一种新的方式来监控诱导昏迷

因创伤性脑损伤,患者通常被放置在一个昏迷给大脑的时间愈合,让危险的肿胀消失。这些昏迷与麻醉药物诱导,可以持续好几天。在此期间,护士必须密切监测病人,以确保在正确的镇静水平——他们的大脑是一个过程,麻省理工学院的金刚砂布朗描述为“完全效率低下。”

“有人不断地回来,检查病人,这样你就可以保持大脑处于固定状态。为什么不建立一个控制器来做呢?布朗说:“爱德华罩近代医学工程教授在麻省理工学院的医学工程和科学研究所,同时也是麻醉师在马萨诸塞州总医院(MGH)和麻省理工学院教授健康科学和技术。

布朗和他的同事们在MGH已经开发了一个计算机系统,可以追踪病人的大脑活动,并自动调整药物剂量来维护正确的状态。他们已经测试了系统,它还可以帮助病人患有严重的癫痫发作,老鼠和正在计划开始人体试验。

Maryam Shanechi,前麻省理工学院研究生现在是康奈尔大学的助理教授,论文的主要作者描述计算机系统在XXX的《PLoS计算生物学》杂志上。

跟踪大脑
布朗和他的同事们曾分析产生的脑电波活动的大脑在不同的州。每个州——醒了,睡着了,镇静麻醉等等,有一个独特的脑电图(EEG)模式。

当病人在医药引起的昏迷,大脑是安静了几秒钟,被短时间的活动。这种模式,即抑制,让大脑保存生命力时期的创伤。

作为诱导病人进入昏迷,医生或护士控制注入麻醉药物试图瞄准特定数量的“每个屏幕破裂”作为脑电图监测流模式。这种模式必须保持几个小时或几天。

“如果有时间,试图构建一个自动驾驶仪,这是最完美的时间,”布朗说,他是麻省理工学院大脑与认知科学系的教授。“想象一下,你要飞了两天,我要给你一个非常具体的课程保持在很长一段时间,但我还是希望你保持你的手在坚持这架飞机。就不会有意义。”

实现自动化控制,布朗和他的同事们构建了一个脑机接口,直接脑和外部设备之间的通信路径,通常协助人类认知,感觉和运动功能。在这种情况下,设备——一个脑电图系统,输注泵、一台电脑和一个控制算法——使用麻醉药物异丙酚维持大脑在目标水平的抑制。

系统是一个反馈循环,调整药物剂量实时基于脑电图burst-suppression模式。控制算法对老鼠的脑电图,计算有多少药物在大脑中,并调整量的异丙酚注入到动物激动人心。

控制器可以增加深度昏迷几乎瞬间,这将是一个人类无法做准确。系统也可以被编程为病人定期的昏迷状态所以医生可以进行神经系统测试,布朗说。

这种类型的系统可能需要病人护理的猜测,说悉尼现金,哈佛医学院的神经病学副教授。

“我们做的很多事情在医学正在猜测什么最好的病人在任何给定的时间,“现金,说他并没有研究团队的一部分。“这种方法引入了一个方法,医生和护士不需要猜,但可以依靠电脑来找出——更详细地和高效率的方式——药物给多少。”

监测麻醉
布朗相信,这种方法可以很容易地扩展到其他大脑控制,包括全身麻醉,因为大脑活动的每一层都有自己的独特的脑电图特征。

“如果你能实时定量分析每个州的签名,你有一些概念的药物穿过大脑生成这些州,然后你就可以建立一个控制器,”他说。

目前没有设备通过美国食品和药物管理局(FDA)控制全身麻醉或引起的昏迷,但有一个装置可以在欧洲和南美,基于一个算法使用病人的脑电图来计算一个指数在100点范围内。然而,系统内保持病人的大脑活动非常广泛,不允许精确控制,布朗说。

麻省理工学院和MGH研究者现在准备申请FDA测试控制器在人类身上。

这项研究是由美国国立卫生研究院资助通过先锋奖和变革性研究奖。