EEG-fMRI-experiment under anestesiinduktion med propofol

Denna studie syftar till att undersöka friska kortikala och subkortikala neurala processer under induktion av generell anestesi med propofol, vilket är kliniskt relevant för postoperativt delirium, en vanlig kognitiv störning, efter kirurgiskt ingrepp hos äldre.

Inneboende neurala svängningar inom alfafrekvensbandet (~8-13Hz) kan mätas med EEG, som visar den högsta effekten (d.v.s. amplituden) i occipitala elektroder under ögonstängd vakenhetsvila. Under allmän narkos, speciellt med propofol, minskar kraften i dessa svängningar i occipital cortex men ökar i frontal cortex. Även om varken de exakta mekanismerna bakom genereringen av alfaoscillationer eller deras dynamik under anestesi är helt klarlagda, har det föreslagits att thalamus kan vara en nyckelspelare som modulerar förskjutningen av alfabandskraft i hela hjärnan.

Postoperativt delirium (POD) är en komplikation efter ett kirurgiskt ingrepp som kännetecknas av en akut försämring av medvetande, uppmärksamhet och upphetsning med en fluktuerande utveckling. Detta är utbrett främst hos äldre patienter, särskilt hos de med redan existerande neurokognitiva störningar, neurodegenerativ sjukdom och de som genomgår komplexa eller akuta ingrepp. Trots den funktionella och ekonomiska bördan som denna störning lägger på patienten och hälsosystemet, ökar den t.ex. sjukhusvistelsen och risken för dödlighet, behandlingsalternativ och riskhanteringsstrategier är fortfarande begränsade. Flera av våra tidigare studier och de från andra grupper har belyst kopplingen mellan alfaoscillationer och kliniska resultat relaterade till POD. Till exempel är låg frontal alfakraft - både under underhåll och uppkomst från allmän anestesi - associerad med en högre risk för POD. Låg frontal alfakraft är också associerad med preoperativ neurokognitiv funktionsnedsättning, en välbeskriven riskfaktor för POD. Den biokemiska naturen hos denna förening är fortfarande okänd; det kolinerga systemets roll som mediator har föreslagits.

Därför kan en bättre förståelse av mekanismerna bakom genereringen av alfaoscillationer och deras dynamik under generell anestesi öppna nya dörrar till diagnostiska och behandlingsalternativ för POD.

Baserat på våra tidigare EEG-fMRI-experiment på friska försökspersoner som tillämpar visuell stimulering vid alfafrekvensen, har forskarna visat att (i) visuell stimulering med ett rytmiskt flimrande ljus vid en specifik frekvens framkallar ett tillförlitligt svar i den occipitala hjärnan, vilket kan vara mätt med EEG och funktionell resonans magnetisk avbildning (fMRI), (ii) svaret på denna stimulering kan utvärderas via framkallade potential/kraft/koherensanalyser (EEG) eller funktionella anslutningsanalyser (fMRI), och (iii) visuell flimmerstimulering vid /nära en individs inneboende alfafrekvens, känd som den "individuella alfafrekvensen" (IAF), genererar ett svar inom hjärnområden bortom occipital cortex, såsom frontala och parietalregioner och viktigast av allt, talamus, vilket tyder på en interaktion med - och en metod för att bedöma - inre alfaoscillationer.

Utredarna föreslår en samtidig EEG-fMRI-studie där unga, friska deltagare, bedövade med propofol, presenteras för ett paradigm för visuell flimmerstimulering vid/runt deltagarens IAF. Vår experimentella design inkluderar inspelningar innan deltagaren är bedövad (vakenhet före anestesi) och under tre olika anestesikoncentrationer (låg, mitten och djup). Funktionell magnetisk resonansspektroskopi kommer att förvärvas under vilotillstånd i alla tillstånd. En vakenhetsupptagning efter anestesi i viloläge utan stimulering planeras också. Detta tillvägagångssätt har flera fördelar. Till exempel gör det samtidiga förvärvet det möjligt att korrelera dynamiken i alfaoscillationer uppmätt med EEG samtidigt som man har tillgång till en helhjärnsupplösning via fMRI, inklusive subkortikala områden som thalamus. Detta är relevant för att förstå interaktionen mellan kortikala och subkortikala neurala processer som genererar alfaoscillationer.

Dessutom utnyttjar den det faktum att vår modalitet för stimulering vid IAF förbättrar inneboende alfaprocesser, som potentiellt kan bli en behandling för att minska risken för POD under anestesi. Dessutom, genom att skaffa funktionella spektroskopidata, kan utredarna upptäcka biokemiska förändringar i hjärnan under varje tillstånd. Slutligen möjliggör vår experimentella design, för det första, en kronologisk uppföljning av alfa-dynamiken under induktionen av propofolanestesi, och för det andra, genom att inhämta data efter interventionen, kommer utredarna att ha en omedelbar kontroll för att kontrastera före och efter anestesi.

För vår deltagares säkerhet kommer propofolanestesi att titreras till djupa koncentrationer utan att framkalla ett burstundertryckande tillstånd, vilket undviker intubation och stöd för konstgjord andning.

Denna studie representerar ett viktigt steg mot att förstå alfaoscillerande processer i den vakna och sövda hjärnan som är relevanta för den framtida utvecklingen av potentiella förebyggande/behandlingsalternativ för POD.