Это ваш мозг под наркозом / Хабр

Ученым впервые удалось изучить, как ведут себя нейроны мозга в бессознательном состоянии

Когда вы бодрствуете, ваши нейроны «разговаривают» друг с другом при помощи электрических сигналов. Частота этих сигналов одинакова. Одна группа нейронов может работать синхронно на частоте 10 Гц, другая — на частоте 30 Гц. Когда вы находитесь под наркозом, вся эта система теряет свою сложность и генерирует своего рода равномерный низкочастотный «гул».

Мониторинг процесса наркоза может сделать хирургию более безопасной, но большинство анестезиологов не используют ЭЭГ. Эмери Браун — профессор нейробиологии в Массачусетском технологическом институте, а также процессор анестезии в Гарвардской медицинской школе. Он же — практикующий анестезиолог, и его беспокоит отсутствие контроля за работой мозга во время наркоза. «Большинство анестезиологов не думают об этом с точки зрения нейробиологии», — говорит он. Браун в течение десяти лет изучает, что происходит с мозгом, когда его «хозяин» находится без сознания. Зачем? Для получения данных о том, как работают разные анестетики, а также о том, что происходит с нейронами. Желание профессора — получить столько информации, чтобы можно было сказать о мозге под наркозом: «Вот, что здесь происходит. Это не черный ящик».

«Как только вы поймете, как читать паттерны, поймете нейрофизиологические процессы, которые стоят за ними, вы сможете оптимально дозировать лекарства», — говорит Браун.

В исследовании, опубликованном в апреле в онлайн-издании eLife, команда профессора описала использование электродов для изучения нейронов, которые находятся глубоко в мозге обезьян под наркозом. Эта работа впервые показала, как отдельные нейроны в разных областях мозга реагируют на седативные препараты: их активность снижается на 90-95%. Более того, изучая работу нейронов в разных «режимах» деятельности мозга, команда лучше стала понимать, как сознание исчезает под действием наркоза, и как оно проявляется снова.

Любая мысль, которая появляется в вашем мозге, в буквальном смысле проходит через него. Это происходит за счет цепочек из миллионов нейронов, которые связываются друг с другом. «Мозг — отличная ритм-машина», — говорит Эрл К. Миллер, профессор нейробиологии из MIT. Профессор работал вместе с Брауном в ходе реализации описываемого исследования. «Мысль запускает работу нейронов на всех частотах, от 1 Гц до 100 Гц и более», — говорит он. ЭЭГ, то есть энцефалограмма, показывает перекрестную связь нейронов, коллективно запускающих волны электрических сигналов в самых разных областях мозга, включая его кору, которая обычно рассматривается как центр управления.

В ходе этого процесса, «диалога» между нейронами и проявляется сознание. «Зрительные образы, звуки, ощущения — все это единое целое, благодаря чему мы получаем единый опыт того, что мы делаем, как чувствуем, о чем думаем в определенный момент», — говорит Миллер. Это, по его словам, и является сознанием. Точный процесс того, как активность нейронов приводит к индивидуальным восприятию и мышлению, пока до конца не изучен. Но один из методов изучения — наблюдать, что происходит с нейронами, когда они «выключаются».

Наркоз отключает нейроны. Пропофол, распространенный анестетик, который использовался в исследовании, взаимодействует с белками, которые называются рецепторами ГАМК. В итоге клетки почти теряют возможность обмениваться электрическими сигналами.

На ранних стадиях исследованиях ученые изучали мозг грызунов и ЭЭГ людей. Оказалось, что пропофол нарушает нейронные связи в коре головного мозга. Но этого авторам проекта было недостаточно. Браун и Миллер решили вести мониторинг активности разных областей мозга, включая «отключение» сознания и «включение». Для этого стали использовать имплантированные электроды, чтобы понять, как отдельные нейроны меняют свою активность. В новом исследовании ученые имплантировали 64-канальные микроэлектроды четырем макакам-резус. Их установили в трех областях коры и таламусе. Первые три области — лобная, височная и теменная. Они связаны с мышлением, слухом и осязанием.

После того, как электроды были установлены, ученые ввели макакам пропофол, а затем наблюдали, как те засыпают под воздействием наркоза. Активность нейронов снизилась примерно в 10 раз. Если большинство нейронов до этого передавали сигналы с частотой 10 Гц, то после наркоза частота снизилась до 1 Гц. Такая ситуация наблюдалась практически во всех точках.

По словам ученых, в период активности (включая сон) мозговые волны гораздо более хаотичны, чем во время наркоза. В пассивном состоянии деятельность нейронов можно сравнить с равномерным «гулом», как если бы в большой столовой, полной детей, они прекратили общаться в группах и стали бы просто однообразно бормотать. Один из исследователей сравнил пропофол еще и с кувалдой, которая «вырубает мозг, переводя его в низкочастотный режим».

Выше говорилось о трех областях мозга. Что касается таламуса, четвертой области, куда были введены электроды, то Миллер и Браун считали, что он особенно важен в плане восстановления сознания. Согласно одной из теорий, он синхронизирует различные ритмы коры головного мозга. Если таламус не работает или работает неправильно, мозг «рассинхронизируется» и связных мыслей уже нет. Ученые решили искусственно простимулировать таламус во время наркоза макак, чтобы проверить, вернутся ли признаки сознательной активности.

Началась вторая серия экспериментов. Таламус стимулировали при помощи слабых электрических сигналов, сравнимых с тем, что люди получают при лечении болезни Паркинсона с помощью глубокой стимуляции мозга. Это безболезненно. Сразу же после начала стимуляции обезьяны стали моргать. Их сердцебиение участилось, а конечности — задвигались. Нейроны в некоторых частях мозга повысили активность работы с 1 до 3 импульсов в секунду. В целом, это состояние было близким к состоянию, когда животные находились в сознании, хотя они все еще находились под действием сильного анестетика. После прекращения стимуляции активность исчезла — правда, не сразу, а через несколько минут. Ученые заключили, что им удалось частично восстановить сознание животных.

В целом, Миллер и Браун ставят своей целью не изучение сознания и его нюансов. Их задача более проста — сделать анестезию более безопасной, позволив анестезиологам, которые используют ЭЭГ, более точно контролировать дозировку лекарств для пациентов. Возможно, в будущем удастся применять электрическую стимуляцию таламуса для активизации сознания людей во время операций — для пациентов с серьезными травмами мозга или впавшими в кому.

Миллер также надеется, что результаты исследования помогут раскрыть одну из самых больших загадок нейробиологии: как наш мозг и сложные взаимодействия между нейронами позволяют обрести сознание.

Ученые доказали, что люди сохраняют сознание при полной анестезии

https://sn.ria.ru/20180704/1523932082.html

Ученые доказали, что люди сохраняют сознание при полной анестезии

Ученые доказали, что люди сохраняют сознание при полной анестезии — РИА Новости, 04. 07.2018

Ученые доказали, что люди сохраняют сознание при полной анестезии

Полная анестезия не отключает сознание человека полностью — он продолжает реагировать на события в окружающем его мире, хотя и не осознает этого, заявляют врачи РИА Новости, 04.07.2018

2018-07-04T15:25

2018-07-04T15:25

2018-07-04T17:40

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1523932082.jpg?15069052931530715232

финляндия

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2018

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://sn. ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

открытия — риа наука, здоровье, финляндия

Открытия — РИА Наука, Наука, Здоровье, Финляндия

МОСКВА, 4 июл — РИА Новости. Полная анестезия не отключает сознание человека полностью — он продолжает реагировать на события в окружающем его мире, хотя и не осознает этого, заявляют врачи в статье, опубликованной в журнале Anesthesiology.

16 апреля 2012, 23:15

Анестезия нарушает восприятие времени, «сдвигая» биоритмыНарушения сна, синдром смены часовых поясов и другие «временные» нарушения, возникающие после общего наркоза во время хирургических операций, являются следствием того, что анестезия «сдвигает» циркадные ритмы и тем самым нарушает восприятие времени, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Похоже, что анестезия больше похожа на обычный сон, чем на полное отключение сознания. Как и во время глубокого сна, наш мозг может «видеть» сны, воспринимать информацию и распознавать внешние стимулы на уровне подсознания», — рассказывает Антти Ревонсу (Antti Revonsuo) из Университета Турку (Финляндия).

С момента появления первых анестетических препаратов, погружающих человека в бессознательное состояние и мешающих ему чувствовать боль, ученые спорят о том, как именно они работают. Часть медиков считают, что они просто погружают пациентов в состояние глубокого сна, которое, в принципе, не отличается от его природного аналога.

Другие врачи не согласны с подобной интерпретацией, они ссылаются на эксперименты и наблюдения последних лет, указывающие на то, что общая анестезия останавливает внутренние биочасы человека и повышает шансы на развитие слабоумия и болезни Альцгеймера у пожилых пациентов. Все это, как они считают, говорит о том, что подобные препараты погружают человека в совершенно иное состояние, аналогов которого в природе нет.

Ревонсу и его коллеги доказали, что сторонники первой идеи ближе к истине, проведя крайне необычный эксперимент среди студентов их университета. Набрав полсотни добровольцев, ученые предложили им принять большие дозы двух анестетиков — дексмедетомидина и пропофола, используемых сегодня при проведении хирургических операций.

23 марта 2010, 17:30

Ученые «отключили» страх у золотых рыбок местной анестезиейЗолотые рыбки, которых приучили бояться вспышки света, не реагируют на нее после укола лидокаина в мозжечок, сообщают японские ученые в статье, опубликованной во вторник в журнале Behavioral and Brain Functions.

Когда все участники эксперимента «отключились», врачи с помощью электроэнцефалографа начали наблюдать за тем, менялась ли работа их мозга в тот момент, когда из соседних динамиков начинали раздаваться различные приятные и неприятные звуки, в том числе осмысленные фразы на финском языке.

Часть звучащих предложений была изменена таким образом, что они становились абсурдными. К примеру, диктор торжественно заявлял, что «ночное небо было заполнено сияющими помидорами». Наблюдая за реакцией мозга их подопечных на подобные фразы во время анестезии и после пробуждения, ученые пытались понять, насколько сильно он отключился от восприятия действительности.

Как оказалось, анестезия лишила участников эксперимента способности отличать реальность от абсурда — они реагировали на разные предложения одинаковым образом. С другой стороны, сам факт того, что они распознавали звуки речи, хотя и не помнили впоследствии, что именно говорил диктор, свидетельствует о том, что препараты не отключают сознание на все сто процентов.

13 августа 2013, 09:00

Ученые впервые проследили за угасанием сигналов в мозге умирающих крысУченые обнаружили, что яркие образы, которые видят люди, переживающие клиническую смерть, могут возникать из-за взрывообразного повышения активности их нейронов, проследив за мозгом девяти крыс при помощи электроэнцефалографа.

Об этом говорят и сами энцефалограммы студентов — на них появлялись волны, характерные для эпизодов глубокого сна, когда человек продолжает воспринимать реальность, но не может двигать руками и ногами и не осознает этого. В пользу этого свидетельствует и то, что при вводе относительно небольших доз дексмедетомидина и пропофола студентов можно было разбудить, дотронувшись до них или громко говоря в непосредственной близости от них.

Если анестезия действительно погружает человека в глубокий сон, то тогда, как отмечает Ревонсу, ее можно использовать для изучения природы сознания и его отдельных составляющих. Вдобавок это облегчит создание и проверку новых анестетиков, имеющих меньшее число опасных побочных эффектов по сравнению с дексмедетомидином и пропофолом.

Это ваш мозг под анестезией

Макс Г. Леви

Наука

11 мая 2021 г., 7:00 утра

Впервые исследователи смогли в мельчайших деталях наблюдать за поведением нейронов как отключается сознание.

Каждая мысль, которая приходит вам в голову, буквально приходит вам в голову, поскольку миллионы нейронов в разных частях мозга болтают друг с другом. Фотография: Getty Images

Когда вы бодрствуете, ваши нейроны разговаривают друг с другом, настраиваясь на одни и те же частоты электрических импульсов. Один набор может работать в унисон на частоте 10 Гц, а другой может синхронизироваться на частоте 30 Гц. Когда вы находитесь под наркозом, этот сложный гомон превращается в более однородный гул. Нейроны все еще активируются, но сигнал теряет свою сложность.

Лучшее понимание того, как это работает, может сделать операцию более безопасной, но многие анестезиологи не используют ЭЭГ для наблюдения за своими пациентами. Это раздражает Эмери Брауна, который следит за работой мозга своих пациентов, когда они находятся под наркозом. «Большинство анестезиологов не думают об этом с точки зрения неврологии», — говорит Браун, профессор вычислительной нейробиологии в Массачусетском технологическом институте и анестезии в Гарвардской медицинской школе, а также практикующий анестезиолог. В течение последнего десятилетия он изучал, что происходит с мозгом, когда его владельцы находятся без сознания. Он хочет узнать больше о том, как действуют анестетики, и отследить точную информацию о том, как ведут себя нейроны, когда пациенты находятся под наркозом. Он хочет иметь возможность сказать: «Вот что происходит. Это не черный ящик».

«И как только вы поймете, как читать эти паттерны, и поймете лежащую в их основе нейрофизиологию, вы сможете лучше дозировать лекарства», — говорит Браун. «Вы используете физиологию, чтобы лучше заботиться о своих пациентах».

В исследовании, опубликованном в апреле в онлайн-журнале eLife , команда Брауна использовала электроды для изучения нейронов глубоко внутри мозга обезьян, подвергающихся анестезии. Работа впервые показывает, как отдельные нейроны в различных областях мозга реагируют на воздействие седативного средства, и что их импульсы замедляются на 9от 0 до 95 процентов. Подслушивая болтовню мозга в разных состояниях, команда получила представление о том, как появляется и исчезает сознание, и как врачи могут лучше его контролировать.

Каждая мысль, которая приходит вам в голову, буквально приходит вам в голову, поскольку миллионы нейронов в разных частях мозга болтают друг с другом. «Ваш мозг — очень ритмичная машина, — говорит Эрл К. Миллер, профессор неврологии в Институте Пиковера Массачусетского технологического института, который вместе с Брауном руководил работой. «Он делает это на всех частотах, от 1 Гц до 100 Гц и более». Мозговые волны, записанные с кожи головы на электроэнцефалограмме, или ЭЭГ, показывают перекрестную связь нейронов, коллективно запускающих волны электрических импульсов в самых отдаленных областях мозга или коре головного мозга, которая обычно рассматривается как центр управления.

В результате этого диалога появляется сознание. «Зрелища, звуки, чувства — все работает вместе, чтобы создать единый опыт того, что мы делаем, что мы чувствуем, что мы думаем в данный момент», — говорит Миллер. Это, по сути, выливается в осознание собственного ума и окружающего мира — сознание. Точный процесс того, как нейронная активность преобразуется в индивидуальное восприятие и мышление, до сих пор не понят, но один из способов изучить, что делают эти нейронные цепи для создания сознания, — это наблюдать, что происходит с нейронами, когда они отключаются.

Самый популярный

«Один из самых интересных вопросов заключается в том, как мы воспринимаем познание — как мы получаем сознательный опыт», — говорит Лаура Колгин, нейробиолог и директор Остинского центра UT. Обучение и память, который не принимал участия в исследовании. «Рассматривать общую анестезию как окно к пониманию сознательного опыта — действительно крутой подход».

Анестезия в основном заставляет ваши нейроны заткнуться. Пропофол, распространенный анестетик, используемый в этом исследовании, прилипает к белкам, называемым ГАМК-9.0044 A рецепторов, из-за чего клеткам становится труднее запускать электрические импульсы.

В более ранних исследованиях мозговых имплантатов у грызунов и показаний ЭЭГ у людей Браун показал, что пропофол нарушает связь в коре головного мозга. Но чтобы продвинуть науку дальше, он и Миллер хотели записывать разные области одновременно, когда животное входит в сознание и выходит из него. Они хотели использовать вживленные электроды, чтобы слушать, как отдельные нейроны меняют свою мелодию, чтобы понять, как и где сложные коммуникации в мозгу прерываются под анестезией. Для своего нового исследования они имплантировали 64-канальные микроэлектроды четырем макакам-резусам. Они были прикреплены к четырем отделам их мозга: трем областям коры и таламусу. Эти три области коры представляют собой лобную, височную и теменную доли, которые связаны с мышлением, слуховой обработкой и сенсорной информацией соответственно. Таламус размером и формой напоминает перепелиное яйцо и находится глубоко в мозгу, передавая информацию по всей коре.

Ученые нажали кнопку «Запись» на электродах, прежде чем ввести первую порцию пропофола, а затем они наблюдали, как обезьяны теряли сознание. «Наркотик распространяется повсюду, и он добирается за считанные секунды», — говорит Браун. Мозговые волны замедлились до ползания. (Нейроны в здоровом, бодрствующем мозгу вспыхивают примерно 10 раз в секунду. Под действием пропофола эта частота снижается до одного раза в секунду или меньше.) Брауна это не удивило; он уже видел подобные медленные колебания у других животных, включая людей. Но глубинные электроды теперь могли дать более точный ответ: что именно происходит среди нейронов?

В норме нейроны болтают, пульсируя вместе. «Что-то вроде FM-радио, — говорит Миллер. «Они на одном канале, они могут говорить друг с другом». Так общаются миллионы нейронов на самых разных частотах. Но теперь обычное богатство частот превратилось в один низкий ритм — странная гармония. Высокие частоты исчезли, а нейроны остались общаться по низкочастотному каналу. Как будто звуки столовой, заполненной детьми, говорящими громкими группами, тихими один на один и всем, что между ними, просто рухнули в один глубокий гул.

Согласно Брауну, менее частые всплески нервной активности во время анестезии на самом деле более скоординированы, чем в любом другом психическом состоянии. Будь вы бдительны, читаете, спите или медитируете, волны вашего мозга хаотичны и их трудно проанализировать. Но ни один сигнал на ЭЭГ не является таким четким и ритмичным, как анестезия. И, что особенно важно, считает он, именно это единообразие подрывает сознание. Эта болтовня за обедом из бодрствующего мозга кажется шумным хаосом, но на самом деле это связный язык воспоминаний, чувств и ощущений. Гул анестезии слышен, но это информационная пустыня.

Самый популярный

«Пропофол действует как кувалда, — говорит Миллер, — и просто отбрасывает мозг в этот низкочастотный режим, где все это уже невозможно».

Миллер и Браун подозревали, что таламус будет особенно важен для восстановления насыщенного хаоса бодрствования. Одна из существующих теорий предполагает, что для того, чтобы вызвать сознание, этот маленький выступ синхронизирует различные ритмы коры. Согласно теории, если таламус перестает работать, корковые волны не могут соответствовать своим ритмам, чтобы передавать связные мысли. «А общение — это все в сознании», — говорит Миллер.

После того, как они заметили, что анестезия сглаживает связь от таламуса, исследователи захотели посмотреть, вернет ли стимуляция этой области мозга признаки сознательной активности. Предыдущая работа показала, что глубокая стимуляция мозга может восстановить некоторый контроль над конечностями у человека с черепно-мозговой травмой, а также способность есть. Тем не менее, идея новая. «Это было что-то вроде авантюры, большой шанс», — говорит Миллер.

Во второй серии экспериментов исследователи стимулировали таламус электродами, используя ток, сравнимый с тем, что люди получают при глубокой стимуляции мозга при болезни Паркинсона. (Это безболезненно, так как мозг вообще не ощущает, даже без анестезии.) Обезьяны заморгали. Их сердечный ритм увеличился, и их конечности двигались. Скорость возбуждения нейронов в некоторых частях мозга подскочила до более чем трех импульсов в секунду. Низкие ритмы переключились на более богатый набор частот, что указывает на более нормальную болтовню. Другими словами, животные и их нейроны вели себя примерно так же, как и в сознании, хотя они все еще купались в мощном анестезирующем средстве. Эта активность исчезла через несколько минут после отключения тока. «Мы смогли частично восстановить сознание и сознательную кору», — заключает Миллер.

В прошлом году Мишель Рединбо, аспирантка, изучающая сознание в Университете Висконсин-Мэдисон, сообщила, что макаки под наркозом двигались телами и мордами, и у них наблюдалась более высокая частота импульсов нейронов после аналогичной стимуляции таламуса. Она считает, что новый эксперимент указывает на то, что таламус играет важную роль в нашей способности формировать сложные мысли, и она считает, что он заслуживает дальнейшего изучения. «Это еще одно доказательство того, что это реально, это мощно, и это то, что нужно изучить большему количеству людей», — говорит она.

Работа Миллера и Брауна может сделать анестезию более безопасной, позволяя анестезиологам, использующим ЭЭГ, более точно контролировать дозировку лекарств для людей, находящихся без сознания. А для некоторых экспертов надеждой на отдаленное будущее было бы использование электрической стимуляции таламуса для пробуждения сознания во время операций, после серьезных травм головного мозга или комы. Между тем, Миллер надеется, что эти результаты помогут раскрыть одну из больших загадок нейронауки: как желейные шарики, связанные черепом, и сложные нейронные взаимодействия создают наше восприятие мира.

Еще больше замечательных историй WIRED

• 📩 Последние новости о технологиях, науке и многом другом: получайте наши информационные бюллетени!
• Они все рассказали своим терапевтам. Хакеры слили все это
• Нужен ангел-инвестор? Просто откройте Clubhouse
• Расписание электронных писем и текстовых сообщений для отправки в любое время
• Что сны осьминога рассказывают нам об эволюции сна
• Как войти на ваши устройства без паролей
• 👁️ Исследуйте ИИ, как никогда раньше, с нашей новой базой данных
• 🎮 WIRED Games: последние советы, обзоры и многое другое
• 🏃🏽‍♀️ Хотите лучшие инструменты для здоровья? Ознакомьтесь с подборкой нашей командой Gear лучших фитнес-трекеров, беговой экипировки (включая обувь и носки) и лучших наушников. наука между ними. Он получил докторскую степень в области химической и биологической инженерии в Колорадском университете в Боулдере.

  ТемымозгНеврологияПознаниесознаниеМозг и поведение

  Еще из WIRED

  Анестезия не просто отключает мозг — она меняет его ритмы | MIT News

  Уникально глубокий и подробный анализ того, как обычно используемый анестетик пропофол вызывает бессознательное состояние, в сотрудничестве с лабораториями Института обучения и памяти Пиковера в Массачусетском технологическом институте показывает, что по мере того, как препарат проникает в мозг, широкий спектр области координируются очень медленными ритмами, которые поддерживают соизмеримо вялый темп нервной активности. Электрическая стимуляция более глубокой области, таламуса, восстанавливает синхронность нормальных высокочастотных ритмов и уровней активности мозга, пробуждая мозг и восстанавливая возбуждение.

  «Существует народная психология или молчаливое предположение, что анестезия просто «отключает» мозг», — говорит Эрл Миллер, профессор неврологии Пикауэра и соавтор исследования в eLife . «Мы показываем, что пропофол резко изменяет и контролирует динамику ритмов мозга».

  Сознательные функции, такие как восприятие и познание, зависят от скоординированной связи мозга, в частности, между таламусом и поверхностными областями мозга или корой, в различных частотных диапазонах в диапазоне от 4 до 100 герц. Исследование показывает, что пропофол снижает координацию между таламусом и областями коры до частоты всего около 1 Гц.

  Лаборатория Миллера, возглавляемая постдоком Андре Бастосом и бывшим аспирантом Джейкобом Донохью, сотрудничала с лабораторией со-старшего автора Эмери Н. Брауна, профессора медицинской инженерии и вычислительной неврологии Эдварда Худа Тэплина и анестезиолога в Массачусетской больнице общего профиля. . Таким образом, это сотрудничество объединило знания лаборатории Миллера о том, как нейронные ритмы координируют работу коры головного мозга для обеспечения сознательной работы мозга, с опытом лаборатории Брауна в области нейробиологии анестезии и статистического анализа нейронных сигналов.

  Браун говорит, что исследования, показывающие, как анестетики изменяют мозговые ритмы, могут напрямую повысить безопасность пациентов, поскольку эти ритмы легко видны на ЭЭГ в операционной. Основной вывод исследования о характере очень медленных ритмов в коре предлагает модель для прямого измерения того, когда субъекты входили в бессознательное состояние после введения пропофола, насколько глубоко они удерживаются в этом состоянии и как быстро они могут проснуться после окончания приема пропофола. .

  «Анестезиологи могут использовать это, чтобы лучше заботиться о пациентах, — говорит Браун.

  Браун долгое время изучал влияние мозговых ритмов у людей под общей анестезией, проводя и анализируя измерения ритмов с помощью скальповых ЭЭГ-электродов и, в ограниченной степени, корковых электродов у пациентов с эпилепсией. Поскольку новое исследование проводилось на животных моделях этой динамики, команда смогла имплантировать электроды, которые могли напрямую измерять активность или «всплески» многих отдельных нейронов и ритмов в коре и таламусе. Браун сказал, что результаты, таким образом, значительно углубляют и расширяют его выводы о людях.

  Например, те же самые нейроны, которые они измерили, реагируя на всплески напряжения 7-10 раз в секунду во время бодрствования, обычно срабатывали только один раз в секунду или реже во время бессознательного состояния, вызванного пропофолом, заметное замедление, называемое «состоянием вниз». В целом ученые провели подробные одновременные измерения ритмов и спайков в пяти областях: двух в передней части коры, двух в задней части и в таламусе.

  «Что особенно важно, так это то, что мы получаем данные на уровне всплесков», — говорит Браун. «Медленные колебания модулируют пиковую активность в больших частях коры».

  Исследование не только объясняет, как пропофол вызывает бессознательное состояние, но и помогает объяснить единый опыт сознания, говорит Миллер.

  «Вся кора должна быть на одной странице, чтобы производить сознание», — говорит Миллер. «Одна из теорий о том, как это работает, связана с таламо-кортикальными петлями, которые позволяют коре синхронизироваться. Пропофол может нарушать нормальную работу этих петель, гиперсинхронизируя их в длительном состоянии покоя. Это нарушает способность коры к общению».

  Например, проводя измерения в отдельных слоях коры, команда обнаружила, что высокочастотные «гамма» ритмы, которые обычно связаны с новой сенсорной информацией, такой как образы и звуки, были особенно снижены в поверхностных слоях. Низкочастотные «альфа» и «бета» волны, которые, как показал Миллер, имеют тенденцию регулировать обработку информации, переносимой гамма-ритмами, были особенно ослаблены в более глубоких слоях.

  Помимо преобладающей синхронности на очень медленных частотах, команда отметила в данных другие признаки бессознательного состояния. Как Браун и другие ранее наблюдали у людей, мощность альфа- и бета-ритмов была заметно выше в задних областях коры во время бодрствования, но после потери сознания мощность этих ритмов резко изменилась и стала намного выше в передних областях.

  Группа также показала, что стимуляция таламуса высокочастотным импульсом тока (180 герц) отменяет действие пропофола.

  «Стимуляция вызвала состояние коры, подобное бодрствованию, за счет увеличения частоты импульсов и уменьшения мощности медленных частот», — пишут авторы в исследовании. «Во всех областях наблюдалось значительное увеличение пиков во время интервала стимуляции по сравнению с исходным уровнем до стимуляции».

  Помимо Миллера, Брауна, Бастоса и Донохью, другими авторами статьи являются Скотт Бринкэт, Мередит Манке, Хорхе Янар, Жозефина Корреа, Аян Уэйт, Микаэль Лундквист и Джефферсон Рой.

  Национальные институты здравоохранения и Фонд JPB предоставили финансирование для исследования.

  Поделиться этой новостной статьей:

  Бумага

  Нервные эффекты бессознательного состояния, вызванного пропофолом, и его устранение с помощью стимуляции таламуса

  Упоминания в прессе

  Wired

  Wired Репортер Макс Леви освещает исследование профессора Эмери Брауна и Эрла Миллера, в котором изучается, как нейроны в мозге работают, когда «сознание появляется и исчезает, и как врачи могут лучше контролировать это».