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

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.

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 этическог...

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 обобщит...

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.

<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

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.

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 экс?...

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

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

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.

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

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.

Education

Research

JoVE Core

JoVE Journal

Statistics

Neuroscience

Unit 1

Measures of Variation

Measures of Relative Standing

Probability Distributions

Estimates

Distributions

Hypothesis Testing

Analysis of Variance

Correlation and Regression

Statistics in Practice

SCIENTISTS IN ACTION

Assessment of Ultrasonic Vocalizations During Drug Self-administration in Rats

Оценка Ультразвуковые Вокализации Во наркотиками Самоуправление у крыс

Drug self-administration procedures are commonly used to study behavioral and neurochemical changes associated with human drug abuse, addiction and ...

Morphometric Analyses of Retinal Sections

Морфометрические анализы сетчатки Разделы

Morphometric analyses of retinal sections have been used in examining retinal diseases. For examples, neuronal cells were significantly lost in the ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Оптическая запись запороговой нейронной активности с одноклеточных и одного всплеска резолюции

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Microdialysis of Ethanol During Operant Ethanol Self-administration and Ethanol Determination by Gas Chromatography

Микродиализ этанола в течение оперантного этанола самоуправления и определение этанола методом газовой хроматографии

Operant self-administration methods are commonly used to study the behavioral and pharmacological effects of many drugs of abuse, including ethanol.  ...

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust (Schistocerca Americana) Olfactory Circuits

Multi-unit Recording Methods to Characterize Neural Activity in the Locust Schistocerca Americana Olfactory Circuits

Multi-единицы Запись методы для характеристики нейронной активности в Locust (<em&gt; Schistocerca Americana</em&gt;) Обонятельные схемы

Detection and interpretation of olfactory cues are critical for the survival  of many organisms. Remarkably, species across phyla have strikingly similar ...

Recording Electrical Activity from Identified Neurons in the Intact Brain of Transgenic Fish

Запись электрической активности нейронов Выявленные в интактном мозге трансгенных рыб

Understanding the cell physiology of neural circuits that regulate complex behaviors is greatly enhanced by using model systems in which this work can be ...

Electrophysiological Recording in the Brain of Intact Adult Zebrafish

Электрофизиологические записи в мозгу неповрежденном взрослых данио рерио

Previously, electrophysiological studies in adult zebrafish have been limited to slice preparations or to eye cup preparations and electrorentinogram ...

Simultaneous Electrophysiological Recording and Micro-injections of Inhibitory Agents in the Rodent Brain

Одновременное Электрофизиологические Запись и Micro-инъекции агенты, ингибирующие в мозге грызунов

Here we describe a method for the construction of a single-use &#8220;injectrode&#8221; using commercially accessible and affordable parts. A probing ...

Recording Temperature-induced Neuronal Activity through Monitoring Calcium Changes in the Olfactory Bulb of Xenopus laevis

Recording Temperature-induced Neuronal Activity through Monitoring Calcium Changes in the Olfactory Bulb of Xenopus laevis

Запись температурное нейронную активность посредством мониторинга изменений кальция в обонятельной луковицы<em&gt; Xenopus Laevis</em

The olfactory system, specialized in the detection, integration and processing of chemical molecules is likely the most thoroughly studied sensory system. ...

Recording Synaptic Plasticity in Acute Hippocampal Slices Maintained in a Small-volume Recycling-, Perfusion-, and Submersion-type Chamber System

Запись синаптической пластичности в острой гиппокампа ломтики в малообъемной рециркуляции-, перфузии и погружения типа камерная система

Even though experiments on brain slices have been in use since 1951, problems remain that reduce the probability of achieving a stable and successful ...