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

Los autores desean agradecer a Mahla Cameron Bradley, Rachel Anne Batty y Johanna Stephens valiosa asistencia técnica con la recopilación de datos de la MEG. Gracias se extienden además a Dr. Steven Mcguigan para apoyo como un segundo anestesiólogo. Paige Pappas proporciona supervisión de enfermería anestésica invaluable. Markus Stone ofreció amablemente su tiempo y experiencia en edición y filmación del protocolo. Dr. Suresh Muthukumaraswamy dio consejos específicos sobre análisis de datos y la interpretación de resultados. Finalmente, Jarrod Gott muchos contribuyó una estimulante discusión, ayudó en la ejecución de una serie de experiencias piloto y fue central en el diseño de la rodillera cabeza de espuma.
Esta investigación fue apoyada por una beca de colaboración de James S. McDonnell #220020419 "Reconstrucción de la conciencia" otorgada a George Mashour, Michael Avidan, Max Kelz y David Liley.

El estudio titulado "Efectos de la inhalación Xe y N2O en la actividad cerebral registrada mediante EEG y MEG" fue aprobado (número de aprobación: 260/12) por el Hospital de Alfred y el Comité de ética de la Universidad de Swinburne de la tecnología y los requisitos de la nacional Declaración sobre la conducta ética en la investigación humana (2007).
1. participante selección y pre-estudios requisitos
<ol><li>Realizar una entrevista para seleccionar machos sanos, zurdos,...

Este trabajo ha definido un protocolo completo para la grabación simultánea de MEG y EEG durante la entrega de gas anestésico con N2O y Xe. Dicho Protocolo será valioso para el estudio de los correlatos neurales electromagnéticos de reducción inducida por el anestésico en la conciencia. El protocolo pretende generalizar la entrega de otros gases anestésicos como el sevoflurano o isoflurano. Esto facilitará una mayor comprensión de los mecanismos macroscópicos comunes, específicos y distintos que su...

Existe buen consenso entre evidencia neurocientífica preclínicos y clínico que sugieren que el fenómeno de la conciencia humana depende de la integridad de los circuitos neuronales explícitos. La observación que dichos circuitos son sistemáticamente influenciadas por el descenso en la inconsciencia ha justificado la necesidad de técnicas de neuroimagen utilizados durante la anestesia y permitir 'navegar' en la búsqueda de los correlatos neuronales de conciencia. Con la posible excepción del sueño, la anestesia representa el único método por el cual uno puede, de manera controlada, reversible y reproducible, perturban y diseccionar así, los mecanismos que el servir a conciencia, especialmente en la escala macroscópica de dinámica global del cerebro. Clínicamente, la anestesia general puede definirse como un estado de hipnosis/inconsciencia, inmovilidad y analgesia y sigue siendo una de las intervenciones médicas más abundantemente utilizadas y más seguras. A pesar de la claridad y eficacia en el resultado final, existe gran incertidumbre con respecto a los mecanismos de acción de los distintos tipos de agentes, dando lugar a inconsciencia inducida por anestesia1.
Los anestésicos pueden dividirse en agentes intravenosos especialmente propofol y los barbitúricos o agentes volátiles/gaseosos como el sevoflurano, isoflurano, el óxido nitroso (N2O) y xenón (Xe). La farmacología de la anestesia ha sido bien establecida con varios destinos celulares identificados como vinculados a la acción anestésica. Mayoría de los agentes estudiados fecha acto principalmente mediante el agonismo de la actividad mediada por receptores de γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA). En contraste, la ketamina agentes disociativos, Xe y N2O se cree que ejercen sus efectos principalmente apuntando a N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatérgicos receptores2,3. Otros importantes objetivos farmacológicos incluyen canales de potasio, receptores de la acetilcolina y los receptores de glutamato del remanente, AMPA y kainato, sin embargo la medida de su contribución a la acción anestésica se mantiene esquiva (para una revisión completa véase 4).
El grado de variabilidad en el mecanismo de acción y los efectos fisiológicos y neuronales observados de los diferentes tipos de agentes hace difícil que la derivación de conclusiones generales sobre su influencia en el proceso consciente. Pérdida de conciencia (LOC) inducida por agentes GABAérgicos típicamente se caracteriza por un cambio global en la actividad cerebral. Esto es evidente en la aparición de gran amplitud, baja frecuencia delta (δ, 0.5-4 Hz) las ondas y la reducción de actividad de la gamma (γ, 35-45Hz) en el electroencefalograma (EEG), similar al lento de la onda de alta frecuencia, sueño5,6 así como las reducciones generalizadas en sangre cerebral caudal y glucosa metabolismo5,6,7,8,9,10,11,12 . Boveroux et al. 13 agregada a tales observaciones demostrando una disminución significativa en la reclinación de conectividad funcional del estado bajo anestesia de propofol con la proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI). En contraste, anestésicos disociativos producen menos claro el perfil de efectos sobre la actividad cerebral. En algunos casos, se asocian con aumentos en sangre cerebral caudal y glucosa metabolismo14,15,16,17,18,19, 20,21 mientras que los estudios de Rex y sus colegas22 y Laitio y colegas23,24 mirando los efectos del Xe proporciona evidencia de ambos aumentaron y disminuyeron el cerebro actividad. Una irregularidad similar puede verse en los efectos sobre el EEG señales25,26,27,28. Johnson et al. 29 demostraron un aumento en la energía total de la baja frecuencia bandas delta y theta, así como en la mayor gamma de banda de frecuencia en una estudio de EEG de anestesia Xe mientras que se realizaron observaciones opuestas para el N2O en el delta, de alta densidad theta y bandas de frecuencias alfa de30,31 y Xe en el más alto de frecuencias32. Tal variabilidad en los efectos del Xe en la actividad eléctrica del cuero cabelludo puede observarse en la alfa y gamas de frecuencia beta también con ambos aumenta33 y reducciones34 divulgando.
A pesar de las discrepancias mencionadas anteriormente, la imagen empieza a ser más consistente a través de los agentes cuando uno intenta ver alteraciones en la conectividad funcional entre áreas del cerebro. Sin embargo, estas medidas han sido predominantemente restringidas a las modalidades que necesariamente hacen concesiones con respecto a la resolución espacial o temporal. Mientras que los estudios usando el EEG parecen revelar clara y hasta cierto punto constante, cambios en la estructura topológica de redes funcionales durante la anestesia/sedación con propofol35, sevoflurane36 y N2O37, el datos EEG muy espaciados sensor tienen suficiente resolución espacial significativo definir y delinear los vértices de las redes funcionales correspondientes. Por el contrario, estudios utilizando la resolución espacial superior de fMRI y tomografía por emisión de positrones (PET), encuentran alteraciones topológicas similares en conectividad funcional a gran escala a la de EEG13,38,39 ,40,41, sin embargo posee escasa resolución temporal para caracterizar la fase amplitud en la banda (8-13 Hz) EEG alfa y otros fenómenos dinámicos que están surgiendo como importantes firmas de acción anestésica12,42. Por otra parte, estas medidas no evaluar directamente actividad neural electromagnética43.
Por lo tanto, para avanzar significativamente en la comprensión de los procesos macroscópicos relacionados con la acción de los anestésicos, las limitaciones de las investigaciones anteriormente mencionadas deben abordarse; la cobertura limitada de los agentes anestésicos y la resolución espacio-temporal insuficiente de las mediciones no invasivas. Sobre esta base, los autores describen un método para grabar simultáneamente equipo (MEG) y la actividad EEG en voluntarios sanos que se ha desarrollado para la administración de los agentes anestésicos disociativos gaseosos, Xe y N2O.
La MEG es utilizada ya que es la técnica neurofisiológica sólo no invasivo que no sea el EEG que tiene una resolución temporal en la gama del milisegundo. EEG tiene un problema de confusión de campos eléctricos por el cráneo, que actúa como un filtro de paso bajo en la actividad cortical generada, mientras MEG es mucho menos sensible a este tema y el tema de la conducción de volumen44. Se puede argumentar que MEG tiene más espacial y precisión de localización de EEG 45,46la fuente. EEG no permite verdadera grabación libre de referencia37,47, sin embargo hace de MEG. Sistemas de MEG también suelen registran actividad cortical en una gama de frecuencia mucho más amplia que el EEG, incluyendo gamma alta48(típicamente 70-90 Hz), que se han sugerido para ser implicados en los efectos hipnóticos de agentes anestésicos como Xe29 y N 2 O28. La MEG ofrece actividad neurofisiológica que complementa que transmitía por EEG, como actividad de EEG se relaciona con las corrientes eléctricas extracelulares mientras que MEG refleja principalmente los campos magnéticos generados por corrientes intracelulares46, 49. por otra parte, MEG es particularmente sensible a la actividad electrofisiológica tangencial a la corteza, mientras que el EEG registra principalmente extracelular actividad radial a la corteza49. Así, combinando datos de MEG y EEG tiene ventajas súper aditivo50.
Los agentes disociativos gaseoso Xe y N2O han sido elegidos por las siguientes razones de principio: son inodoro (Xe) o esencialmente inodoro (N2O) y por lo tanto pueden ser utilizados fácilmente en presencia de condiciones de control cuando trabajan en concentraciones sub-clínicas. Además, son aptos para administración remota y seguimiento en un entorno de laboratorio debido a sus efectos depresores cardio-respiratorio débil61. Xenon y a un menor grado N2O, retener un mínimo relativamente bajo-alveolar - concentración-(MAC)-despierto en que 50% de los pacientes dejen de responder a un comando verbal con valores de 32,6 ± 6.1%51 y52 de 63,3 + - 7.1% respectivamente. A pesar de Xe y N2O tanto ser antagonistas de los receptores NMDA, modulan el EEG diferentemente - Xe parece comportarse más como un agente típico de GABAérgico cuando supervisar mediante el índice biespectral33,53,54 (uno de varios métodos usados para monitorear electroencephalographically profundidad de la anestesia). En cambio, N2O produce un efecto electroencephalographic mucho menos aparente en que es mal, si en todos, supervisar mediante el índice biespectral26. Porque Xe tiene diferentes propiedades electroencephalographic informadas a los otros agentes disociativos, pero posee características similares a los agentes más comúnmente estudiados de GABAérgico, su estudio electrofisiológico tiene el potencial para revelar importantes características relativas a los correlatos neuronales de la conciencia y los cambios de red funcional correspondiente. Agentes que actúan en el receptor NMDA están probables que revelan más acerca de las redes cerebrales que favorecen la conciencia normal y alterada, dado el papel crítico que mediada por el receptor NMDA actividad desempeña en el aprendizaje y la memoria y su papel implicado en una gama de trastornos psiquiátricos que incluyen la esquizofrenia y la depresión80.
Este documento se centra principalmente en el exigentes y complejas datos colección procedimiento asociado con la entrega de los agentes anestésicos gaseosos en medio no hospitalario mientras se graban simultáneamente MEG y EEG. Análisis de los datos básicos en el nivel del sensor se contornea y se proporcionan datos de ejemplo mostrando que se pueden obtener grabaciones de alta fidelidad con un mínimo movimiento de la cabeza. No se describen los muchos métodos posibles para fuente posterior proyección de imagen o funcionales conectividad análisis que se realizan normalmente utilizando este tipo de datos, ya que estos métodos están bien descritos en la literatura demuestran diversas opciones para Análisis 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 proporciona sin duda una de las formas sólo sistemáticas para el estudio de los correlatos neuronales de global de consciencia/inconsciencia. Sin embargo hasta la fecha la mayoría neuroimagen o investigaciones neurofisiológicas en los seres humanos se han confinado al estudio de los anestésicos γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based, mientras que los efectos de la N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) disociativo- basado en el antagonista de receptor de anestésicos ketamina, óxido nitroso (N2O) y xenón (Xe) son en gran parte desconocidos. Este artículo describe los métodos subyacentes la grabación simultánea de Magnetoencefalografía (MEG) y Electroencefalografía (EEG) de hombres sanos durante la inhalación de los agentes anestésicos gaseosos N2O y Xe. Combinando datos de MEG y EEG permite la evaluación de la actividad electromagnética cerebral durante la anestesia en la alta resolución espacial, temporal y moderada. Aquí describimos un protocolo detallado, refinado en varias sesiones de grabación, que incluye el tema reclutamiento, configuración de equipos de anestesia en la sala de escáner de MEG, recopilación de datos y análisis de datos básicos. En este protocolo cada participante está expuesto a diferentes niveles de Xe y N2O en un diseño cruzado de medidas repetidas. Después de base relevante participantes grabaciones están expuestos a aumento de step-wise inspiraron en concentraciones de Xe y N2O de 8, 16, 24 y 42% y 16, 32 y 47% respectivamente, durante el cual su nivel de sensibilidad se realiza un seguimiento con un auditivo tarea de rendimiento continuo (aCPT). Se presentan resultados de una serie de grabaciones para resaltar las propiedades de sensor de nivel de los datos en bruto, la topografía espectral, la minimización de los movimientos de la cabeza y los efectos dependientes nivel inequívocos en las respuestas evocadas auditivas. Este paradigma describe un acercamiento general a la grabación de señales electromagnéticas asociadas con la acción de diferentes tipos de gases anestésicos, que pueden ser fácilmente adaptados para utilizarse con agentes anestésicos volátiles e intravenosos. Se espera que el método descrito puede contribuir a la comprensión de los mecanismos de la macro escala de anestesia permitiendo extensiones metodológicas que implican fuente espacio la proyección de imagen y análisis funcional de la red.

Esta sección utiliza datos obtenidos de un tema con el fin de demostrar las características típicas de las grabaciones simultáneas y el potencial de esa información para contribuir a una mejor comprensión de la anestesia inducida por estados alterados de conciencia. Para simplificar la exposición, se muestran resultados para grabaciones i) de la línea de base de administración de post anti emético (referencia 3), ii) 0.75 equi-MAC-despertar las concentraciones máximas del gas (...

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

Electroencefalograma (EEG) y magnetoencefalografía simultánea proporciona una útil herramienta para buscar mecanismos comunes y distintas macro escala de reducciones en la conciencia inducida por anestésicos diferentes. Este artículo ilustra los métodos empíricos que subyace a la grabación de los datos de los seres humanos sanos durante la anestesia de N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based durante la inhalación de óxido nitroso y xenón.

Registro actividad electromagnética cerebral durante la administración del xenón gaseoso agentes anestésicos y óxido nitroso en voluntarios sanos

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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