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.2012;7（9）：e44634。
doi:10.1371/journal.pone.0044634。 Epub 2012年9月19日。

麻醉期间皮层-心脏-呼吸网络的相互作用

尤里·夏盖 1, 穆克什·达马拉, 大岛久美子, 马丁·哈斯勒
附属公司

麻醉期间皮层-心脏-呼吸网络的相互作用

尤里·肖盖等。 公共科学图书馆一号. 2012.

摘要

在医疗和外科手术过程中使用全身麻醉药可可逆地诱导患者处于完全无意识状态。在这里，我们从动态网络的角度，通过将非参数频谱技术应用于麻醉大鼠在氯胺酮-噻嗪（KX）和戊巴比妥（PB）两种药物下记录的皮层脑电图、心电图和呼吸信号，来研究麻醉期间皮层和心血管系统的行为。我们发现，低频皮质-心脏-呼吸网络相互作用的模式可能会随着所用麻醉剂的不同而在不同麻醉深度的网络活动强度和网络链接数量上发生显著变化。

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利益冲突声明

竞争利益：提交人声明，不存在相互竞争的利益。

数字

图1
图1。根据模拟的随机和确定性过程计算的方向性度量。
顶部面板显示驾驶时间序列示例公式图像和驱动公式图像变量。作为公式图像更改自公式图像耦合系统从纯随机变为随机加确定性。中间面板显示，非参数Granger因果关系正确地捕获了潜在的振荡驱动方向公式图像到公式图像在公式图像耦合强度，公式图像格兰杰因果关系公式图像到公式图像仍接近于零。左下面板显示了一定程度的相位同步(公式图像)在两个进程之间(公式图像和公式图像)以及从时域格兰杰因果关系导出的相对耦合（方向性度量）(公式图像)以及基于相位的技术(公式图像). 在这里，公式图像的是各个阶段公式图像是一个平均值。相对联轴器的正值(公式图像，公式图像)意味着来自公式图像到公式图像比另一方面更大。这里，我们计算同步指数，公式图像和公式图像在不同的公式图像，并发现GC可以从耦合的随机和确定性系统中不折不扣地确定耦合方向，而基于相位的技术往往无法做到这一点。右侧，我们在公式图像发现当耦合增强时，基于相位的技术往往无法确定正确的方向。
图2
图2。根据样本实验数据计算出的方向测量值。
这里显示了根据KX组一只大鼠的数据计算的功率、相干性、基于相位的方向性和基于GC的方向性。大脑（B）、心脏（C）和呼吸（R）功率谱的时间演变如图的第一列所示。相干谱、相位方向性和基于GC的方向性的时间演变如图的右栏所示。垂直虚线表示从深度麻醉到轻度麻醉的过渡时间，由中报告的几个参数进行评估。方向性图中的水平虚线表示麻醉深度阶段的平均值。两个样本t检验表明，在等时间间隔内，转换前后的方向性平均值显著不同(公式图像). 呼吸频率周围基于GC的方向性(公式图像Hz）在过渡时间前后上升到3个标准偏差以上，而基于相位的方向性在稍后会这样做。
图3
图3。KX族的代表性光谱。
第一列功率、第二列相干性、第三列和第四列成对GC，其中C、R和B分别表示心脏活动、呼吸和大脑。白色垂直线表示从深度麻醉到轻度麻醉的过渡，由中报告的几个参数进行评估。
图4
图4。PB基团的代表性光谱。
第一列显示功率，第二列显示连贯性，第三列和第四列成对GC。
图5
图5。KX团队的力量、一致性和GC。
这里显示了KX组10只大鼠在过渡时间前后的平均功率、一致性和GC的汇总直方图。x轴是大鼠数量，y轴是与y标签相对应的值。符号“公式图像“在y标签中表示心脏，”公式图像“呼吸和”公式图像“大脑”。括号中的符号表示计算平均值的频率。例如，公式图像指的时间平均值公式图像沿心率计算（约4 Hz）。B在这里是指公式图像-频率范围。蓝条表示过渡前的时间平均值（深阶段），红条表示过渡后的时间平均值（浅阶段）。水平黑线是通过排列测试计算的阈值。直方图中的数字是所有大鼠的时间平均值及其平均误差（深层-上层和浅层-下层）的平均值。如果时间平均值的分布显著不同，则在其旁边加上*号(公式图像)在深部和浅部阶段之间。
图6
图6。PB组的力量、连贯性和GC。
这里显示了10只PB组大鼠过渡时间前后的平均功率、一致性和GC的总直方图。与KX组直方图的描述相同。请注意，由于公式图像-仅在浅层存在振荡。
图7
图7。双变量和条件格兰杰因果关系。
A： 根据KX组一只大鼠的呼吸情况，将GC从大脑到心脏活动和B:GC从大脑至心脏活动配对。A中的显著因果关系在B中消失，这意味着从大脑到心脏活动的因果关系可能是由麻醉深度阶段的呼吸介导的。
图8
图8。总结两组深麻醉和轻麻醉阶段的因果影响。
如果至少有一个受试者的平均时间GC显著高于阈值，则会标记一个箭头。箭头的宽度与所有大鼠的时间平均GC平均值的大小成正比，如图5和图6所示。红色箭头表示GC在两个不同麻醉阶段之间发生显著变化。
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引用人

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工具书类

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出版物类型

赠款和资金

这项研究得到了FP6 NEST（第六框架计划-新科技和新兴科技）的支持，该项目是针对ICLANOS团队的BRACCIA（麻醉中的脑、呼吸和心脏因果关系）科学项目。作者MD还想感谢国家基金会职业奖（BCS 0955037）。资助者在研究设计、数据收集和分析、决定出版或编写手稿方面没有任何作用。