EEG-fMRI-eksperimenter under anæstesi-induktion med propofol

Denne undersøgelse har til formål at undersøge sunde kortikale og subkortikale neurale processer under induktion af generel anæstesi med propofol, som er klinisk relevant for postoperativt delirium, en almindelig kognitiv lidelse, efter kirurgisk indgreb hos ældre.

Iboende neurale oscillationer inden for alfa-frekvensbåndet (~8-13Hz) kan måles med EEG, der viser den højeste effekt (dvs. amplitude) i occipitale elektroder under øjenlukket vågenhed i hviletilstand. Under generel anæstesi, især med propofol, aftager kraften af ​​disse svingninger i occipital cortex, men øges i frontal cortex. Selvom hverken de nøjagtige mekanismer, der ligger til grund for genereringen af ​​alfa-oscillationer, eller deres dynamik under anæstesi er fuldt ud forstået, er det blevet foreslået, at thalamus kan være en nøglespiller, der modulerer skiftet af alfa-båndkraft i hele hjernen.

Postoperativt delirium (POD) er en komplikation efter et kirurgisk indgreb karakteriseret ved en akut svækkelse af bevidsthed, opmærksomhed og ophidselse med en fluktuerende udvikling. Dette er udbredt hovedsageligt hos ældre patienter, især hos dem med allerede eksisterende neurokognitive lidelser, neurodegenerativ sygdom og dem, der gennemgår komplekse eller nødprocedurer. På trods af den funktionelle og økonomiske byrde, som denne lidelse påfører patienten og sundhedssystemet, øger den fx hospitalsophold og risiko for dødelighed, behandlingsmuligheder og risikostyringsstrategier er stadig begrænsede. Flere af vores tidligere undersøgelser og dem fra andre grupper har fremhævet sammenhængen mellem alfa-oscillationer og kliniske resultater relateret til POD. For eksempel er lav frontal alfa-kraft - både under vedligeholdelse og fremkomst fra generel anæstesi - forbundet med en højere risiko for POD. Lav frontal alfakraft er også forbundet med præoperativ neurokognitiv svækkelse, en velbeskrevet risikofaktor for POD. Den biokemiske natur af denne forening er stadig ukendt; det kolinerge systems rolle som mediator er blevet foreslået.

Derfor kan en bedre forståelse af de mekanismer, der ligger til grund for genereringen af ​​alfa-oscillationer og deres dynamik under generel anæstesi, åbne nye døre til diagnostiske og behandlingsmuligheder for POD.

Baseret på vores tidligere EEG-fMRI-eksperimenter i raske forsøgspersoner, der anvender visuel stimulering ved alfa-frekvensen, har efterforskerne vist, at (i) visuel stimulering ved hjælp af et rytmisk flimrende lys ved en specifik frekvens fremkalder en pålidelig respons i den occipitale hjerne, som kan være målt med EEG og funktionel resonans magnetisk billeddannelse (fMRI), (ii) responsen på denne stimulering kan evalueres via fremkaldte potentiale/kraft/kohærens analyser (EEG) eller funktionelle tilslutningsanalyser (fMRI), og (iii) visuel flimmerstimulering ved /tæt på et individs iboende alfa-frekvens, kendt som den 'individuelle alfa-frekvens' (IAF), genererer en respons i hjerneområder ud over den occipitale cortex, såsom frontale og parietale regioner og vigtigst af alt, thalamus, hvilket tyder på en interaktion med - og en metode til at vurdere - iboende alfaoscillationer.

Efterforskerne foreslår et simultan EEG-fMRI-studie, hvor unge, raske deltagere, bedøvet med propofol, præsenteres for et visuelt flimmerstimuleringsparadigme ved/omkring deltagerens IAF. Vores eksperimentelle design inkluderer optagelser før deltageren er bedøvet (vågenhed før anæstesi) og under tre forskellige anæstesikoncentrationer (lav, mellem og dyb). Funktionel magnetisk resonansspektroskopi vil blive erhvervet under hviletilstand i alle tilstande. Der er også planlagt en vågenhed post-anæstesi-optagelse i hviletilstand uden stimulering. Denne tilgang har flere fordele. For eksempel gør den samtidige erhvervelse det muligt at korrelere dynamikken i alfa-oscillationer målt ved EEG, mens du har adgang til en helhjerneopløsning via fMRI, inklusive subkortikale områder som thalamus. Dette er relevant for at forstå interaktionen mellem kortikale og subkortikale neurale processer, der genererer alfa-oscillationer.

Desuden udnytter den det faktum, at vores stimuleringsmodalitet på IAF forbedrer iboende alfa-processer, som potentielt kan blive en behandling for at reducere risikoen for POD under anæstesi. Desuden kan efterforskerne ved at erhverve funktionelle spektroskopidata opdage biokemiske ændringer i hjernen under hver tilstand. Endelig muliggør vores eksperimentelle design for det første en kronologisk opfølgning af alfa-dynamikken under induktionen af ​​propofol-anæstesi, og for det andet, ved at indhente data efter interventionen, vil efterforskerne have en øjeblikkelig kontrol til at kontrastere før og efter anæstesi.

For vores deltagers sikkerhed vil propofol anæstesi blive titreret indtil dybe koncentrationer uden at fremkalde en burst suppression tilstand, undgå intubation og kunstigt åndedræt.

Denne undersøgelse repræsenterer et væsentligt skridt i retning af at forstå alfa-oscillatoriske processer i den vågne og bedøvede hjerne, der er relevante for den fremtidige udvikling af potentielle forebyggende/behandlingsmuligheder for POD.