EEG-fMRI-experimenten tijdens anesthesie-inductie met Propofol

Deze studie heeft tot doel gezonde corticale en subcorticale neurale processen te onderzoeken tijdens inductie van algemene anesthesie met propofol, wat klinisch relevant is voor postoperatief delirium, een veel voorkomende cognitieve stoornis, na chirurgische ingreep bij ouderen.

Intrinsieke neurale oscillaties binnen de alfafrequentieband (~8-13 Hz) kunnen worden gemeten met het EEG, waarbij het hoogste vermogen (dwz amplitude) in occipitale elektroden wordt weergegeven tijdens de rusttoestand met gesloten ogen. Onder algemene anesthesie, vooral met propofol, neemt de kracht van deze oscillaties af in de occipitale cortex, maar neemt toe in de frontale cortex. Hoewel noch de exacte mechanismen die ten grondslag liggen aan het genereren van alfa-oscillaties, noch hun dynamiek onder narcose volledig worden begrepen, is er gesuggereerd dat de thalamus een sleutelrol zou kunnen spelen bij het moduleren van de verschuiving van de alfabandkracht door de hersenen.

Postoperatief delirium (POD) is een complicatie na een chirurgische ingreep die wordt gekenmerkt door een acute verslechtering van het bewustzijn, de aandacht en de opwinding met een fluctuerende evolutie. Dit komt vooral voor bij oudere patiënten, vooral bij patiënten met reeds bestaande neurocognitieve stoornissen, neurodegeneratieve ziekten en patiënten die complexe of noodprocedures ondergaan. Ondanks de functionele en economische last die deze aandoening met zich meebrengt voor de patiënt en het gezondheidszorgsysteem (het verhoogt bijvoorbeeld de ziekenhuisopname en het risico op sterfte), zijn de behandelingsopties en risicobeheerstrategieën nog steeds beperkt. Verschillende van onze eerdere onderzoeken en die van andere groepen hebben het verband tussen alfa-oscillaties en klinische resultaten gerelateerd aan POD benadrukt. Een laag frontaal alfavermogen – zowel tijdens onderhoud als bij het ontwaken uit algemene anesthesie – wordt bijvoorbeeld in verband gebracht met een hoger risico op POD. Een laag frontaal alfavermogen wordt ook geassocieerd met preoperatieve neurocognitieve stoornissen, een goed beschreven risicofactor voor POD. De biochemische aard van deze associatie is nog onbekend; de rol van het cholinerge systeem als bemiddelaar is gesuggereerd.

Daarom zou een beter begrip van de mechanismen die ten grondslag liggen aan het genereren van alfa-oscillaties en hun dynamiek onder algemene anesthesie nieuwe deuren kunnen openen naar diagnostische en behandelingsopties voor POD.

Gebaseerd op onze eerdere EEG-fMRI-experimenten bij gezonde proefpersonen waarbij visuele stimulatie op de alfafrequentie werd toegepast, hebben de onderzoekers aangetoond dat (i) visuele stimulatie met behulp van ritmisch flikkerend licht op een specifieke frequentie een betrouwbare reactie in de occipitale hersenen oproept, wat kan zijn gemeten met EEG en functionele resonantie magnetische beeldvorming (fMRI), (ii) de respons op deze stimulatie kan worden geëvalueerd via opgewekte potentiaal/kracht/coherentieanalyses (EEG) of functionele connectiviteitsanalyses (fMRI), en (iii) visuele flikkeringsstimulatie bij /in de buurt van de intrinsieke alfafrequentie van een persoon, bekend als de 'individuele alfafrequentie' (IAF), genereert een reactie in hersengebieden buiten de occipitale cortex, zoals frontale en pariëtale gebieden en, belangrijker nog, de thalamus, wat een interactie suggereert met - en een methode om intrinsieke alfa-oscillaties te beoordelen.

De onderzoekers stellen een gelijktijdige EEG-fMRI-studie voor waarin jonge, gezonde deelnemers, verdoofd met propofol, een visueel flikkeringsstimulatieparadigma krijgen aangeboden op/rond de IAF van de deelnemer. Ons experimentele ontwerp omvat opnames voordat de deelnemer wordt verdoofd (wakkerheid vóór anesthesie) en tijdens drie verschillende anesthesieconcentraties (laag, midden en diep). Functionele magnetische resonantiespectroscopie zal worden verkregen tijdens de rusttoestand in alle toestanden. Er is ook een opname van de wakkerheid na de anesthesie in rusttoestand zonder stimulatie gepland. Deze aanpak heeft verschillende voordelen. De gelijktijdige acquisitie maakt het bijvoorbeeld mogelijk om de dynamiek van alfa-oscillaties gemeten door EEG te correleren terwijl er toegang is tot een resolutie van het hele brein via fMRI, inclusief subcorticale gebieden zoals de thalamus. Dit is relevant voor het begrijpen van de interactie tussen corticale en subcorticale neurale processen die alfa-oscillaties genereren.

Bovendien maakt het gebruik van het feit dat onze stimulatiemodaliteit bij de IAF de intrinsieke alfaprocessen verbetert, wat mogelijk een behandeling kan worden om het risico op POD onder narcose te verminderen. Bovendien kunnen de onderzoekers, door functionele spectroscopiegegevens te verzamelen, tijdens elke toestand biochemische veranderingen in de hersenen detecteren. Ten slotte maakt ons experimentele ontwerp ten eerste een chronologische follow-up van de alfadynamiek mogelijk tijdens de inductie van propofol-anesthesie, en ten tweede zullen onderzoekers, door gegevens te verzamelen na de interventie, onmiddellijke controle hebben om voor en na de anesthesie te contrasteren.

Voor de veiligheid van onze deelnemers zal propofol-anesthesie worden getitreerd tot diepe concentraties zonder een burst-onderdrukkingstoestand te veroorzaken, waarbij intubatie en kunstmatige beademingsondersteuning worden vermeden.

Deze studie vertegenwoordigt een essentiële stap in de richting van het begrijpen van alfa-oscillerende processen in de wakkere en verdoofde hersenen die relevant zijn voor de toekomstige ontwikkeling van potentiële preventieve/behandelingsopties voor POD.