Differential effects of propofol on gamma-band activity across cortical and thalamic sites in the rat, «in vivo»

Objective. Gamma (γ) oscillations (30-200 Hz) are intrinsic brain rhythms that are important for arousal and conscious processes. Although general anesthetics (GAs) cause concentration-dependent reductions of γ activity evoked by stimulation, their effect on spontaneously occurring γ oscillations remain largely unclear. The author investigated the concentration-dependent effects of propofol on behavior and spontaneous γ-oscillations. Methods. Adult male Long-Evans rats (n=9) were chronically implanted with electrodes in the barrel cortex and ventroposteromedial thalamus. Spontaneous γ-power was assessed over different propofol plasma-concentrations (0, 3,6,9,12 μg/ml, and recovery) and frequency ranges (30-50, 51-75, 76-125, 126-500 Hz). Behavior was scored based on rearing, ambulation and jumping (n=6).Anesthesia was defined as loss of righting reflex. Results. Anesthesia occurred at the 9μg/ml concentration. Three patterns of γ-power change were identified. The first one was an inverted-U shaped pattern found within cortical (30-75 Hz) and thalamic (30-50 Hz) recordings. The second was a plateau-drop pattern, representing no change across sub-anesthetic concentration, followed by a drop with onset of anesthesia. This occurred in the cortex (76-200 Hz) and thalamus (51-75 Hz). Finally a concentration-dependent linear decline pattern was observed in the thalamus across the 76-125 Hz and 126-200 Hz range. Increased ambulation and jumping was observed at sub-anesthetic concentrations coinciding with the inverted-U shape pattern. Conclusions. These results demonstrate that the effects of GAs effect on spontaneous γ oscillations depend on drug concentration, recording site and frequency range investigated.Objectif. Les oscillations gamma (γ) sont des rythmes cérébraux intrinsèques importants pour la vigilance et les processus conscients. Bien que les anesthésiques généraux (AG) atténuent l'activité γ provoquée par une stimulation sensorielle, l'effet des AG sur l'activité γ spontanée demeure largement inconnu. L'auteur a caractérisé les courbes concentration-réponse du propofol sur le comportement et sur les oscillations γ spontanées. Méthodes. Des rats adultes (n=9) ont eu une implantation chronique d'électrodes dans le cortex en barillet et dans le noyau ventral postéromédial du thalamus. La puissance γ spontanée a été mesurée en présence de 4 concentrations plasmatiques de propofol (3,6,9,12 μg/ml, et réveil) et sur 4 bandes de fréquence (30-50, 51-75, 76-125, 126-500 Hz). Le comportement a été évalué sur la base du cabrage, de la marche et des sauts (n=6). Resultats. La perte de conscience est survenue à la concentration de 9μg/ml. Trois profils de modification de la puissance de l'activité γ furent trouvés. Le premier profil en forme de U inversé a été observé dans le cortex (30-75 Hz) et le thalamus (30-50 Hz). Le second profil, de type plateau-chute, était caractérisé par une absence de changement pour les concentrations subanesthésiques et d'une diminution abrupte au moment de l'anesthésie. Ce profil a été observé dans le cortex (76-200 Hz) et le thalamus (51-75 Hz). Enfin, un troisième profil, représentant une diminution linéaire reliée à la concentration, a été observé dans le thalamus (76-200 Hz). Une augmentation de la marche et des sauts a été observée en présence de concentrations subanesthésiques et coïncidait avec le profil de U inversé. Conclusions. Ces résultats démontrent que les effets des AG sur γ dépendent de la concentration de l'agent anesthésique, du site d'enregistrement et de la bande de fréquence