Enregistrement activité électromagnétique du cerveau au cours de l’Administration des Agents anesthésiques gazeux Xenon et l’oxyde nitreux chez des volontaires sains

Il y a bon consensus entre les preuves neuroscientifiques pré-cliniques et cliniques suggérant que le phénomène de la conscience humaine dépend de l’intégrité des circuits neuraux explicites. L’observation que ces circuits sont systématiquement influencées par la descente dans l’inconscience a justifié la nécessité pour les techniques de neuroimagerie être utilisés pendant l’anesthésie et permettre « navigation » les corrélats neurones de la recherche conscience. À l’exception peut-être du sommeil, anesthésie représente le seul moyen par lequel on peut, de façon contrôlée, réversible et reproductible, perturber et donc disséquer, les mécanismes qui servent sous la conscience, en particulier à l’échelle macroscopique de dynamique du cerveau global. Cliniquement, l’anesthésie générale peut être défini comme un état d’hypnose/inconscience, immobilité et analgésie et demeure l’une des interventions médicales les plus abondamment utilisées et la plus sûres. Malgré la clarté et l’efficacité dans le résultat final, il reste grande incertitude quant aux mécanismes d’action des différents types d’agents donnant naissance à l’inconscience induite anesthésique¹.

Les anesthésiques peuvent être divisés en agents intraveineux notamment propofol et les barbituriques ou des agents volatils/gazeux comme sevoflurane, isoflurane, l’oxyde nitreux (N₂O) et le xénon (Xe). La pharmacologie de l’anesthésie a été bien établie avec plusieurs cibles cellulaires identifiés comme lié à l’action anesthésique. La plupart des agents a étudié à date acte principalement par l’intermédiaire de l’agonisme de γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA) l’activité médiée par le récepteur. En revanche, la kétamine agents dissociatifs, Xe et N₂O sont censés exercer leurs effets en ciblant principalement les N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatergique récepteurs^2,3. Autres cibles pharmacologiques importantes incluent les canaux potassiques, l’acétylcholine et les récepteurs de glutamate de vestige, AMPA et kaïnate, toutefois l’étendue de leur contribution à l’action anesthésique demeure insaisissable (pour un examen complet, voir ( ⁴).

La mesure de la variabilité dans le mécanisme d’action et les effets physiologiques et neurones observés des différents types d’agents complique la dérivation des conclusions générales sur leur influence sur le traitement conscient. Perte de conscience (LOC) induite par les agents GABAergiques est généralement caractérisée par un changement global dans l’activité cérébrale. Cela est évident dans l’émergence de grande amplitude, basse fréquence delta (δ, 0,5 à 4 Hz) vagues ainsi que la réduction à haute fréquence, activité gamma (γ, 35 à 45Hz) à l’électroencéphalographie (EEG), similaire à onde lente dorment^5,6 ainsi que la réduction généralisée des sanguin cérébral flux et glucose métabolisme^{5,6,7,8,9,10,11,12} . Boveroux et al. ¹³ ajouté à ces observations, en démontrant une diminution significative au repos la connectivité fonctionnelle État sous anesthésie de propofol à l’aide d’imagerie de résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). En revanche, les anesthésiques dissociatifs donnent un moins désactivez le profil des effets sur l’activité cérébrale. Dans certains cas, ils sont associés à des augmentations sanguin cérébral flux et glucose métabolisme^{14,15,16,17,18,19, 20,21} , tandis que des études réalisées par Rex et ses collègues²² et Laitio et ses collègues de^23,24 en regardant les effets de la Xe fourni la preuve des deux augmente et diminue le cerveau activité. Une irrégularité similaire peut être vu dans les effets sur les EEG signaux^25,26,27,28. Johnson et al. ²⁹ a démontré une augmentation de la puissance totale du basse fréquence bandes delta et theta ainsi que dans le gamma de bande fréquence plus élevée dans une forte densité étude EEG de l’anesthésie Xe tandis que des observations défavorables ont été faites pour N₂O dans le delta, thêta et bandes de fréquences alpha^30,31 et Xe dans le plus élevé de fréquences³². Cette variabilité dans les effets du Xe sur l’activité électrique de cuir chevelu peut être observée dans l’alpha et les gammes de fréquences bêta avec les deux augmente également³³ et réductions³⁴ rapportées.

Malgré les écarts mentionnés ci-dessus, l’image commence à devenir plus cohérente dans l’ensemble des agents lorsqu’on essaie de regarder les altérations dans la connectivité fonctionnelle entre les zones du cerveau. Ces mesures, cependant, ont été principalement limités aux modalités qui nécessairement faire des concessions en ce qui concerne la résolution spatiale ou temporelle. Bien que les études utilisant l’EEG semblent révéler clairement et dans une certaine mesure cohérente, changements dans la structure topologique des réseaux fonctionnels au cours de l’anesthésie/sédation par propofol³⁵, sévoflurane³⁶ et N₂O³⁷, le largement espacées capteur niveau données EEG ont une résolution spatiale insuffisante utilement définir et délimiter les sommets des réseaux fonctionnels correspondants. À l’inverse, des études utilisant la résolution spatiale supérieure d’IRMf et par émission de positrons (TEP), trouver des altérations topologiques semblables en connectivité fonctionnelle à grande échelle à celle de l’EEG^{13,38,39 ,40,41}, possèdent cependant une résolution temporelle insuffisante pour caractériser la phase-amplitude de couplage dans la bande alpha de (8 à 13 Hz) EEG et d’autres phénomènes dynamiques qui émergent comme signatures importantes de action anesthésique^12,42. En outre, ces mesures n’évaluent pas directement l’activité neurale électromagnétique⁴³.

Par conséquent, afin de véritablement faire progresser la compréhension des processus macroscopiques associée à l’action des anesthésiques, les limitations des enquêtes mentionnées précédemment doivent être abordés ; la couverture restreinte des agents anesthésiques et la résolution spatio-temporelle insuffisante des mesures non invasives. Sur cette base, les auteurs décrivent une méthode pour enregistrer simultanément magnetoencephalogram (MEG) et l’activité EEG chez des volontaires sains qui a été développée pour l’administration des agents anesthésiques dissociatifs gazeux, Xe et N₂O.

Le MEG est utilisé comme c’est la technique non invasive seulement neurophysiologique autres que l’EEG qui a une résolution temporelle de l’ordre de la milliseconde. EEG a le problème de flou de champs électriques par le crâne, qui agit comme un filtre passe-bas sur activité corticalement généré, tandis que MEG est beaucoup moins sensible à cette question et la question du volume de conduction⁴⁴. On peut affirmer que MEG a plus spatiale et source de précision de la localisation que EEG ^45,46. EEG ne permet pas de vrai enregistrement sans référence^37,47, mais fait de MEG. Systèmes MEG a aussi généralement enregistrent l’activité corticale dans une gamme de fréquences beaucoup plus large que l’EEG, y compris les gamma élevés⁴⁸(généralement 70-90 Hz), qui ont été proposés d’être impliqués dans les effets hypnotiques des agents anesthésiques notamment Xe²⁹ et N ₂ O²⁸. Le MEG propose activité neurophysiologique qui complimente qui véhiculé par EEG, comme l’activité EEG est liée à des courants électriques extracellulaires tandis que MEG reflète principalement les champs magnétiques générés par des courants intracellulaire^{46, 49}. en outre, MEG est particulièrement sensible aux activité électrophysiologique tangentielle au cortex, tandis que l’EEG enregistre principalement l’activité extracellulaire radiale pour le cortex⁴⁹. Fusionnant ainsi données MEG et EEG a avantages Super additif⁵⁰.

Les agents dissociatifs gazeux Xe et N₂O ont été choisis pour les raisons de principe suivante : ils sont sans odeur (Xe) ou essentiellement inodore (N₂O) et donc peut facilement être utilisés en présence de conditions de contrôle lorsqu’ils travaillent à concentrations infracliniques. En outre, ils sont bien adaptés pour l’administration à distance et le contrôle dans un environnement de laboratoire en raison de leurs faibles effets dépresseurs cardio-respiratoires⁶¹. Xénon et à un moindre degré N₂O, retenir au moins relativement faible-alvéolaires – concentration-(MAC)-éveillé à laquelle 50 % des patients répondait à une commande verbale avec des valeurs de 32,6 ± 6,1 %⁵¹ et 63,3 + – 7,1 %⁵² respectivement. Malgré les Xe et N₂O fois étant antagonistes des récepteurs NMDA, ils modulent l’EEG différemment – Xe semble se comporter plus comme un agent GABAergique typique lorsque surveillées à l’aide de le Bispectral Index^33,53,54 (l’une des différentes approches utilisées pour surveiller electroencephalographically profondeur de l’anesthésie). En revanche, N₂O produit un effet électro-encéphalographiques beaucoup moins évident en ce que c’est mal, si, surveillées à l’aide de l’ Bispectral Index²⁶. Parce que Xe a des propriétés différentes de technologues en électroencéphalographie signalées aux autres agents dissociatifs, mais possède des caractéristiques similaires aux agents GABAergiques plus communément étudiés, son étude électrophysiologique a le potentiel pour révéler important caractéristiques relatives aux corrélats neurones de la conscience et les changements correspondants de réseau fonctionnel. Agents qui agissent sur les récepteurs de NMDA sont susceptibles de révéler plus sur les réseaux de cerveau qui favorisent la conscience normale et altérée, étant donné le rôle essentiel que médiée par le récepteur NMDA activité joue dans l’apprentissage et de mémoire et de son rôle impliquée dans une gamme de troubles psychiatriques qui incluent la schizophrénie et la dépression⁸⁰.

Cet article se concentre principalement sur la procédure de collecte données exigeant et complexe, associée à la livraison des agents anesthésiques gazeux en milieu non hospitalier tout en enregistrant simultanément MEG et EEG. Analyse des données de base au niveau du capteur est exposé et données exemple sont fournies qui illustrent que les enregistrements haute fidélité peuvent être obtenus avec mouvement minime de la tête. Les nombreuses méthodes potentielles de source ultérieure d’imagerie et/ou fonctionnelle connectivité analyse qui serait généralement effectuée à l’aide de ce type de données ne sont pas décrits, car ces méthodes sont bien décrites dans la littérature et de démontrent les différentes options pour analyse^55,56.