוהה יותר אלקטרודה קיזוז פוטנציאל, המדד של מידע בתדר נמוך, תגובת תדר שטוחה על פני כל הערוצים.
  4. עבור כל ההקלטות לערב הגז וביצועים aCPT, להגדיר מחדש זמן אפס תחילת הלידה הפעילות/גז aCPT.
  5. חזותי לבחון נתונים גולמיים מג, לא לכלול כל ערוצי רע ניתוח נוסף. בשלב הבא, לסנן נתונים באמצעות של אלגוריתם טמפורלית אות-שטח ההפרדה76 מיושם התוכנה מג. האלגוריתם מדכאת את מקורות להפרעות מגנטיות מחוץ מערך חיישן ותוצאות ומכאן לירידה של חפצים תנועת גוף חיצוני או נוקשה. לייבא את ערכת נתוני פלט התוכנה ניתוח נתונים כדי לשמש את magnetometers (102 ערוצים) שנבחר עבור עיבוד נוסף.
  6. הלהקה-מעבר לסנן את מג ב 2 עד 50 הרץ והחלת קו מסנני רעש בגיל 50, זיהוי חפץ 100, 150 הרץ. Visual הליך זיהוי אוטומטי החפץ מיושם בתוכנה Fieldtrip מאפשרות להסרת כל רכיבי מלאכותית. לבדוק חזותית מקטעים המכילים קריצות עין, פעימות הלב או אי-כלילה של הנתונים, והאיורים שרירים כמו גם מקטעים בקורלציה עם שינויים משמעותיים בתנועת ראש גדול מ- 5 מ מ (ראה להלן).
    הערה: תנועות של יותר מ 5 מ מ לגבי תחילת כל 5 דקות בסיסית או גז equilibrated נקודה משמשים כדי לדחות את הנתונים מג שהושגו ללא הרף מאז מג מקור הדמיה בדרך כלל בעלת רזולוציה מרחבית מסדר 5 מ מ (למשל עבור MEG/EEG beamformers55). זה הוא66 ולא דוחה מקטעי נתונים אולם ניתן לבצע תנועה פיצוי של הנתונים מג בקורלציה עם תנועת ראש משמעותית, אולם שיטות כאלה הם מעבר להיקף של מאמר זה.
  7. כמו עם נתונים מג, חזותי בדיקת EEG raw 64 ערוצים, אל תכלול בערוצים רע ניתוח נתונים נוסף. הלהקה-עוברים סנן את הנתונים תוך שימוש באותו תדר טווחים באשר מג. הפניה מחדש את גלי המוח כדי ממוצע הנפוצות יסתפק סטנדרטי עבור מקור הדמיה גישות. בסופו של דבר, להסיר מקטעים המכילים חפצים וההצעות עם אלה של מג התואם.
  8. כדי להמחיש את ספקטראליות של הנתונים מג/EEG, לחשב משרעת חד צדדית ספקטרה לאורך הקו האמצעי הקדמי-אחוריים עבור הערוצים EEG FPz, Cz, עוז, קו האמצע חזיתית, מרכזי העורפית מג מגנטומטר ערוצים ( איור 3 ).
    1. לחישוב המפה טופוגרפית ברמת חיישן של להקת אלפא (8-13 הרץ) כוח מג/EEG, נתון הלהקה אלפא חזקה נצפו שינויים בעבר עבור N2O ו- GABAergic הרדמה25,31,67 .
    2. עבור נתוני EEG, שימוש בערוץ FPz בתור ההפניה כדי לחשב את הכוח להקת אלפא טופוגרפית על מנת להדגיש יותר כוח אלפא שינויים.

figure-protocol-20947
איור 3 : פריסות חיישן EEG (א) ומג (B) צפו ב מהחלק העליון של הראש, משוטחים לתוך מטוס. שים לב למבנה שלישיה מג איפה חיישנים המסתיימת ב- ### 1 magnetometers, חיישנים המסתיימת ב- ### 2 או ### 3 gradiometers. התיבות האדומות מציינות את הערוצים לאורך האמצע הקדמי-אחוריים נהגו להמחיש את ספקטראליות של הערוצים מגנטומטר העורפית ורשויות EEG ומג, FPz (הקדמית), Cz (מרכז) ואת עוז (העורף) הקדמית, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

  1. להשיג את השמיעה עורר תגובות עבור ללא החפץ מג ו- EEG נתונים מסוננים עבור כל הקלטה המערבים את הפעילות aCPT. אפוק האותות של-1000 ms ל ms +2000 יחסית הטון לעורר פעמים, ממוצע כל חפץ זמין חינם שהשרתים. קח ההשהיה בין הגירוי ההדק דור משלוח של צליל לאוזן בחשבון, במקרה זה 190.5 ms.

תוצאות

סעיף זה מנצל נתונים שהושגו מנושא אחד כדי להדגים את תכונות אופייניות של ההקלטות סימולטני ושינינו הפוטנציאל של מידע כזה לתרום הבנה טובה יותר של הרדמה המושרה מצבי תודעה. כדי לפשט אקספוזיציה, התוצאות יוצגו עבור i) הקלטות של התוכנית הבסיסית פוסט-אנטי-כל הניהול (בסיסית 3), ii) 0.75 ש...

Discussion

הנייר הזה יש המתוארים פרוטוקול מקיף עבור ההקלטה סימולטני של מג ו EEG במהלך הלידה גז הרדמה עם N2O ו- Xe. פרוטוקול כזה יהיה יקר עבור הלומדים את ה"מפה עצבית אלקטרומגנטית של הפחתות הרדמה-induced בתודעה. הפרוטוקול צפוי גם להכליל לפתחו של גזים הרדמה אחרים כגון sevoflurane או איזופלוריין. זה יקל הבנה טובה...

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgements

המחברים רוצה להודות Mahla קמרון בראדלי, רייצ'ל אן Batty, ג'ואנה סטיבנס לסיוע טכני יקר עם איסוף נתונים מג. תודה מורחבות בנוסף ל ד ר סטיבן מקגוויגן לתמיכה כמו המרדים השני. . פייג ' פאפאס מסופקים פיקוח האחות הרדמה שלא יסולא בפז. מרקוס אבן המושטת באדיבות זמנו, מומחיות ועריכה לצלם את הפרוטוקול. . ד ר סורש Muthukumaraswamy נתן עצות ספציפיות לגבי ניתוח נתונים ואת הפרשנות של תוצאות. לבסוף, Jarrod Gott תרם רבות דיון מגרה, עזר ביצוע של מספר ניסויים טייס והיה מרכזי בעיצוב של הסוגר ראש קצף.

מחקר זה נתמך על ידי מענק שיתופי ג'יימס ס מקדונל #220020419 "שיחזור להכרה" הוענק Mashour. ג'ורג ', מיכאל אבידן, מקס Kelz של דוד Liley.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Neuromag TRIUX 306-channel MEG systemElekta Oy, Stockholm, SWEDENN/A
Polhemus Fastrak 3D systemPolhemus, VT, USAN/A
MEG compatible ER-1 insert headphonesEtymotic Research Inc., IL, USAN/A
Low Density foam head cap, MEG compatibleN/AN/ACustom made by research team
Harness, MEG compatibleN/A~3 m long, ~ 5 cm wide, cloth/jute strip to secure participant position on MEG chair
Ambu Neuroline 720 Single Patient Surface ElectrodesAmbu, Copenhagen, Denmark72015-K10
3.0T TIM Trio MRI systemSiemens AB, Erlangen, GERMANYN/A
Asalab amplifier systemANT Neuro, Enschede, NETHERLANDSN/Athis system is no longer manufactured and has been deprecated to 64 channel eego EEG amplifier
64-channel Waveguard EEG cap, MEG compatibleANT Neuro, Enschede, NETHERLANDSCA-138size Medium
Magnetically shielded cordless battery boxANT Neuro, Enschede, NETHERLANDSN/AMagnetic shielding not provided by manufacturer – Modified by research team
OneStep ClearGel Electrode gelH+H Medizinprodukte GbR, Munster, GERMANY154547
Akzent Xe Color Anesthesia MachineStephan GmbH, Gackenbach, GERMANYN/A
Omron M6-Comfort Blood Pressure MonitorOmron Healthcare, Kyoto, JAPANN/A
Xenon gas (99.999% purity)Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Awe estimate that we use approx 40 L (SATP) per participant
Medical Nitrous OxideCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Ax2 G size cylinders
Medical OxygenCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Ax2 G size cylinders
Medical AirCoregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIAN/Ax2 G size cylinders
Filter Respiratory & HMES with Capno Port HypnobagMedtronic, MN, USA352/5805
Yankauer High AdultMedtronic, MN, USA8888-502005
Quadralite EcoMask anaesthetic masksIntersurgical Australia Pty Ltd7093000/7094000size 3 and size 4
Suction Canister Disp 1200 mL Medival GuardianCardinal Health, OH, USA65651-212
Catheter Mount Ext 4-13 cm with  90A elbowMedtronic, MN, USA330/5667
Catheter IV Optiva 24g x 19 mm Yellow St SuSmiths Medical, MN, USA5063-INT
Dexamethasone Mylan Injection Vials (4 mg/1 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA400528517
Ondasetron (4 mg/2 mL)Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA400008857
Medical resuscitation cartThe 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 2.2Elekta Oy, Stockholm, SWEDENN/AData analysis software provided with Elekta's Neuromag TRIUX MEG system

References

  1. Hudetz, A., Hudetz, A., Pearce, R. . Suppressing the Mind. , 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), 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. , (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. . , 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., 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. , 0 (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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

131

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved