Разработана статистическая модель, характеризующая влияние кетаминовой анестезии на головной мозг

Группа исследователей из Института обучения и памяти Пикауэра Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT’s Picower Institute for Learning and Memory) и Массачусетской больницы общего профиля (Massachusetts General Hospital — MGH) разработала первую статистическую модель для точной характеристики воздействия кетаминовой анестезии на головной мозг. Эта разработка заложила основу для трех направлений: понимания того, по какому механизму кетамин индуцирует наркоз; наблюдения за бессознательным состоянием пациентов в хирургии; применения нового метода анализа активности головного мозга.

Описание новой модели опубликовано в журнале «PLOS Computational Biology». Модель основывается на измерениях физиологических мозговых ритмов 9 человек и 2 животных. Модель определяет отдельные, характерные состояния активности головного мозга, которые фиксируются во время кетаминовой анестезии, включая продолжительность каждого из них. Она также отслеживает закономерности перехода из одного состояния в другое. Таким образом, разработанная модель предоставляет анестезиологам, нейробиологам и специалистам по анализу данных информацию о том, как кетаминовая анестезия влияет на головной мозг и что будет происходить с пациентом.

Параллельно с этим лаборатория старшего автора Эмери Н. Брауна (Emery N. Brown), анестезиолога из MGH, и Эдварда Худ Таплина (Edward Hood Taplin), профессора вычислительной нейробиологии MIT, разработала статистический анализ для описания характеристик мозговой активности во время анестезии пропофолом. Однако установлено, что эффекты кетамина отличаются.

Создание модели

Исследователи из MGH зафиксировали у пациентов во время кетаминовой анестезии чередующиеся паттерны высокочастотных γ-ритмов и очень низкочастотных δ-ритмов. После этого команда Э. Брауна во главе с Инди Гарвудом (Indie Garwood) и Суришем Чакраварти (Sourish Chakravarty) приступила к проведению тщательного анализа. С. Чакраварти предположил, что разработанная статистическая модель подходит для описания систем, которые переключаются между дискретными состояниями.

Для проведения анализа И. Гарвуд и его команда собрали данные из двух основных источников. Один набор измерений был получен с помощью установленных на лбу электроэнцефалографических датчиков у 9 пациентов хирургического профиля, которые добровольно согласились пройти анестезию, индуцированную кетамином, в течение определенного периода времени, прежде чем перенести оперативное вмешательство с дополнительными анестезирующими препаратами. Другой набор измерений был получен с помощью электродов, имплантированных в лобную кору 2 животных в лаборатории Эрла Миллера (Earl Miller), профессора нейробиологии Пикауэра в MIT. Анализ полученных данных позволил охватить и охарактеризовать ранее наблюдаемые смены γ- и δ-ритмов, а также промежуточных состояний, в которых наблюдаются различные варианты интерференции ритмов.

Важно отметить, как различные состояния сменяют друг друга в характерном порядке, и определить, как долго длится каждое из них. Таким образом, анестезиологи, контролирующие ритмы у пациента, могут использовать полученные данные, чтобы убедиться, что состояния головного мозга чередуются должным образом, или внести коррективы, если это не так.

Характеристика паттернов состояний головного мозга и их смены также поможет нейробиологам лучше понять механизмы действия кетамина в головном мозге. По мере того как исследователи создают вычислительные модели основных структур головного мозга и прогнозируют их реакции на лекарственные средства, возникают новые условия и ограничения для исследований. Например, для того, чтобы модель была достоверной, она должна воспроизводить не только чередующиеся γ-состояния и состояния медленного ритма, но и варианты интерференции ритмов. Она должна воспроизводить каждое состояние в течение надлежащего периода и обеспечивать переходы между ними в правильном порядке.

Разработанная модель позволяет получить количественное описание нейронной активности в различных фазах наркоза.

Новые идеи

По мере изучения механизмов индукции наркоза кетамином исследователи получают новую дополнительную информацию. Например установлено: в то время как пропофол индуцирует преобладание в мозговой активности сверхнизкочастотных ритмов, кетамин индуцирует периоды высокой интенсивности в высокочастотных ритмах.

Помимо рассмотрения этой гипотезы, команда изучает несколько новых проектов, включая количественное описание отдельных эффектов кетамина на другие области головного мозга по мере индукции наркоза и в процессе пробуждения от анестезии.

Авторы добавили, что при разработке систем, которые могут контролировать бессознательное состояние во время кетаминовой анестезии в клинических условиях, необходимо создание версий, которые могут работать в режиме реального времени. В настоящий момент система может применяться только к данным post-hoc.

По материалам www.news-medical.net/news