Comparison of the effect of isoflurane on high-frequency (30-200 Hz) ryythms recorded in central medial, reticular, and ventroposteromedial thalmic nuclei

Background: Thalamocortical EEG rhythms in gamma (30–80Hz) and high-gamma (80–200Hz) ranges have been linked to arousal and conscious processing. We have recently shown that isoflurane and propofol cause a concentration dependent attenuation of the power of these fast (50¬–200Hz) rhythms in the ventroposteromedial nucleus (VPM) of the thalamus. It has been proposed that general anesthetics may exert a stronger effect on the central medial thalamus (CMT) and the thalamic reticular nucleus (TRN) as the afferents to both structures are likely to be more sensitive to general anesthetics when compared to the Ventral Posteromedial Nucleus (VPM) whose afferents are either not affected (spinal) or minimally affected (cortico-thalamic recurrent projections). Recent studies have showed that the earliest correlate of propofol-induced unconsciousness in rats (loss of righting reflex) occurs in the Central Medial Thalamus (CMT) as a shift to a lower dominant frequency in the gamma (20-40 Hz) range with a concomitant increase in power. Additionally, solid motives for the study of the TRN include its pivotal role in regulation of thalamocortical function and arousal, as well as the GABAergic nature of its efferents – since potentiation of the GABA receptor is the most common molecular mechanism through which general anesthetics act. The aim of this study was to compare the effect of isoflurane on fast rhythms observed from the VPM, CMT and TRN.Methods: Local field potentials (LFPs) were recorded from the VPM, TRN and CMT in 10 chronically implanted rats to measure spectral power in the gamma/high-gamma range (30–200 Hz) range. Rats were placed in an airtight chamber and isoflurane was administered at 0.5%, 0.75%, 1.0% and 1.25%. Spectral power was assessed during baseline, at the 4 isoflurane concentrations, and during emergence and recovery. The analysis was carried out over four bands (30–50, 51–75, 76–125 and 126–200 Hz). The state of unconsciousness was defined as a sustained loss of righting reflex. Multiple linear regression was used to model the change in power (after logarithmic transformation) as a function of concentration and recording site. P values were corrected for multiple comparisons. Results: Loss of consciousness occurred at 1.0% in all animals. A significant attenuation of the gamma and high-gamma oscillations in the 51–200 Hz range was observed with no significant differences between structures under observation. There was no effect observed on the 30–50Hz range.Conclusion: There is an attenuation of gamma and high-gamma oscillations (30–80 Hz and 80–200 Hz respectively) at the level of the CMT, TRN and VPM when exposed to isoflurane and the effect is uniform across all structures under observation.Introduction: Les rythmes d'EEG thalamocorticaux dans les bandes de fréquence gamma (30-80 Hz) et haut-gamma (80-200 Hz) sont liés avec l'éveil et les processus conscients. Nous avons récemment démontré que l'isoflurane et le propofol causent une atténuation, en fonction de la concentration, de l'amplitude de ces rythmes rapides (50-200 Hz) du noyau ventropostéromédial du thalamus (VPM). Il fût proposé que les anesthésiques généraux pourraient avoir un effet important sur le thalamus centromédial (CMT) et le noyau réticulaire thalamique (TRN) puisque les structures afférents de ces dernières sont susceptibles d'être plus sensibles aux anesthésiant généraux lorsque comparés au VPM dont les structures afférentes ne sont soit pas affectées (spinales) ou minimalement affectées (projections récurrentes cortico-thalamiques). Des études récentes ont démontré que les corrélats les plus tôt de l'inconscience due au propofol chez les rats (la perte du réflexe de redressement) ont lieu dans le CMT en tant que changement vers une fréquence dominante plus basse dans la bande d'ondes gamma (20-40 Hz) avec une augmentation concomitante de puissance. De plus, les raisons centrales d'étudier le TRN incluent son rôle clé dans la régulation de la fonction thalamocorticale, dans l'éveil, ainsi que dans la nature GABAergique de ses structures efférentes puisque la potentialisation des récepteurs GABA est le mécanisme moléculaire par lequel les anesthésiants généraux font effet. Le but de cette étude est de comparer l'effet de l'isoflurane sur les rythmes rapides observés aux VPM, CMT et TRN.Méthode: Les potentiels de champs locaux (LFPs) furent enregistré aux VPM, TRN et CMT dans 10 rats chroniquement instrumentés pour mesurer la puissance spectrale dans les bandes d'ondes gamma et haut gamma (30-200 Hz). Les rats furent placés dans une chambre hermétique et de l'isoflurane leur fût administré à 0.5%, 0.75%, 1.0% et 1.25%. La puissance spectrale fût mesurée au un point de référence, aux quatre concentrations d'isoflurane et durant l'émergence et la convalescence. L'analyse fût poussée sur quatre bandes de fréquence (30-50, 51-75, 76-125 et 126-200 Hz) L'état de conscience a été défini comme étant une perte continue du réflexe de redressement. La régression linéaire multiple a été utilisé pour modéliser les changements de puissance (après une transformation logarithmique) comme étant une fonction de la concentration et du site d'enregistrement. Les valeurs P furent corrigées pour comparaisons multiples.Résultats: La perte de conscience a eu lieu à 1.0% pour tous les animaux. Une atténuation significative des oscillations dans les bandes de fréquences gamma et haut-gamma fût observée sans différence significative entre les structures observées.Conclusion: Il existe une atténuation des oscillations des bandes de fréquences gamma et haut-gamma (30-80 Hz et 80-200 Hz respectivement) au niveau du CMT, du TRN et du VPM lorsque exposé à l'isoflurane et les effets sont uniformes dans toutes les structures observées