EEG-fMRI-eksperimenter under anestesi-induksjon med propofol

Denne studien tar sikte på å undersøke sunne kortikale og subkortikale nevrale prosesser under induksjon av generell anestesi med propofol, som er klinisk relevant for postoperativt delirium, en vanlig kognitiv lidelse, etter kirurgisk inngrep hos eldre.

Iboende nevrale oscillasjoner innenfor alfafrekvensbåndet (~8-13Hz) kan måles med EEG, og viser den høyeste kraften (dvs. amplitude) i occipitale elektroder under våken tilstand med øyne lukket. Under generell anestesi, spesielt med propofol, avtar kraften til disse svingningene i occipital cortex, men øker i frontal cortex. Selv om verken de eksakte mekanismene som ligger til grunn for genereringen av alfa-oscillasjoner eller deres dynamikk under anestesi er helt forstått, har det blitt antydet at thalamus kan være en nøkkelspiller som modulerer skiftet av alfa-båndkraft i hele hjernen.

Postoperativt delirium (POD) er en komplikasjon etter et kirurgisk inngrep preget av en akutt svekkelse av bevissthet, oppmerksomhet og opphisselse med en svingende evolusjon. Dette er utbredt hovedsakelig hos eldre pasienter, spesielt hos de med eksisterende nevrokognitive lidelser, nevrodegenerativ sykdom og de som gjennomgår komplekse eller nødprosedyrer. Til tross for den funksjonelle og økonomiske belastningen denne lidelsen påfører pasienten og helsesystemet, øker den for eksempel sykehusoppholdet og risikoen for dødelighet, behandlingsmuligheter og risikohåndteringsstrategier er fortsatt begrenset. Flere av våre tidligere studier og de fra andre grupper har fremhevet sammenhengen mellom alfaoscillasjoner og kliniske utfall relatert til POD. For eksempel er lav frontal alfakraft - både under vedlikehold og oppkomst fra generell anestesi - assosiert med en høyere risiko for POD. Lav frontal alfakraft er også assosiert med preoperativ nevrokognitiv svekkelse, en godt beskrevet risikofaktor for POD. Den biokjemiske naturen til denne assosiasjonen er fortsatt ukjent; rollen til det kolinerge systemet som mediator har blitt foreslått.

Derfor kan en bedre forståelse av mekanismene som ligger til grunn for genereringen av alfaoscillasjoner og deres dynamikk under generell anestesi åpne nye dører til diagnostiske og behandlingsalternativer for POD.

Basert på våre tidligere EEG-fMRI-eksperimenter med friske forsøkspersoner som bruker visuell stimulering ved alfa-frekvensen, har etterforskerne vist at (i) visuell stimulering ved bruk av et rytmisk flimrende lys ved en spesifikk frekvens fremkaller en pålitelig respons i den occipitale hjernen, som kan være målt med EEG og funksjonell resonans magnetisk avbildning (fMRI), (ii) responsen på denne stimuleringen kan evalueres via fremkalte potensial/kraft/koherensanalyser (EEG) eller funksjonelle tilkoblingsanalyser (fMRI), og (iii) visuell flimmerstimulering kl. /nær et individs indre alfafrekvens, kjent som den 'individuelle alfafrekvensen' (IAF), genererer en respons innenfor hjerneområder utenfor occipital cortex, som frontale og parietale regioner og viktigst av alt, thalamus, noe som tyder på en interaksjon med - og en metode for å vurdere - indre alfaoscillasjoner.

Etterforskerne foreslår en samtidig EEG-fMRI-studie der unge, friske deltakere, bedøvet med propofol, presenteres for et visuelt flimmerstimuleringsparadigme ved/rundt deltakerens IAF. Vårt eksperimentelle design inkluderer opptak før deltakeren er bedøvet (våkenhet før anestesi) og under tre forskjellige anestesikonsentrasjoner (lav, middels og dyp). Funksjonell magnetisk resonansspektroskopi vil bli oppnådd under hviletilstand i alle tilstander. Det er også planlagt en våkenhet post-anestesi-opptak i hviletilstand uten stimulering. Denne tilnærmingen har flere fordeler. For eksempel gjør den samtidige anskaffelsen det mulig å korrelere dynamikken til alfa-oscillasjoner målt med EEG mens du har tilgang til en helhjerneoppløsning via fMRI, inkludert subkortikale områder som thalamus. Dette er relevant for å forstå samspillet mellom kortikale og subkortikale nevrale prosesser som genererer alfaoscillasjoner.

Videre utnytter den det faktum at vår stimuleringsmodalitet ved IAF forbedrer iboende alfa-prosesser, som potensielt kan bli en behandling for å redusere risikoen for POD under anestesi. Videre, ved å skaffe funksjonelle spektroskopidata, kan etterforskerne oppdage biokjemiske endringer i hjernen under hver tilstand. Til slutt muliggjør vår eksperimentelle design, for det første, en kronologisk oppfølging av alfa-dynamikk under induksjon av propofol-anestesi, og for det andre, ved å innhente data etter intervensjonen, vil etterforskerne ha en umiddelbar kontroll for å kontrastere før og etter anestesi.

For deltakernes sikkerhet vil propofolanestesi titreres til dype konsentrasjoner uten å fremkalle en eksplosjonsundertrykkelsestilstand, og unngå intubasjon og kunstig åndedrettsstøtte.

Denne studien representerer et viktig skritt mot å forstå alfaoscillerende prosesser i den våkne og bedøvede hjernen som er relevant for fremtidig utvikling av potensielle forebyggende/behandlingsalternativer for POD.