Le traçage des signaux des ondes cérébrales peut réduire le risque de dysfonctionnement cérébral après la chirurgie

Lorsque les patients subissent une anesthésie générale, l’activité cérébrale ralentit souvent alors qu’ils plongent dans l’inconscience. Des doses élevées d’anesthésiques peuvent conduire à un état d’inconscience plus profond connu sous le nom de suppression du souffle, qui est associé à une déficience cognitive après le réveil du patient.

Une nouvelle étude du MIT, dans laquelle des chercheurs ont analysé les schémas EEG de patients sous anesthésie, révèle des signatures d’ondes cérébrales qui peuvent aider les anesthésiologistes à déterminer quand les patients entrent dans cet état d’inconscience plus profond. Cela pourrait leur permettre d’empêcher les patients de tomber dans cet état, réduisant ainsi le risque de développer un dysfonctionnement cérébral après la chirurgie.

L’un de ces modèles distincts est apparu dans les ondes alpha du cerveau (dont la fréquence varie de huit à 14 cycles par seconde). Une fois que les patients ont perdu connaissance, ces ondes ont commencé à diminuer et à diminuer. Au fur et à mesure que les patients s’enfoncent dans l’inconscience, le schéma de cette augmentation et de cette diminution d’amplitude, ou modulation d’amplitude, change continuellement.

« Si vous suivez cette modulation à mesure qu’elle devient plus profonde ou superficielle, vous disposez d’un moyen très provisoire de suivre le niveau d’inconscience sous anesthésie », déclare MIT Emery Brown, M.D., professeur de génie médical et de neurosciences computationnelles. Pour l’apprentissage et la mémoire et l’Institut d’ingénierie et des sciences médicales.

Brown est l’auteur principal de la nouvelle étude, qui paraît cette semaine dans Actes de l’Académie nationale des sciences. Les principaux auteurs de l’article sont Eli Adam Ohhyun Kwon 20, chercheur à l’Institut Picquer, et Carla Montejo, étudiante diplômée.

Mesure des ondes cérébrales

Les ondes cérébrales, qui sont générées par une activité neuronale synchronisée, oscillent à différentes fréquences selon le type de tâche que le cerveau effectue. Lorsque le cerveau est vigoureusement engagé dans une activité mentale, il produit des oscillations bêta (15-30 Hz) et gamma (plus de 30 Hz) à haute fréquence, censées aider à organiser les informations et à améliorer la communication entre les différentes régions du cerveau.

Les anesthésiques couramment utilisés tels que le propofol ont un effet significatif sur ces oscillations. Au cours d’une anesthésie causée par le propofol ou d’autres anesthésiques qui augmentent l’efficacité des récepteurs inhibiteurs GABAergiques dans le cerveau, le cerveau entre dans un état d’inconscience appelé delta alpha lent (SDA). Cet état est caractérisé par des oscillations lentes (0,1-1 Hz), delta (1-4 Hz) et alpha (8-14 Hz).

Avec de fortes doses de ces stupéfiants, le cerveau peut tomber dans un état d’inconscience plus profond. Dans cet état, connu sous le nom de suppression de souffle, les enregistrements EEG du cerveau montrent de longues périodes d’inactivité, ponctuées de courtes rafales d’oscillations de faible amplitude. Lorsque les patients entrent dans cet état, ils sont plus susceptibles de souffrir de confusion postopératoire, de délire et de perte de mémoire. Ces effets, qui peuvent durer des heures, des jours, des semaines ou des mois, sont plus fréquents chez les patients âgés.

La SDA et la suppression des impulsions produisent des schémas EEG distincts et bien étudiés. Cependant, ils ont été étudiés en tant qu’états cérébraux distincts; Ce qui se passe lors de la transition entre les deux états est moins clair. C’est cette transition que l’équipe du MIT a entrepris d’analyser dans cette étude.

Pour ce faire, les chercheurs ont étudié 10 volontaires sains et 30 patients opérés. La plupart des patients ont reçu du propofol par voie intraveineuse et les autres ont reçu du sévoflurane, un gaz anesthésique couramment utilisé. Ces deux médicaments agissent sur les récepteurs GABA dans le cerveau, ce qui réduit l’excitabilité des cellules nerveuses.

Au fur et à mesure que la dose de propofol était augmentée, les patients présentaient deux schémas distincts de modification de l’EEG. Le premier schéma est observé dans les ondes alpha, qui commencent à croître et à décliner. Au fur et à mesure que la dose était augmentée, la cire était raccourcie et la période de rétraction prolongée, jusqu’à ce que le patient atteigne un état de suppression du souffle.

« Vous pouvez voir une modulation très forte, et elle est toujours là. Et à mesure que la modulation s’approfondit, elle finit par s’aplatir, et c’est à ce moment-là que le cerveau atteint un état plus profond », explique Brown.

Lorsque la quantité de médicament a été réduite, l’amplitude des ondes alpha a recommencé à augmenter.

Les chercheurs ont également trouvé un schéma distinct dans les ondes lentes et delta observées dans les lectures EEG des patients. Les oscillations lentes et delta sont les ondes cérébrales les plus lentes, et à mesure que la quantité de médicament augmentait, la fréquence de ces ondes devenait de plus en plus lente, reflétant une diminution de l’activité cérébrale.

Trouble métabolique

Les chercheurs émettent l’hypothèse que le propofol exerce ces effets par son effet sur le métabolisme des cellules nerveuses. Le médicament est censé perturber la production de molécules d’ATP, que les cellules utilisent pour stocker l’énergie. À mesure que la production d’ATP diminue, les neurones finissent par devenir incapables de se déclencher, ce qui supprime leur déclenchement.

« Cela est cohérent avec l’observation selon laquelle la suppression des impulsions est très courante chez les patients âgés, car leur état métabolique peut être moins régulé que celui des patients plus jeunes », déclare Brown.

Brown dit que les résultats pourraient fournir aux anesthésistes un contrôle plus précis sur la perte de conscience d’un patient pendant la chirurgie. Il espère maintenant développer un algorithme qui peut émettre un avertissement qu’un patient s’approche d’un suppresseur de souffle, qui peut être affiché sur un moniteur dans la salle d’opération. Il dit que les anesthésiologistes peuvent également apprendre à prendre cette décision en recherchant ces schémas dans l’EEG d’un patient.

« L’une des raisons pour lesquelles nous sommes enthousiasmés par cela est que c’est quelque chose que vous pouvez réellement voir sur un EEG brut », déclare Brown. « Maintenant que nous avons souligné ces modèles, c’est très facile à voir. »

Les chercheurs prévoient maintenant d’explorer plus avant ce qui arrive au métabolisme cérébral pendant la transition vers la suppression des explosions, en utilisant des modèles animaux.

La recherche a été financée en partie par le Picower Institute Innovation Fund et les National Institutes of Health.