Name: recording brain electromagnetic activity during the administration of the gaseous anesthetic agents xenon and nitrous oxide in healthy volunteers
Uploaded: 2018-01-13T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Recording Brain Electromagnetic Activity During the Administration of the Gaseous Anesthetic Agents Xenon and Nitrous Oxide in Healthy Volunteers at JoVE.com

Os autores gostaria agradecer António Carlos Cameron Bradley, Rachel Anne Batty e Johanna Stephens valiosa assistência técnica com coleta de dados de MEG. Obrigado é adicionalmente estendido ao Dr. Steven Mcguigan para suporte como uma segunda anestesiologista. Paige Pappas fornecida supervisão de enfermeira anestésica inestimável. Markus Stone graciosamente oferecido seu tempo e experiência em edição e filmagem do protocolo. Dr. Suresh Muthukumaraswamy deu conselhos específicos em matéria de análise de dados e a interpretação dos resultados. Finalmente, Jarrod Gott contribuiu com muitos uma discussão estimulante, ajudou na execução de uma série de experimentos piloto e foi central na concepção da cinta de cabeça de espuma.
Esta pesquisa foi suportada por um fundo de colaboração James S. McDonnell #220020419 "Reconstruir a consciência" atribuída a George Mashour, Michael Avidan, Max Kelz e David Liley.

O estudo intitulado "Efeitos da inalação de Xe e N2O na atividade cerebral gravada usando EEG e MEG" foi aprovado (número de aprovação: 260/12) pelo Comitê de ética da Universidade de tecnologia de Swinburne e Alfred Hospital e cumprido as exigências do nacional Declaração sobre ética em pesquisa humana (2007).
1. participante seleção e pré-estudos de requisitos
<ol><li>Conduza uma entrevista para selecionar os machos saudáveis, destros, adultos entre as idades de 2...

Este papel esboçou um protocolo abrangente para a gravação simultânea de MEG e EEG durante a entrega do gás anestésico com N2O e Xe. Tal um protocolo será valioso para estudar as correlações neurais eletromagnéticas das reduções induzida pela anestesia em consciência. O protocolo também é esperado para generalizar para a entrega de outros gases anestésicos como sevoflurano ou isoflurano. Isto irá facilitar uma maior compreensão dos mecanismos comuns, específicas e distintas macroscópicas qu...

Há bom consenso entre pré-clínicos e clínica neurocientífico evidência sugerindo que o fenômeno da consciência humana depende da integridade dos circuitos neurais explícitas. A observação de que tais circuitos sistematicamente são influenciados pela descida inconsciente tem justificado a necessidade de técnicas de neuroimagem ser utilizado durante a anestesia e permitir 'navegar' a busca para as correlações neurais de consciência. Com a possível exceção de sono, anestesia representa o único método pelo qual um pode, de forma controlada, reversível e reprodutível, perturb e assim, dissecar, os mecanismos que servem sub consciência, especialmente na escala macroscópica de dinâmica global do cérebro. Clinicamente, a anestesia geral pode ser definida como um estado de hipnose/inconsciência, imobilidade e analgesia e continua sendo uma das intervenções médicas mais abundantemente usadas e mais seguras. Apesar da clareza e eficiência no resultado final, ainda há grande incerteza sobre os mecanismos de ação dos vários tipos de agentes, dando origem a inconsciência induzido anestésica1.
Anestésicos podem ser divididos em agentes intravenosos notavelmente propofol e os barbitúricos ou agentes voláteis/gasoso como sevoflurano, isoflurano, óxido nitroso (N2O) e xenônio (Xe). A farmacologia da anestesia tem sido bem estabelecida com múltiplos alvos celulares identificados como ligados à ação anestésica. A maioria dos agentes estudaram a data ato principalmente através da genealogia da atividade do receptor mediada por γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA). Em contraste, a cetamina agentes dissociativos, Xe e N2O são acreditados para exercer seus efeitos, principalmente orientando N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatérgico receptores2,3. Outros alvos farmacológicos importantes incluem canais de potássio, os receptores de acetilcolina e os receptores de glutamato remanescente, Leandro e agonista, no entanto, na medida da sua contribuição para a ação anestésica continua elusiva (para um revisão abrangente, consulte 4).
O grau de variabilidade no mecanismo de ação e os efeitos observados neurais e fisiológicos dos diversos tipos de agentes processa a derivação das conclusões gerais sobre sua influência na transformação consciente difícil. Perda de consciência (LOC) induzida por agentes gabaérgica é tipicamente caracterizada por uma mudança global na actividade cerebral. Isto é evidente no surgimento de alta amplitude de baixa frequência delta (δ, 0,5-4 Hz) ondas e a redução da atividade de gama (γ, 35-45Hz) no eletroencefalograma (EEG), similar à onda lenta de alta frequência, dormem5,6 , bem como as reduções generalizadas no sangue cerebral fluxo e glicose metabolismo5,6,7,8,9,10,11,12 . Boveroux et al. 13 adicionado para tais observações, demonstrando uma diminuição significativa no repouso conectividade funcional do estado sob anestesia propofol usando ressonância magnética funcional (fMRI). Em contraste, anestésicos dissociativos rendem menos claro o perfil de efeitos na atividade cerebral. Em alguns casos, eles estão associados com aumentos no sangue cerebral fluxo e glicose metabolismo14,15,16,17,18,19, 20,21 , enquanto os estudos de Rex e colegas22 e Laitio e colegas23,24 olhando para os efeitos do Xe forneceu evidências de ambos aumentaram e diminuíram o cérebro atividade. Uma irregularidade semelhante pode ser vista nos efeitos sobre os sinais do EEG25,26,27,28. Johnson et al. 29 demonstrou um aumento no total de energia da delta de bandas de baixa frequência e theta, bem como a maior gama de banda de frequência em um estudo de EEG da anestesia Xe enquanto opostas observações foram feitas para N2O no delta, high-density theta e 30,31 bandas de frequência alfa e para o Xe no maior frequências32. Tal variabilidade nos efeitos do Xe na atividade elétrica do couro cabeludo pode ser observada na alfa e gamas de frequência beta com ambos aumenta também reduções e33 34 sendo relatado.
Apesar das discrepâncias acima mencionadas, a imagem começa a se tornar mais consistente através de agentes quando um tenta olhar para alterações de conectividade funcional entre áreas do cérebro. No entanto, tais medidas foram predominantemente restritas a modalidades que necessariamente fazem concessões no que diz respeito a resolução espacial ou temporal. Enquanto estudos utilizando o EEG parecem revelar claramente e em certa medida consistente, alterações da estrutura topológica de redes funcionais durante anestesia/sedação com propofol35, sevoflurano36 e N2O37, o dados de EEG níveis largamente espaçados sensor tem resolução espacial insuficiente significativamente, definir e delinear os vértices das redes funcionais correspondentes. Por outro lado, estudos utilizando a resolução espacial superior de ressonância magnética e tomografia por emissão de pósitrons (PET), encontrar alterações topológicas semelhantes em grande escala conectividade funcional ao de EEG13,38,39 , ,40,41, no entanto possuem resolução temporal insuficiente para caracterizar o acoplamento em banda alfa (8-13 Hz) EEG e outros fenômenos dinâmicos que estão emergindo como importantes assinaturas de fase-amplitude ação anestésica12,,42. Além disso, estas medidas não avaliam diretamente atividade neural eletromagnética43.
Portanto, para avançar significativamente a compreensão dos processos macroscópicos associados com a ação de anestésicos, as limitações das investigações mencionadas anteriormente devem ser abordadas; a cobertura restrita de agentes anestésicos e a insuficiente resolução espaço-temporal das medições não-invasiva. Nesta base, os autores descrevem um método para gravar simultaneamente magnetoencephalogram (MEG) e atividade de EEG em voluntários saudáveis que tem sido desenvolvida para a administração dos agentes anestésicos dissociativos gasosos, Xe e N2O.
A MEG é utilizada como é a técnica neurofisiológica apenas não-invasiva além do EEG com uma resolução temporal na faixa de milissegundo. EEG tem o problema da indefinição de campos elétricos pelo crânio, que funciona como um filtro passa-baixa na atividade corticalmente gerado, enquanto que MEG é muito menos sensível a esta questão e a questão da condução de volume44. Pode-se argumentar que a MEG tem maior espacial e precisão de localização do que o EEG 45,46de origem. EEG não permite a gravação de referência livre verdadeiro37,47, porém MEG faz. Sistemas de MEG também normalmente gravar atividade cortical em uma gama de frequência muito maior do que o EEG, incluindo alta gama48(geralmente 70-90 Hz), que têm sido sugeridos para ser envolvidos nos efeitos hipnóticos de agentes anestésicos incluindo Xe29 e N 2 O28. A MEG oferece atividade neurofisiológica que complementa que transmitiu por EEG, como atividade do EEG se relaciona com correntes elétricas extracelulares Considerando que MEG reflete principalmente os campos magnéticos gerados por correntes intracelular46, 49. Além disso, a MEG é particularmente sensível à atividade eletrofisiológica tangencial ao córtex, enquanto o EEG registra principalmente atividade extracelular radial para o córtex49. Assim, combinar dados de MEG e EEG tem vantagens super aditivo50.
Os agentes dissociativos gasoso Xe e N2O foram escolhidos pelas seguintes razões de princípio: são inodoro (Xe) ou essencialmente inodoro (N2O) e, portanto, pode facilmente ser utilizados na presença de condições de controle quando empregado em concentrações sub-clínica. Além disso, eles são adequados para a administração remota e monitoramento em um ambiente de laboratório, devido à sua fraca cardio-respiratória efeitos depressor61. Xénon e a um menor grau N2O, manter um mínimo relativamente baixo-alveolar - concentração-(MAC)-acordado em que 50% dos pacientes tornam-se não responde a um comando verbal com valores de 32,6 ± 6,1%51 e 63,3 + - 7,1%52 respectivamente. Apesar de Xe e N2O tanto sendo antagonistas dos receptores NMDA, modulam o EEG diferentemente - Xe aparece se comportar mais como um típico agente de gabaérgica quando monitorados usando o Índice Bispectral33,53,54 (uma das várias abordagens usadas para monitorar electroencephalographically profundidade da anestesia). Em contraste, N2O produz um efeito eletroencefalográficos muito menos aparente que é mal, se em tudo, monitorado usando o Índice Bispectral26. Porque Xe tem diferentes propriedades eletroencefalográficos relatadas para os outros agentes dissociativos, mas possui características similares aos agentes mais comumente estudados gabaérgica, seu estudo eletrofisiológico tem potencial para revelar-se importante recursos relacionados com as correlações neurais da consciência e as alterações de rede funcional correspondente. Agentes que agem no receptor NMDA são susceptíveis de revelar mais sobre as redes de cérebro que subserve normal e alterada de consciência, dado o papel fundamental que o receptor NMDA mediado atividade desempenha na aprendizagem e memória e seu papel implicado em uma variedade de transtornos psiquiátricos que incluem esquizofrenia e depressão80.
Este artigo se concentra principalmente em exigentes e complexos dados coleção processo associado com a entrega de agentes anestésicos gasosos em um ambiente não-hospitalar enquanto gravava simultaneamente MEG e EEG. Análise de dados básicos no nível do sensor é delineada e dados de exemplo são fornecidos para ilustrar que gravações de alta-fidelidade podem ser obtidas com o mínimo movimento da cabeça. Muitos métodos potenciais para subsequentes fonte de imagem e/ou funcional conectividade análise que seria normalmente realizada usando este tipo de dados não são descritos, como esses métodos são bem descritos na literatura e demonstram várias opções para análise de55,56.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="681">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Neuromag TRIUX 306-channel MEG system</td>
			<td style="width:115px;">Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Polhemus Fastrak 3D system</td>
			<td style="width:115px;">Polhemus, VT, USA</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">MEG compatible ER-1 insert headphones</td>
			<td style="width:115px;">Etymotic Research Inc., IL, USA</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Low Density foam head cap, MEG compatible</td>
			<td style="width:115px;">N/A</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">Custom made by research team</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Harness, MEG compatible</td>
			<td style="width:115px;">N/A</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:231px;">~3 m long, ~ 5 cm wide, cloth/jute strip to secure participant position on MEG chair</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Ambu Neuroline 720 Single Patient Surface Electrodes</td>
			<td style="width:115px;">Ambu, Copenhagen, Denmark</td>
			<td style="width:119px;">72015-K10</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">3.0T TIM Trio MRI system</td>
			<td style="width:115px;">Siemens AB, Erlangen, GERMANY</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Asalab amplifier system</td>
			<td style="width:115px;">ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">this system is no longer manufactured and has been deprecated to 64 channel eego EEG amplifier</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">64-channel Waveguard EEG cap, MEG compatible</td>
			<td style="width:115px;">ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS</td>
			<td style="width:119px;">CA-138</td>
			<td style="width:231px;">size Medium</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Magnetically shielded cordless battery box</td>
			<td style="width:115px;">ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">Magnetic shielding not provided by manufacturer &#8211; Modified by research team</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">OneStep ClearGel Electrode gel</td>
			<td style="width:115px;">H+H Medizinprodukte GbR, Munster, GERMANY</td>
			<td style="width:119px;">154547</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Akzent Xe Color Anesthesia Machine</td>
			<td style="width:115px;">Stephan GmbH, Gackenbach, GERMANY</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Omron M6-Comfort Blood Pressure Monitor</td>
			<td style="width:115px;">Omron Healthcare, Kyoto, JAPAN</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Xenon gas (99.999% purity)</td>
			<td style="width:115px;">Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">we estimate that we use approx 40 L (SATP) per participant</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Medical Nitrous Oxide</td>
			<td style="width:115px;">Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">x2 G size cylinders</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Medical Oxygen</td>
			<td style="width:115px;">Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">x2 G size cylinders</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Medical Air</td>
			<td style="width:115px;">Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">x2 G size cylinders</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Filter Respiratory &#38; HMES with Capno Port Hypnobag</td>
			<td style="width:115px;">Medtronic, MN, USA</td>
			<td style="width:119px;">352/5805</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Yankauer High Adult</td>
			<td style="width:115px;">Medtronic, MN, USA</td>
			<td style="width:119px;">8888-502005</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Quadralite EcoMask anaesthetic masks</td>
			<td style="width:115px;">Intersurgical Australia Pty Ltd</td>
			<td style="width:119px;">7093000/7094000</td>
			<td style="width:231px;">size 3 and size 4</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Suction Canister Disp 1200 mL Medival Guardian</td>
			<td style="width:115px;">Cardinal Health, OH, USA</td>
			<td style="width:119px;">65651-212</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Catheter Mount Ext 4-13 cm with&#160; 90A elbow</td>
			<td style="width:115px;">Medtronic, MN, USA</td>
			<td style="width:119px;">330/5667</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Catheter IV Optiva 24g x 19 mm Yellow St Su</td>
			<td style="width:115px;">Smiths Medical, MN, USA</td>
			<td style="width:119px;">5063-INT</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Dexamethasone Mylan Injection Vials (4 mg/1 mL)</td>
			<td style="width:115px;">Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA</td>
			<td style="width:119px;">400528517</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Ondasetron (4 mg/2 mL)</td>
			<td style="width:115px;">Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA</td>
			<td style="width:119px;">400008857</td>
			<td style="width:231px;"></td>
		</tr>
		<tr height="546">
			<td height="546" style="height:546px;width:216px;">Medical resuscitation cart</td>
			<td style="width:115px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:231px;">The medical resuscitation cart is configured according to the suggested minimal requirements for Adult resuscitation recommended in the document &#34;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.&#160; 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.&#160; Full details can be found at https://resus.org.au/standards-for-resuscitation-clinical-practice-and-education/</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Maxfilter Version 2.2</td>
			<td style="width:115px;">Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN</td>
			<td style="width:119px;">N/A</td>
			<td style="width:231px;">Data analysis software provided with Elekta&#39;s Neuromag TRIUX MEG system</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

recording brain electromagnetic activity during the administration of the gaseous anesthetic agents xenon and nitrous oxide in healthy volunteers

Anestesia sem dúvida uma das maneiras de estudar as correlações neurais da consciência/inconsciência global apenas sistemáticas fornece. No entanto, até à data mais neuroimagem ou investigações neurofisiológicas em humanos tem sido confinado ao estudo dos anestésicos γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based, enquanto os efeitos da dissociação N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- receptor antagonista-baseado anestésicos ketamina, óxido nitroso (N2O) e xenônio (Xe) são em grande parte desconhecidos. Este artigo descreve os métodos subjacentes a gravação simultânea de magnetoencefalografia (MEG) e Eletroencefalografia (EEG) de homens saudáveis durante a inalação de agentes anestésicos gasosos N2O e Xe. Combinar dados de MEG e EEG permite a avaliação da atividade eletromagnética cerebral durante a anestesia em alta resolução espacial, temporal e moderada. Aqui descrevemos um protocolo detalhado, refinado ao longo de várias sessões de gravação, que inclui o tema recrutamento, instalação de equipamento de anestesia na sala de varredor de MEG, coleta de dados e análise de dados básicos. Neste protocolo, cada participante é exposto a níveis variados de Xe e N2O em um projeto de transversalidade de medidas repetidas. De base relevante participantes gravações são expostos a seguir para aumentar a step-wise inspirou concentrações de Xe e N2O de 8, 16, 24 e 42% e 16, 32 e 47% respectivamente, durante o qual o seu nível de capacidade de resposta é controlado com um auditivo tarefa de desempenho contínuo (aCPT). Os resultados são apresentados para uma série de gravações para destacar as propriedades de sensor de nível de dados brutos, a topografia espectral, a minimização dos movimentos da cabeça e os efeitos dependentes nível inequívocos sobre as respostas evocados auditivos. Este paradigma descreve uma abordagem geral para a gravação de sinais electromagnéticos associados com a ação de diferentes tipos de gases anestésicos, que podem ser facilmente adaptados para ser usado com agentes anestésicos voláteis e intravenosos. Espera-se que o método descrito pode contribuir para a compreensão dos mecanismos de macroescala da anestesia, permitindo extensões metodológicas envolvendo fonte espaço imagem e análise de rede funcional.

Esta seção utiliza dados obtidos de um assunto para demonstrar as características típicas das gravações simultâneas e o potencial de tais informações para contribuir a uma compreensão melhor de anestesia induzida por Estados alterados de consciência. Para simplificar a exposição, os resultados são mostrados por i) gravações da linha de base da administração pós-antiemético (linha 3), ii) 0,75 equi-MAC-acordado as concentrações máximas de gás (nível 3) de N2</...

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Recording Brain Electromagnetic Activity During the Administration of the Gaseous Anesthetic Agents Xenon and Nitrous Oxide in Healthy Volunteers

Eletroencefalografia e magnetoencefalografia simultânea fornece uma ferramenta útil para procurar mecanismos comuns e distintas macroescala de reduções na consciência induzida por diferentes anestésicos. Este documento ilustra os métodos empíricos subjacentes a gravação desses dados do seres humanos saudáveis durante anestesia N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based durante a inalação de óxido nitroso e xenônio.

Registro da Atividade Eletromagnética do Cérebro Durante a Administração dos Agentes Anestésicos Gasosos Xenônio e Óxido Nitroso em Voluntários Saudáveis

Anesthesia arguably provides one of the only systematic ways to study the neural correlates of global consciousness/unconsciousness. However to date most ...

The purpose of this experiment is to characterize changes in brain electromagnetic activity in response to the administration of the two gaseous dissociative agents xenon and nitrous oxide to healthy participants in a two-way repeated measures crossover design. Due to the complexity of the experiment, it is important that the majority of equipment setup occurs before participant arrival. The most important of these is the configuration of the EEG system in the magnetically shielded room or MSR.The EEG amplifier is placed in the MSR as far as practical away from the participant, and needs to be configured to run on DC power using either a built-in battery or an external shielded battery box. Fiber optic coupling from the amplifier to the data-logging computer should be checked to be operational. Finally, a video camera in the MSR should be configured such that its field of view clearly captures the participant's face and upper thorax such that the physician anesthesiologist can clearly monitor the respiratory and airway status of the participant.In order that consistent and comparable data is acquired, participants are first interviewed to confirm their eligibility for the study. Participants should be healthy males of 20 to 40 years of age with no psychiatric or neurological conditions, no recent history of drug or alcohol use, and have no respiratory or cardiac conditions. Participants should arrive clean-shaven on the day of the experiment, and having fasted for at least six hours.To ensure high quality EEG recordings, it is recommended that the subject's hair has been recently washed without conditioner, and that their scalp has been firmly brushed to remove any dried or dead skin. An MEG-compatible high-density EEG cap is applied with the appropriate use of conductive gel. Head position indicator coils are then firmly attached at predefined locations on the EEG cap.All auxiliary biopotential electrodes are then applied at the designated locations on the subject's face and body. For subsequent analysis, it is important that all electrodes and HPI coil positions are accurately registered along with digitization of the outlines of the orbits, nasal ridge and cheeks for subsequent coregistration with structural MRI. Two electrodes are placed submentally to record resting muscle tone.Electrooculogram or EOG recordings are made by placing two further electrodes above and below the eye. And finally, a three-lead ECG derivation is configured by electrodes on the left and right wrist flexor surfaces. EEG electrode impedances should then be verified as being below five kiloohms in order to yield high-fidelity recordings.The duration of the experiment as well as the sedative effects of the administered gases makes minimization of head movement vital. A memory foam head brace is applied in order to reduce lateral head movement, and a jute harness is tied around the body to minimize any vertical movement. Eyes-closed resting state and baseline auditory continuous performance task recordings are now performed.It is of vital importance that the administration of anesthetic gases is supervised by a physician anesthesiologist at all times. As well as patient monitoring, the role of the physician anesthesiologist includes ensuring the adequate configuration of the anesthetic gas delivery unit, specialized in this case to deliver and monitor xenon. The physician anesthesiologist will test the anesthesia machine, check that the mask fits comfortably and does not leak, adjust gas flows, insert a cannula, administer antiemetics, as well as commencing denitrogenation with 100%oxygen with the participant seated in the MSR before the final post-antiemetic baseline data collection and the start of the gas administration protocol.At this stage the participant will be comfortably seated in the MSR having been denitrogenated and having been administered dexamethasone and ondansetron to minimize the risk of any adverse nausea or vomiting due to gas administration. Before the MSR door is closed, the anesthetic nurse or other suitably trained medical professional is seated next to the participant. A final check is made that the blood pressure cuff is connected, the button response boxes are comfortably positioned, and the pulse oximeter on the toe or finger is securely fastened.The protocol then proceeds to deliver four Equi-MAC awake progressively increasing stepwise levels of xenon gas, or three stepwise nitrous oxide levels over a period of 15 minutes each in order to assure blood-brain-gas equilibration. Each level should contain a five-minute steady state when the desired gas concentration is reached and should be followed by a 10-minute washout period. During all levels, oxygen, carbon dioxide, and xenon or nitrous oxide levels are continuously monitored and electronically logged.At the end of each level, participants are briefly assessed before progressing to higher levels. Because at the highest xenon level, in which loss of responsiveness is achieved, airway obstruction can readily and unexpectedly occur, and subjects need to be closely monitored and continuously assessed by qualified personnel, both inside and outside the MSR for all necessary action to be taken immediately. At the conclusion of the experiment, the physician anesthesiologist will enter the MSR and debrief with the patient.The participant is then brought outside the MSR where the apparatus is removed and they are administered standard postoperative anesthetic care. Before the participant leaves, ensure they are safe to travel home with a relative or friend. In the next 24 hours, the participant will be required to fill in the questionnaires regarding the procedure and any after effects.This video has been primarily prepared to illustrate the methods involved in delivering gaseous anesthesia while recording simultaneous EEG and MEG data, therefore, only very basic data analysis and representative results are presented to give the viewer a clear idea of what the recorded data should look like. The basic results illustrate examples of head movement, gas concentration timecourse and auditory task accuracy;filtered artifact-free EEG and MEG data;EEG and MEG spectra and power topography;and auditory evoked responses for both baseline and during gas administration. To create the basic results, the following pipeline is employed using a combination of data analysis software platforms and toolboxes.The raw MEG and EEG data is stored as fif and cnt file formats respectively. Head movements are computed using the MaxFilter software and a script written by the authors, both used to convert head movements from the cortonian space into Cartesian coordinates. Auditory task accuracy and reaction time are then computed and visualized, time-aligned with the head movement and gas concentration time series, in order to assess data quality before further processing the EEG and MEG data.Time alignment of the data is based on recorded trigger times. Typically, head movement will be minimal during baseline conditions, while more movement tends to occur at the higher gas levels associated with more dissociated or sedated states. This can be seen here for example in the 42%xenon recording where the top figure shows head movement, and the bottom, gas concentration and auditory task accuracy.Note that loss of responsiveness occurs between 7.5 and 12.5 minutes. Absolute head movement of less than five millimeters is considered acceptable for source imaging purposes. Data segments with movement larger than five millimeters are ignored.Preprocessing of the MEG and EEG data initially involves selection of bad channels. This is followed by the use of the tSSS algorithm to remove artifacts from the MEG recording due to external sources. The rest of the processing pipeline involves the use of data analysis software platforms and associated toolboxes for analysis.Band-pass and notch filtering is applied to both the MEG and EEG data to focus analysis on the frequency band of interest. Time periods in the data containing artifacts are rejected based on visual inspection, in addition to removing periods involving excessive head movement changes. Filtered artifact-free MEG and EEG data can then be visualized and related to anesthetic-induced changes.Amplitude spectra for each sensor and spectral band power topographies across all sensors are then computed for both MEG and EEG data. Visualization of the amplitude spectra at different sensor locations facilitates observation of the effects of different anesthetic levels on signal spectra. Visualization of sensor level power topography in different frequency bands, in this case the alpha band, enables the observation of the effects of different anesthetic levels on the spacial pattern of activity.The filtered artifact-free MEG and EEG data are then epoched using triggers linked to the time of auditory tone delivery. Average auditory evoked responses are then constructed through time on sample averaging. Visualization of sensor level auditory evoked responses allows for the characterization of the effects of anesthetics on the brain's responsiveness.In particular, awakening of the initial evoked response and the disappearance of the later evoked response peaks results from high gas concentrations. There are many other potential interesting analysis steps that can be performed subsequent to this basic analysis. Given that there are many options presented in the literature, we do not cover them in detail here.Such options include MEG and EEG source imaging using beamforming or minimum-norm estimation to gain a better understanding of the relationship between brain activity and brain anatomy. Sensor or source-level functional connectivity analysis can unravel changes in brain networks linked to anesthetic action. There is also the option to either focus analysis on the sensor or source-level auditory evoked responses, or to look at continuous data independent of the auditory stimulus in order to identify any anesthetic-induced changes in global brain dynamics.The macroscale mechanisms of anesthetic-induced reductions in consciousness are not well understood. Evidence from literature has strongly implicated a breakdown in functional connectivity underlying anesthetic-induced reductions in consciousness. Although anesthetics have a diverse range of molecular targets of action and different macroscopic effects on the EEG and MEG, it is still not resolved if there exists a universal or common macroscale mechanism across all anesthetics.Here we have outlined a protocol for performing gaseous anesthesia using the putative NMDA receptor antagonists xenon and nitrous oxide while simultaneously recording MEG and EEG data. This method will facilitate the study of different gaseous and volatile agents on simultaneously recorded MEG and EEG data, and thus the search for universal mechanisms of anesthetic-induced reductions in consciousness.

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