异丙酚麻醉诱导期间的 EEG-fMRI 实验
在异丙酚麻醉诱导期间对健康人进行同步 EEG-fMRI 研究，以研究 Alpha 频率下丘脑皮质功能连接的动态
研究概览
详细说明
本研究旨在调查异丙酚全身麻醉诱导过程中健康的皮质和皮质下神经过程，这与老年人手术干预后术后谵妄（一种常见的认知障碍）具有临床相关性。
可以用脑电图测量阿尔法频段（~8-13Hz）内的内在神经振荡，显示闭眼清醒静息状态下枕骨电极的最高功率（即振幅）。 在全身麻醉下，尤其是使用异丙酚时，枕叶皮质中的这些振荡的强度会降低，但额叶皮质中的振荡强度会增加。 尽管阿尔法振荡产生的确切机制及其在麻醉下的动力学尚不完全清楚，但有人认为丘脑可能是调节整个大脑阿尔法波段功率变化的关键角色。
术后谵妄（POD）是手术干预后的一种并发症，其特征是意识、注意力和觉醒的急性损害，并伴有波动性的演变。 这种情况主要发生在老年患者中，尤其是患有神经认知障碍、神经退行性疾病以及正在接受复杂或紧急手术的患者。 尽管这种疾病给患者和卫生系统带来了功能和经济负担，例如，它增加了住院时间和死亡风险，但治疗选择和风险管理策略仍然有限。 我们之前的几项研究和其他小组的研究强调了 α 振荡与 POD 相关临床结果之间的联系。 例如，低额叶阿尔法功率（无论是在维持麻醉期间还是从全身麻醉苏醒期间）都与较高的 POD 风险相关。 额叶 α 功率低也与术前神经认知障碍有关，这是 POD 的一个众所周知的危险因素。 这种关联的生化性质仍然未知。有人提出胆碱能系统作为介质的作用。
因此，更好地了解 α 振荡产生的机制及其在全身麻醉下的动力学可能为 POD 的诊断和治疗选择打开新的大门。
根据我们过去在健康受试者中应用阿尔法频率视觉刺激的脑电图-功能磁共振成像实验，研究人员表明，（i）使用特定频率有节奏的闪烁光进行视觉刺激会在枕叶中引起可靠的反应，这可以通过脑电图和功能磁共振成像（fMRI）进行测量，（ii）可以通过诱发电位/功率/相干性分析（EEG）或功能连接分析（fMRI）来评估对这种刺激的反应，以及（iii）视觉闪烁刺激/接近受试者的内在阿尔法频率，称为“个体阿尔法频率”（IAF），会在枕叶皮层以外的大脑区域内产生反应，例如额叶和顶叶区域，最重要的是丘脑，表明与 -以及一种评估方法 - 内在阿尔法振荡。
研究人员提出了一项同步脑电图-功能磁共振成像研究，其中年轻、健康的参与者在异丙酚麻醉下，在参与者的 IAF 处/周围接受视觉闪烁刺激范例。 我们的实验设计包括参与者麻醉前（麻醉前清醒）和三种不同麻醉浓度（低、中和深）期间的记录。 功能磁共振波谱将在所有状态的静息状态下获得。 还计划在没有刺激的静息状态下进行麻醉后清醒记录。 这种方法有几个优点。 例如，同步采集使得可以将脑电图测量的阿尔法振荡的动态关联起来，同时通过功能磁共振成像获得全脑分辨率，包括丘脑等皮层下区域。 这与理解产生阿尔法振荡的皮质和皮质下神经过程之间的相互作用有关。
此外，它利用了这样一个事实，即我们对 IAF 的刺激方式增强了内在的 α 过程，这有可能成为降低麻醉下 POD 风险的治疗方法。 此外，通过获取功能光谱数据，研究人员可以检测每种状态下大脑的生化变化。 最后，我们的实验设计首先能够在异丙酚麻醉诱导期间按时间顺序跟踪α动力学，其次，通过在干预后获取数据，研究人员将能够立即控制麻醉前后的对比。
为了我们参与者的安全，异丙酚麻醉将滴定至深浓度，而不会引起爆发抑制状态，避免插管和人工呼吸支持。
这项研究代表了了解清醒和麻醉大脑中 α 振荡过程的重要一步，这与 POD 潜在预防/治疗方案的未来开发相关。
研究类型
注册 (估计的)
阶段
- 不适用
联系人和位置
学习地点
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Bavaria
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Munich、Bavaria、德国、81675
- 招聘中
- Klinikum rechts der Isar - Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin
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接触：
- Central contact Anesthesiology and Intensive Care Medicine
- 电话号码：+49 89 4140 4291
- 邮箱：AINS@mri.tum.de
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München (Stadt)
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München、München (Stadt)、德国、80686
- 招聘中
- Technische Universität München
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接触：
- Juliana Zimmermann, MD. Ph.D.
- 电话号码：+49 89 4140 8681
- 邮箱：juliana.zimmermann@tum.de
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首席研究员：
- Gerhard Schneider, Prof. Dr. med.
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首席研究员：
- Afra Wohlschläger, PhD
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首席研究员：
- Juliana Zimmermann, MD. Ph.D.
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首席研究员：
- Rachel Nuttall, Ph.D.
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首席研究员：
- Svenja Letz, Dr. med.
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参与标准
资格标准
适合学习的年龄
- 成人
接受健康志愿者
描述
纳入标准：
- 女性和男性健康个体（ASA I：根据美国麻醉医师协会身体状况分类系统评估为非急性或慢性疾病）、未怀孕、不吸烟、不吸毒、不饮酒或饮酒量极少使用。
- 年龄：18至35岁
- 给予同意的能力
- 详细信息后书面同意。
排除标准：
- 不符合所有纳入标准的个人
- 以前做过脑部手术
- 癫痫发作史
- 精神或神经系统疾病史
- 美国麻醉医师协会身体状况 I 以外的身体状况，例如，存在严重的内部或全身疾病
- 长期服用药物或药物（酒精、大麻、可卡因、阿片类药物、苯二氮卓类药物等）
- 听力受损或出现耳聋
- 德语不流利
- 已知的恶性高热倾向
- 既往诊断为肝卟啉症
- 体重指数大于30 kg/m2
- 具有胃食管反流倾向的胃肠道疾病
- 已知或疑似困难气道
- 已知对丙泊酚或任何丙泊酚注射乳剂成分（即鸡蛋、蛋制品、大豆或豆制品）过敏
- 特应性/严重过敏/哮喘
- 心脏异常：尖端扭转型室速、QT 间期延长、自出生以来就存在 QT 变化。
- MRI 禁忌症（例如起搏器、人造心脏瓣膜、心密封、动脉瘤夹、植入磁性金属部件（螺钉、手术板）、人工耳蜗、金属分裂器/手榴弹碎片、针灸针、胰岛素泵、无法移除的穿孔、 ETC）
- 怀孕
- 患有幽闭恐惧症的受试者
学习计划
研究是如何设计的？
设计细节
- 主要用途：基础科学
- 分配：不适用
- 介入模型：单组作业
- 屏蔽：无（打开标签）
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
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实验性的：健康控制
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使用催眠药异丙酚进行静脉内诱导麻醉。
该药物在日常临床实践中定期用于进行全身麻醉，预期浓度在通常的临床剂量范围内。
异丙酚将通过靶控输注 (TCI) 进行应用，使用 TCI 设置为 Schnider 描述的效果模式的灌注器（Schnider 等人，2016）。
从低浓度开始，效应部位浓度将逐步增加，以达到通过改良观察者警觉性和镇静评估 (MOAA/S) 量表测量的镇静目标水平。
我们的目标是三种不同的镇静水平：低（MOAA/S=5-4）、中（MOAA/S=3-2）和高（MOAA/S=1）。
参与者将在不同的镇静水平（包括麻醉前和麻醉后的清醒状态）期间接受闪烁光的视觉刺激。
在任何情况下都将闭着眼睛进行刺激。
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研究衡量的是什么？
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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与所有条件下的侧翼相比，内在α频率的视觉刺激将与脑电图的同步变化相关（即麻醉前的清醒和低、中、高浓度的异丙酚镇静。
大体时间：12个月
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在静息闭眼基线记录期间和不同丙泊酚镇静水平期间进行丙泊酚镇静给药之前，研究人员期望看到与对照侧翼频率相比，在基线内在α频率下基于脑电图对视觉闪烁刺激的振荡反应的变化。
这些变化意味着内在阿尔法振荡和闪烁刺激之间的相互作用。
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12个月
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与侧翼频率相比，内在阿尔法频率的视觉刺激将引起清醒期间以及不同丙泊酚镇静水平期间丘脑和皮质之间功能连接的变化。
大体时间：12个月
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在静息基线条件下（即在使用异丙酚镇静剂之前），研究人员预计枕顶叶区域和丘脑之间的功能连接以及枕顶叶区域以及丘脑和额叶脑区域之间的连接会发生变化。
随着异丙酚镇静作用的增加，研究人员预计这种与内在α频率闪烁与侧翼频率的连接的选择性变化将会减少。
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12个月
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丘脑皮质连接的变化介导内在α频率引发的跨模式同步性变化（脑电图和功能磁共振成像）
大体时间：12个月
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EEG 和 fMRI 的同步分析：在静息基线条件下（即，在给予异丙酚镇静剂之前），研究人员预计基于 α 振荡的想象相干性的相位耦合将与来自 fMRI 的功能连接共变，以实现刺激重复过程中的内在 α 频率闪烁。
研究人员预计跨模式共变连接的支持大脑区域将以丘脑为中心。
随着丙泊酚镇静作用的增加（通过 MOAAS 测量的丙泊酚水平从低、中到高），研究人员预计内在 α 频率闪烁频率的连接测量的跨模态协变会发生变化。
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12个月
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枕叶皮质中的胆碱浓度会随着异丙酚镇静作用而改变
大体时间：12个月
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研究人员预计枕叶皮质中的胆碱浓度会随着异丙酚镇静浓度的增加而变化。
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12个月
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内在α频率引起的跨模式（脑电图和功能磁共振成像）的同步性与胆碱浓度的变化相关
大体时间：12个月
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衍生测量的整合：研究人员预计脑电图α振荡的相位耦合以及丘脑皮质功能连接的变化响应内在α频率的视觉闪烁刺激，与枕叶皮质中光谱测量的胆碱浓度的变化相关。
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12个月
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不同丙泊酚镇静水平下脑电图非周期性成分的同时变化：脑电图非周期性活动是唤醒的潜在标志
大体时间：12个月
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研究人员假设，非周期性 1/f 分布的斜率将随着受试者异丙酚镇静水平的增加而变化。
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12个月
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次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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异丙酚镇静改变了整体灰质 fMRI 血氧水平依赖性 (BOLD) 和脑脊液血流信号之间的相关性。
大体时间：12个月
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大约十年前，人们提出了一种解释大脑如何清除废物的新机制（Iliff 等，2012）。
这被称为“类淋巴假说”，它包括通过整个大脑的脑脊液（CSF 流）的连续循环促进废物从脑实质运输到外周（Habilitz & Nedergaad 2021）。
脑脊液持续流动的驱动机制之一是整体大脑活动。
研究人员旨在研究异丙酚麻醉对静息态 fMRI 测量得出的整体灰质 BOLD 和脑脊液流信号之间相关性的影响。
这个想法来自最近的高影响力出版物，首先表明，在深度睡眠期间，这两个信号高度耦合（Fultz 等人，2019），其次，这种耦合在阿尔茨海默病等神经精神疾病期间减少（Han 等人）等，2021）。
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12个月
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合作者和调查者
出版物和有用的链接
一般刊物
- Iliff JJ, Wang M, Liao Y, Plogg BA, Peng W, Gundersen GA, Benveniste H, Vates GE, Deane R, Goldman SA, Nagelhus EA, Nedergaard M. A paravascular pathway facilitates CSF flow through the brain parenchyma and the clearance of interstitial solutes, including amyloid beta. Sci Transl Med. 2012 Aug 15;4(147):147ra111. doi: 10.1126/scitranslmed.3003748.
- Hablitz LM, Nedergaard M. The Glymphatic System: A Novel Component of Fundamental Neurobiology. J Neurosci. 2021 Sep 15;41(37):7698-7711. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0619-21.2021.
- Fultz NE, Bonmassar G, Setsompop K, Stickgold RA, Rosen BR, Polimeni JR, Lewis LD. Coupled electrophysiological, hemodynamic, and cerebrospinal fluid oscillations in human sleep. Science. 2019 Nov 1;366(6465):628-631. doi: 10.1126/science.aax5440.
- Han F, Chen J, Belkin-Rosen A, Gu Y, Luo L, Buxton OM, Liu X; Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative. Reduced coupling between cerebrospinal fluid flow and global brain activity is linked to Alzheimer disease-related pathology. PLoS Biol. 2021 Jun 1;19(6):e3001233. doi: 10.1371/journal.pbio.3001233. eCollection 2021 Jun.
研究记录日期
研究主要日期
学习开始 (实际的)
初级完成 (估计的)
研究完成 (估计的)
研究注册日期
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