Esperimenti EEG-fMRI durante l'induzione dell'anestesia con Propofol

Questo studio mira a indagare i processi neurali corticali e sottocorticali sani durante l'induzione dell'anestesia generale con propofol, che è clinicamente rilevante per il delirio postoperatorio, un disturbo cognitivo comune, dopo l'intervento chirurgico negli anziani.

Le oscillazioni neurali intrinseche all'interno della banda di frequenza alfa (~8-13Hz) possono essere misurate con l'EEG, mostrando la massima potenza (cioè ampiezza) negli elettrodi occipitali durante lo stato di riposo di veglia ad occhi chiusi. Sotto anestesia generale, soprattutto con propofol, la potenza di queste oscillazioni diminuisce nella corteccia occipitale ma aumenta nella corteccia frontale. Sebbene né gli esatti meccanismi alla base della generazione delle oscillazioni alfa né la loro dinamica sotto anestesia siano del tutto compresi, è stato suggerito che il talamo potrebbe svolgere un ruolo chiave nel modulare lo spostamento della potenza della banda alfa in tutto il cervello.

Il delirio post-operatorio (POD) è una complicanza dopo un intervento chirurgico caratterizzata da una compromissione acuta della coscienza, dell'attenzione e dell'arousal con un'evoluzione fluttuante. Ciò è prevalente soprattutto nei pazienti anziani, soprattutto in quelli con disturbi neurocognitivi preesistenti, malattie neurodegenerative e in quelli sottoposti a procedure complesse o di emergenza. Nonostante l’onere funzionale ed economico che questo disturbo impone al paziente e al sistema sanitario, ad esempio aumenta la degenza ospedaliera e il rischio di mortalità, le opzioni di trattamento e le strategie di gestione del rischio sono ancora limitate. Molti dei nostri studi precedenti e quelli di altri gruppi hanno evidenziato il legame tra le oscillazioni alfa e gli esiti clinici legati alla POD. Ad esempio, una bassa potenza alfa frontale, sia durante il mantenimento che durante il risveglio dall'anestesia generale, è associata a un rischio più elevato di POD. Una bassa potenza alfa frontale è anche associata a deterioramento neurocognitivo preoperatorio, un fattore di rischio ben descritto per la POD. La natura biochimica di questa associazione è ancora sconosciuta; è stato suggerito il ruolo del sistema colinergico come mediatore.

Pertanto, una migliore comprensione dei meccanismi alla base della generazione delle oscillazioni alfa e della loro dinamica in anestesia generale potrebbe aprire nuove porte a opzioni diagnostiche e terapeutiche per la POD.

Sulla base dei nostri precedenti esperimenti EEG-fMRI in soggetti sani che applicavano la stimolazione visiva alla frequenza alfa, i ricercatori hanno dimostrato che (i) la stimolazione visiva utilizzando una luce tremolante ritmica ad una frequenza specifica evoca una risposta affidabile nel cervello occipitale, che può essere misurata con EEG e risonanza magnetica per immagini (fMRI), (ii) la risposta a questa stimolazione può essere valutata tramite analisi di potenziale evocato/potenza/coerenza (EEG) o analisi di connettività funzionale (fMRI) e (iii) stimolazione visiva con sfarfallio a /vicino alla frequenza alfa intrinseca di un soggetto, nota come "frequenza alfa individuale" (IAF), genera una risposta all'interno delle aree cerebrali oltre la corteccia occipitale, come le regioni frontali e parietali e, soprattutto, il talamo, suggerendo un'interazione con - e un metodo per valutare le oscillazioni alfa intrinseche.

I ricercatori propongono uno studio simultaneo EEG-fMRI in cui ai partecipanti giovani e sani, anestetizzati con propofol, viene presentato un paradigma di stimolazione visiva con sfarfallio presso/intorno all'IAF del partecipante. Il nostro disegno sperimentale include registrazioni prima che il partecipante venga anestetizzato (pre-anestesia di veglia) e durante tre diverse concentrazioni di anestesia (bassa, media e profonda). La spettroscopia di risonanza magnetica funzionale verrà acquisita durante lo stato di riposo in tutti gli stati. È prevista anche una registrazione post-anestesia della veglia in stato di riposo senza stimolazione. Questo approccio ha diversi vantaggi. Ad esempio, l'acquisizione simultanea consente di correlare la dinamica delle oscillazioni alfa misurate dall'EEG avendo accesso a una risoluzione dell'intero cervello tramite fMRI, comprese le aree sottocorticali come il talamo. Ciò è rilevante per comprendere l'interazione tra i processi neurali corticali e sottocorticali che generano oscillazioni alfa.

Inoltre, sfrutta il fatto che la nostra modalità di stimolazione all’IAF migliora i processi alfa intrinseci, che possono potenzialmente diventare un trattamento per ridurre il rischio di POD in anestesia. Inoltre, acquisendo dati di spettroscopia funzionale, i ricercatori possono rilevare cambiamenti biochimici nel cervello durante ogni stato. Infine, il nostro disegno sperimentale consente, in primo luogo, un follow-up cronologico della dinamica alfa durante l'induzione dell'anestesia con propofol e, in secondo luogo, acquisendo dati dopo l'intervento, i ricercatori avranno un controllo immediato del contrasto prima e dopo l'anestesia.

Per la sicurezza dei nostri partecipanti, l'anestesia con propofol sarà titolata fino a concentrazioni profonde senza provocare uno stato di soppressione dello scoppio, evitando l'intubazione e il supporto della respirazione artificiale.

Questo studio rappresenta un passo essenziale verso la comprensione dei processi oscillatori alfa nel cervello sveglio e anestetizzato, rilevante per il futuro sviluppo di potenziali opzioni di prevenzione/trattamento per la POD.