在健康志愿者中给予气体麻醉剂氙气和一氧化二氮期间记录脑电磁活动

本实验的目的是在双向重复测量交叉设计中，表征健康受试者在接受两种气态解离剂氙气和一氧化二氮后，脑电磁活动的变化。由于实验较为复杂，大部分设备的安装工作需在受试者到达前完成，其中最重要的是在磁屏蔽室（MSR）内配置脑电图（EEG）系统。

脑电图放大器应尽可能放置在磁屏蔽室内远离受试者的位置，并需配置为使用内置电池或外置屏蔽电池盒的直流电源供电。应检查从放大器到数据记录计算机的光纤连接是否正常工作。最后，磁屏蔽室内的视频摄像机应进行设置，使其视场能够清晰地捕捉到受试者的面部和上胸部，以便麻醉医师能够清楚地监测受试者的呼吸及气道状况。

为了获得一致且可比较的数据，首先需对受试者进行访谈，以确认其是否符合研究的纳入标准。受试者应为20至40岁的健康男性，无精神或神经系统疾病，近期无药物或酒精使用史，且无呼吸系统或心血管系统疾病。受试者应在实验当天剃净胡须，并至少禁食六小时后到达实验室。

为了确保高质量的脑电图（EEG）记录，建议受试者的头发最近已用清水清洗且未使用护发素，并用刷子用力刷头皮以去除任何干燥或死亡的皮肤。佩戴与脑磁图（MEG）兼容的高密度脑电图帽，并适当使用导电凝胶。然后将头部位置指示线圈牢固地安装在脑电图帽的预设位置上。

随后将所有辅助生物电极贴附在受试者面部和身体的指定位置。为了后续分析，必须精确定位所有电极和HPI线圈的位置，同时采集眼眶、鼻梁和面颊轮廓的数字化信息，以便与结构MRI进行共配准。另外放置两个电极于颏下，用于记录静息肌张力。

眼电图（EOG）记录通过在眼睛上方和下方各放置两个电极来实现。最后，通过在左右手腕屈侧表面放置电极，构成三导联心电图（ECG）导联。随后应确认脑电图（EEG）电极的阻抗低于5千欧姆，以获得高保真度的记录。

由于实验持续时间较长，且所施用的气体具有镇静作用，因此最大限度地减少头部运动至关重要。使用记忆泡沫头枕以减少头部的侧向移动，并用黄麻固定带将身体绑紧，以尽量减少任何垂直方向的移动。随后进行闭眼静息状态以及基线听觉连续执行任务的记录。

麻醉气体的使用必须始终由麻醉科医师进行监督，这一点至关重要。除了监测患者状态外，麻醉科医师还需确保麻醉气体输送装置配置恰当，本案例中该装置专门用于氙气的输送与监测。麻醉科医师将对麻醉机进行测试，检查面罩是否佩戴舒适且无泄漏，调节气体流量，插入导管，给予止吐药物，并在受试者于磁屏蔽室内（MSR）就座后、最终采集止吐药物使用后的基线数据之前，开始使用100%氧气进行去氮化处理，随后启动气体给药方案。

此时，受试者已舒适地坐在磁屏蔽室内，完成了去氮化处理，并已给予地塞米松和昂丹司琼，以尽量降低因气体吸入可能引起的恶心或呕吐等不良反应风险。在关闭磁屏蔽室门之前，麻醉护士或其他经过适当培训的医疗专业人员将坐在受试者身旁。需最后检查确认血压袖带已连接，按钮反应盒位置舒适，足趾或手指上的脉搏血氧仪已牢固固定。

随后，该方案通过在15分钟内分步递增地给予四个等效MAC清醒水平的氙气，或三个逐步递增的氧化亚氮浓度水平，以确保血液-脑-气体达到平衡。每个浓度水平应在达到目标气体浓度后维持5分钟的稳态，并随后进行10分钟的洗脱期。在所有浓度水平期间，持续监测并电子记录氧气、二氧化碳以及氙气或氧化亚氮的浓度水平。

在每个阶段结束时，参与者都会接受简要评估，然后才能进入更高阶段。由于在最高氙气浓度阶段，受试者会出现反应能力丧失，此时气道阻塞可能迅速且意外地发生，因此需要合格人员在 MSR 内外对受试者进行密切监测和持续评估，以便立即采取所有必要措施。实验结束后，麻醉科医师将进入 MSR 并与患者进行事后说明。

然后将受试者带出磁屏蔽室（MSR），移除设备并对其进行标准的术后麻醉护理。在受试者离开之前，需确保其在亲属或朋友陪同下可安全返回家中。在接下来的24小时内，受试者需填写有关手术过程及任何后续影响的问卷。

本视频主要旨在展示在记录同步脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）数据的同时递送气体麻醉剂的方法，因此仅呈现非常基础的数据分析和代表性结果，以使观众清楚了解所记录数据应有的形态。基础结果展示了头部运动、气体浓度随时间变化过程以及听觉任务准确率的示例；经过滤波且无伪迹的EEG和MEG数据；EEG和MEG频谱及功率地形图；以及在基线状态和气体给药期间的听觉诱发电位。为获得这些基础结果，采用了一系列数据处理流程，并结合使用了多种数据分析软件平台和工具箱。

原始MEG和EEG数据分别以fif和cnt文件格式存储。使用MaxFilter软件及作者编写的脚本计算头部运动，二者均用于将头部运动从协变空间转换为笛卡尔坐标。随后计算并可视化听觉任务的准确率和反应时间，并与头部运动及气体浓度的时间序列进行时间对齐，以便在进一步处理EEG和MEG数据之前评估数据质量。

数据的时间对齐基于记录的触发时间。通常，在基线条件下头部运动最小，而在与更解离或镇静状态相关的较高气体浓度水平下，运动幅度 tends to 增大。例如，在42%氙气记录中可以观察到这一点，其中上方图显示头部运动，下方图显示气体浓度和听觉任务准确率。

请注意，反应性的丧失发生在7.5至12.5分钟之间。对于源成像而言，头部绝对移动小于五毫米被视为可接受。移动超过五毫米的数据段将被忽略。

MEG 和 EEG 数据的预处理首先需要选择坏通道。随后使用 tSSS 算法去除 MEG 记录中来自外部源的伪迹。其余处理流程则涉及使用数据分析软件平台及相关工具箱进行分析。

对 MEG 和 EEG 数据均应用带通滤波和陷波滤波，以将分析集中在感兴趣的频段。根据目视检查剔除数据中包含伪迹的时间段，同时排除存在过度头部运动变化的时段。随后可对滤波后无伪迹的 MEG 和 EEG 数据进行可视化，并用于分析麻醉诱导引起的变化。

随后对 MEG 和 EEG 数据的每个传感器计算其振幅谱，并计算所有传感器上的各频谱频带功率地形图。在不同传感器位置可视化振幅谱，有助于观察不同麻醉水平对信号频谱的影响。在不同频率波段（本例中为 alpha 波段）可视化传感器水平的功率地形图，可用来观察不同麻醉水平对脑活动空间分布模式的影响。

然后利用与听觉音调传递时间相关的触发信号，对经过滤波且无伪迹的MEG和EEG数据进行分段。通过在样本上进行时间平均，构建平均听觉诱发电位响应。对传感器水平的听觉诱发电位响应进行可视化，可表征麻醉剂对大脑反应性的影响。

特别是，初始诱发电位反应的增强以及后期诱发电位峰的消失是由高浓度气体引起的。在完成这一基础分析之后，还可进行许多其他潜在的有趣分析步骤。鉴于文献中提出了多种可选方法，本文不对其细节进行详述。

这些选项包括使用波束成形或最小范数估计进行脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）源成像，以更深入地理解脑活动与脑解剖结构之间的关系。传感器水平或源水平的功能连接分析可以揭示与麻醉作用相关的脑网络变化。此外，还可以选择将分析重点放在传感器水平或源水平的听觉诱发电位上，或分析与听觉刺激无关的连续数据，以识别麻醉引起的全脑动态变化。

麻醉剂引起意识水平下降的宏观机制目前尚不明确。文献证据强烈提示，功能连接的中断是麻醉剂导致意识水平下降的基础。尽管麻醉剂具有多种不同的分子作用靶点，并对脑电图（EEG）和脑磁图（MEG）产生不同的宏观效应，但目前仍不清楚是否存在一种在所有麻醉剂中普遍或共有的宏观机制。

本文概述了一种使用潜在的NMDA受体拮抗剂氙气和氧化亚氮进行气体麻醉的实验方案，同时记录脑磁图（MEG）和脑电图（EEG）数据。该方法将有助于研究不同气体和挥发性麻醉剂对同步记录的MEG和EEG数据的影响，从而推动寻找麻醉诱导意识降低的普遍机制。