Eksperymenty EEG-fMRI podczas indukcji znieczulenia propofolem

Celem tego badania jest zbadanie zdrowych korowych i podkorowych procesów nerwowych podczas indukcji znieczulenia ogólnego propofolem, co ma znaczenie kliniczne w przypadku majaczenia pooperacyjnego, częstego zaburzenia funkcji poznawczych, po interwencji chirurgicznej u osób starszych.

Wewnętrzne oscylacje neuronowe w paśmie częstotliwości alfa (~8-13 Hz) można zmierzyć za pomocą EEG, wykazując największą moc (tj. amplitudę) w elektrodach potylicznych w stanie spoczynku czuwania przy zamkniętych oczach. W znieczuleniu ogólnym, zwłaszcza propofolem, siła tych oscylacji maleje w korze potylicznej, ale wzrasta w korze czołowej. Chociaż ani dokładne mechanizmy leżące u podstaw wytwarzania oscylacji alfa, ani ich dynamika w znieczuleniu nie są w pełni poznane, sugeruje się, że wzgórze może odgrywać kluczową rolę w modulowaniu przesunięcia mocy pasma alfa w mózgu.

Majaczenie pooperacyjne (POD) to powikłanie po zabiegu chirurgicznym charakteryzujące się ostrym upośledzeniem świadomości, uwagi i pobudzenia o zmiennym przebiegu. Występuje głównie u pacjentów w podeszłym wieku, zwłaszcza u pacjentów z istniejącymi wcześniej zaburzeniami neurokognitywnymi, chorobami neurodegeneracyjnymi oraz u pacjentów poddawanych skomplikowanym lub nagłym zabiegom. Pomimo obciążenia funkcjonalnego i ekonomicznego, jakie to zaburzenie nakłada na pacjenta i system opieki zdrowotnej, np. wydłuża czas pobytu w szpitalu i ryzyko zgonu, możliwości leczenia i strategie zarządzania ryzykiem są nadal ograniczone. Kilka naszych poprzednich badań i badań innych grup podkreśliło związek między oscylacjami alfa a wynikami klinicznymi związanymi z POD. Na przykład niska czołowa moc alfa – zarówno podczas podtrzymania, jak i po wybudzeniu ze znieczulenia ogólnego – wiąże się z większym ryzykiem POD. Niska czołowa moc alfa jest również powiązana z przedoperacyjnym upośledzeniem funkcji neurokognitywnych, co jest dobrze opisanym czynnikiem ryzyka POD. Biochemiczny charakter tego związku jest nadal nieznany; Sugeruje się rolę układu cholinergicznego jako mediatora.

Dlatego lepsze zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw wytwarzania oscylacji alfa i ich dynamiki w znieczuleniu ogólnym mogłoby otworzyć nowe drzwi do możliwości diagnostyki i leczenia POD.

Na podstawie naszych wcześniejszych eksperymentów EEG-fMRI na zdrowych osobach stosujących stymulację wzrokową o częstotliwości alfa, badacze wykazali, że (i) stymulacja wizualna za pomocą rytmicznie migoczącego światła o określonej częstotliwości wywołuje niezawodną reakcję w mózgu potylicznym, którą można wykryć mierzone za pomocą EEG i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), (ii) odpowiedź na tę stymulację można ocenić za pomocą analizy potencjału wywołanego/mocy/koherencji (EEG) lub analizy łączności funkcjonalnej (fMRI) oraz (iii) stymulacji migotania wzrokowego w /w pobliżu wewnętrznej częstotliwości alfa podmiotu, znanej jako „indywidualna częstotliwość alfa” (IAF), generuje odpowiedź w obszarach mózgu poza korą potyliczną, takich jak okolice czołowe i ciemieniowe, a co najważniejsze, wzgórze, sugerując interakcję z - oraz metoda oceny - wewnętrzne oscylacje alfa.

Badacze proponują jednoczesne badanie EEG-fMRI, w którym młodym, zdrowym uczestnikom, znieczulonym propofolem, przedstawiono paradygmat stymulacji wizualnej za pomocą migotania w okolicach IAF uczestnika. Nasz projekt eksperymentu obejmuje nagrania przed znieczuleniem uczestnika (w stanie czuwania przed znieczuleniem) oraz podczas trzech różnych stężeń znieczulenia (niskie, średnie i głębokie). Funkcjonalna spektroskopia rezonansu magnetycznego będzie wykonywana w stanie spoczynku we wszystkich stanach. Planowana jest także rejestracja czuwania po znieczuleniu w stanie spoczynku, bez stymulacji. To podejście ma kilka zalet. Na przykład jednoczesna akwizycja umożliwia korelację dynamiki oscylacji alfa mierzonych za pomocą EEG, mając jednocześnie dostęp do rozdzielczości całego mózgu za pomocą fMRI, w tym obszarów podkorowych, takich jak wzgórze. Jest to istotne dla zrozumienia interakcji między korowymi i podkorowymi procesami nerwowymi generującymi oscylacje alfa.

Ponadto wykorzystuje fakt, że nasz sposób stymulacji w IAF wzmacnia wewnętrzne procesy alfa, które mogą potencjalnie stać się metodą leczenia zmniejszającą ryzyko POD w znieczuleniu. Co więcej, pozyskując dane ze spektroskopii funkcjonalnej, badacze mogą wykryć zmiany biochemiczne w mózgu w każdym stanie. Wreszcie, nasz projekt eksperymentu umożliwia, po pierwsze, chronologiczne śledzenie dynamiki alfa podczas indukcji znieczulenia propofolem, a po drugie, gromadząc dane po interwencji, badacze będą mieli natychmiastową kontrolę nad kontrastem przed i po znieczuleniu.

Dla bezpieczeństwa naszego uczestnika znieczulenie propofolem będzie dostosowywane do głębokich stężeń bez wywoływania stanu tłumienia wybuchu, unikania intubacji i wspomagania sztucznego oddychania.

Badanie to stanowi istotny krok w kierunku zrozumienia procesów oscylacyjnych alfa w obudzonym i znieczulonym mózgu, co ma znaczenie dla przyszłego rozwoju potencjalnych opcji zapobiegania/leczenia POD.