Elektrofysiologisk mätning av skadliga-framkallat hjärnaktivitet hos nyfödda med en platt-tip sond kopplat till elektroencefalografi
Summary
Att mäta smärta hos icke-verbala patienter är en utmaning. I denna studie kombinerar vi EEG inspelning med stimulering med en platt-tip sond för att upptäcka skadliga-framkallat hjärnans aktivitet på ett objektivt sätt.
Abstract
Smärta är en obehaglig sensorisk och känslomässig upplevelse. Icke-verbala patienter är det mycket svårt att mäta smärta, även med verktyg för bedömning av smärta. Dessa verktyg är subjektiva eller bestämma sekundära fysiologiska indikatorer som också har vissa begränsningar, särskilt när du utforskar effekten av analgesi. Som kortikal behandling är nödvändig för smärtupplevelse, kan hjärnan aktiviteten åtgärder ge en användbar metod för att bedöma smärta hos spädbarn. Här presenterar vi en metod för att bedöma nociception med elektrofysiologiska hjärnan aktivitetsinspelningar optimerad för användning hos nyfödda barn. För att producera mycket standardiserad och reproducerbara skadliga stimuli tillämpat vi mekanisk stimulering med en platt-tip sond, t.ex., nålstick, som inte är hud-bryta och inte orsaka beteendemässiga nöd. Den skadliga-evoked potentialen tillåter den objektiva mätningen av nociception i icke-verbal patienter. Denna metod kan användas hos nyfödda barn så tidigt som 34 veckors gestationsålder. Dessutom skulle det kunna tillämpas i olika situationer såsom mäta effekten av bedövningsmedel eller smärtstillande läkemedel.
Introduction
Smärta är en obehaglig sensorisk och emotionell upplevelse i samband med faktiska eller potentiella vävnadsskada, eller beskrivs i termer av sådan skada1. Oförmågan att kommunicera verbalt förneka inte möjligheten att en individ upplever smärta men gör det mycket svårt att bedöma smärtstillande behandling, till exempel i nyfödda barn2. Flera beteendemässiga och fysiologiska indikatorer används för att bedöma smärta hos icke-verbala patienter. Olika skalor har utvecklats under åren, valet beror på vilken typ av stimulans, graviditetsdiabetes ålder och den miljö där nyfödda bädda3,4,5. Dessa verktyg för bedömning av smärta lita antingen på de rater tolkning eller de kräver sekundära fysiologiska indikatorer.
I denna video presenterar vi en metod för att bedöma nociception med elektrofysiologiska inspelningar optimerad för användning hos nyfödda barn. Nociception definieras som den neural processen av kodning skadliga stimuli. Således, quantitating nociception är en elegant och objektiv metod för att bestämma den neurala input i en icke-verbal person. Dessutom är kortikal aktivitet upptäcks av elektroencefalografi (EEG) korrelerad med intensiteten av skadliga händelser5,6.
Metoden presenteras här kombinerar EEG inspelning med skadliga stimuli som produceras av en mekanisk stimulering med en platt-tip sond, även kallas ett nålstick7, som inte är hud-bryta och inte orsaka beteendemässiga nöd6. Det har visat, att nociception följande punktera stimulering medieras huvudsakligen av Aδ-fibrer, gör inte behovet av en hud att bryta lesion8 och omfattningen av de nociceptiva-specifika potentiella inte beror på sova stat9. Sonden är väl accepterat även av föräldrar vid tillämpning av denna metod i en studie inställning med nyfödda. Sonden kopplas elektroniskt till EEG inspelningssystemet gör det möjligt att EEG inspelningen ska taggas just när sonden i kontakt med huden. Detta förenklar processen för tid låsning och är förutsättningen för alla efterföljande EEG analyser. För att minimera förberedelsetid för spädbarn EEG inspelningen använde vi en modifierad internationella 10/20 elektrod placering system där vi minskat antalet elektroder till minimikravet av tre elektroder (figur 1). Den centrala vertex Cz elektroden, där de skadliga-framkallat hjärnaktivitet är maximal9,10,11, användes tillsammans med en referens och en marken elektrod.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den strategi som presenteras här visar hur skadliga-framkallat hjärnans aktivitet hos nyfödda kan mätas på ett objektivt sätt med EEG inspelning och platt-tip sonden stimulatorer för att använda experimentella skadliga stimuli. Denna teknik kan användas i olika kliniska inställningar för att upptäcka nociception, e.g. i icke-verbala personer såsom nyfödda. Den kompletta studien kan göras inom 15 min, inklusive utsläppande barnet, identifiera, förbereda och montering elektroderna, och slutligen t…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill erkänna Caroline Hartley och Rebeccah Slater (Institutionen för pediatrik, University of Oxford, UK) för att kritiskt granska våra papper och Walter Magerl (Institutionen för neurofysiologi, Center av biomedicin och medicinteknik Mannheim (CBTM), universitetar av Heidelberg, Tyskland) för att stödja oss med teknisk utrustning och kunskap.
Materials
| Easycap | EASYCAP GmbH | AC-32-C | EEG caps for infants sizes 34 and 36 |
| actiCAP | Brain Products GmbH | BP-04243-SIG | active electrodes |
| ImpBox | Brain Products GmbH | impedance measurement | |
| V-Amp | Brain Products GmbH | EEG recording device | |
| Contact trigger for pinprick stimulation | MRC Systems GmbH | ||
| PinPrick stimulator set | MRC Systems GmbH | ||
| EEG prepping paste | USB Pharmacy | contains sodium chloride, pumice stone, propylene glycol | |
| SuperVisc | EASYCAP GmbH | Electrolyte-Gel for active electrodes | |
| Brain Vision Recorder | Brain Products GmbH | ||
| Brain Vision Analyzer | Brain Products GmbH | ||
| MATLAB using EEGLAB | Swartz Center for Computational Neuroscience, University of California San Diego | For EEG processing, including averaging of all EEG epochs |
References
- Bonica, J. J. The need of a taxonomy. Pain. 6 (3), 247-248 (1979).
- Duhn, L. J., Medves, J. M. A systematic integrative review of infant pain assessment tools. Adv Neonatal Care. 4 (3), 126-140 (2004).
- Witt, N., Coynor, S., Edwards, C., Bradshaw, H. A Guide to Pain Assessment and Management in the Neonate. Curr Emerg Hosp Med Rep. 4, 1-10 (2016).
- Hummel, P., van Dijk, M. Pain assessment: current status and challenges. Semin Fetal Neonatal Med. 11 (4), 237-245 (2006).
- Slater, R., Fitzgerald, M., Meek, J. Can cortical responses following noxious stimulation inform us about pain processing in neonates?. Semin Perinatol. 31 (5), 298-302 (2007).
- Hartley, C., et al. The relationship between nociceptive brain activity, spinal reflex withdrawal and behaviour in newborn infants. Sci Rep. , 31 (2015).
- Iannetti, G. D., Baumgärtner, U., Tracey, I., Treede, R. D., Magerl, W. Pinprick-evoked brain potentials: a novel tool to assess central sensitization of nociceptive pathways in humans. J Neurophysiol. 110 (5), 1107-1116 (2013).
- Ziegler, E. A., Magerl, W., Meyer, R. A., Treede, R. D. Secondary hyperalgesia to punctate mechanical stimuli. Central sensitization to A-fibre nociceptor input. Brain. 122 (Pt 12), 2245-2257 (1999).
- Slater, R., et al. Evoked potentials generated by noxious stimulation in the human infant brain. Eur J Pain. 14 (3), 321-326 (2010).
- Fabrizi, L., et al. A shift in sensory processing that enables the developing human brain to discriminate touch from pain. Curr Biol. 21 (18), 1552-1558 (2011).
- Hartley, C., et al. Nociceptive brain activity as a measure of analgesic efficacy in infants. Sci Transl Med. 9 (388), (2017).
- Keil, A., et al. Committee report: publication guidelines and recommendations for studies using electroencephalography and magnetoencephalography. Psychophysiology. 51 (1), 1-21 (2014).
- Grunau, R. V., Johnston, C. C., Craig, K. D. Neonatal facial and cry responses to invasive and non-invasive procedures. Pain. 42 (3), 295-305 (1990).
- van den Broeke, E. N., et al. Characterizing pinprick-evoked brain potentials before and after experimentally induced secondary hyperalgesia. J Neurophysiol. 114 (5), 2672-2681 (2015).
- Verriotis, M., et al. Cortical activity evoked by inoculation needle prick in infants up to one-year old. Pain. 156 (2), 222-230 (2015).
- Rolke, R., et al. Quantitative sensory testing in the German Research Network on Neuropathic Pain (DFNS): standardized protocol and reference values. Pain. 123 (3), 231-243 (2006).
- Moultrie, F., Slater, R., Hartley, C. Improving the treatment of infant pain. Curr Opin Support Palliat Care. 11 (2), 112-117 (2017).
- Hu, L., Zhang, Z. G., Mouraux, A., Iannetti, G. D. Multiple linear regression to estimate time-frequency electrophysiological responses in single trials. Neuroimage. 111, 442-453 (2015).
- Hartley, C., et al. Changing Balance of Spinal Cord Excitability and Nociceptive Brain Activity in Early Human Development. Curr Biol. 26 (15), 1998-2002 (1998).
- Evers, K. S., Wellmann, S. Arginine Vasopressin and Copeptin in Perinatology. Front Pediatr. 4 (75), (2016).
- Slater, R., et al. Oral sucrose as an analgesic drug for procedural pain in newborn infants: a randomised controlled trial. Lancet. 376 (9748), 1225-1232 (2010).
