Naš mozak neprestano radi na predviđanju onoga što se dešava oko nas, na primer da bi se osiguralo da možemo da se posvetimo i razmotrimo neočekivano. Nova studija ispituje kako ovo funkcioniše tokom svesti i takođe se razbija pod opštom anestezijom. Rezultati dodaju dokaze za ideju da svesna misao zahteva sinhronizovanu komunikaciju – posredovanu moždanim ritmovima u specifičnim frekventnim opsezima – između osnovnih senzornih i kognitivnih regiona višeg reda u mozgu.
Ranije su članovi istraživačkog tima u Institutu za učenje i pamćenje Picover na MIT-u i na Univerzitetu Vanderbilt opisali kako moždani ritmovi omogućavaju mozgu da ostane spreman da prisustvuje iznenađenjima.
Regije mozga orijentisane na kogniciju (obično na prednjem delu mozga), koriste alfa i beta ritmove relativno niske frekvencije da potisnu obradu stimulansa koji su postali poznati i svakodnevni u okruženju u senzornim regionima (uglavnom prema zadnjem delu mozga) ( npr. muzika vašeg saradnika). Kada senzorni regioni otkriju iznenađenje (npr. požarni alarm u kancelariji), oni koriste gama ritmove brže frekvencije da o tome kažu višim regionima, a viši regioni to obrađuju na gama frekvencijama kako bi odlučili šta da rade (npr. izađu iz zgrade).
Novi rezultati objavljeni 7. oktobra u časopisu PNAS, pokazuju da kada su životinje bile pod opštom anestezijom izazvanom propofolom, senzorni region je zadržao kapacitet da detektuje jednostavna iznenađenja, ali komunikaciju sa višim kognitivnim regionom prema prednjem delu mozak je izgubljen, čineći taj region nesposobnim da se uključi u svoju regulaciju aktivnosti čulnog regiona „od vrha nadole“ i držeći ga nesvesnim kako jednostavnih tako i složenijih iznenađenja.
„Ono što radimo ovde govori o prirodi svesti“, rekao je ko-stariji autor Erl K. Miler, profesor Picover u Institutu za učenje i pamćenje Picover i Odeljenju za mozak i kognitivne nauke MIT-a. „Propofol opšta anestezija deaktivira procese odozgo nadole koji su u osnovi spoznaje. Ona u suštini prekida komunikaciju između prednje i zadnje polovine mozga.“
Ko-stariji autor Andre Bastos, docent na katedri za psihologiju u Vanderbiltu i bivši član Millerove MIT laboratorije, dodao je da rezultati studije ističu ključnu ulogu frontalnih područja u svijesti.
„Ovi rezultati su posebno važni s obzirom na novootkriveno naučno interesovanje za mehanizme svesti i kako je svest povezana sa sposobnošću mozga da formira predviđanja“, rekao je Bastos.
„Sposobnost mozga da predviđa dramatično se menja tokom anestezije. Bilo je zanimljivo da su prednji deo mozga, oblasti koje su povezane sa kognicijom, bile jače smanjene u svojim prediktivnim sposobnostima nego senzorne oblasti. Ovo sugeriše da prefrontalna područja pomažu da se izazove ‘paljenje Događaj koji omogućava da senzorna informacija postane svesna, sama po sebi ne vodi do svesne percepcije.
Iihan Sophi Ksiong, diplomirani student u Bastosovoj laboratoriji koji je vodio studiju, rekao je da anestetik smanjuje vrijeme u kojem međuregionalna komunikacija unutar
„U budnom mozgu, moždani talasi daju kratke mogućnosti za neurone da se optimalno aktiviraju – ‘brzina osvežavanja’ mozga, da tako kažem,” rekao je Sjong. „Ova brzina osvežavanja pomaže u organizovanju različitih oblasti mozga da bi efikasno komunicirale. usporava brzinu osvežavanja, što sužava ove vremenske okvire da oblasti mozga međusobno razgovaraju i čini brzinu osvežavanja manje efikasnom, tako da neuroni postaju više neorganizovani u pogledu toga kada brzina osvežavanja više ne funkcioniše kako je predviđeno sposobnost predviđanja je oslabljena.“
Da bi sproveli istraživanje, neuronaučnici su izmerili električne signale, „ili skokove“, stotina pojedinačnih neurona i koordinisane ritmove njihove agregirane aktivnosti (na alfa/beta i gama frekvencijama), u dve oblasti na površini, ili korteksu, mozga dve životinje dok su slušale sekvence tonova.
Ponekad bi sve sekvence bile iste note (npr. AAAAA). Ponekad bi bilo jednostavno iznenađenje koje su istraživači nazvali „lokalni čudak“ (npr. AAAAB). Ali ponekad bi iznenađenje bilo komplikovanije, ili „globalno čudo“. Na primer, nakon što vidite niz AAAAB-ova, odjednom bi se pojavio AAAAA, koji krši globalni, ali ne i lokalni obrazac.
Prethodni rad je sugerisao da senzorna regija (u ovom slučaju temporoparietalna oblast, ili Tpt) može sama da uoči lokalne čudake, rekao je Miler. Za otkrivanje komplikovanijeg globalnog čuda potrebno je učešće regiona višeg reda (u ovom slučaju frontalnih očnih polja ili FEF).
Životinje su čule sekvence tonova i dok su bile budne i dok su bile pod propofolnom anestezijom. U budnom stanju nije bilo iznenađenja. Istraživači su ponovo potvrdili da alfa/beta ritmovi odozgo prema dole iz FEF-a prenose predviđanja na Tpt i da će Tpt povećati gama ritmove kada se pojavi čudna kugla, uzrokujući da FEF (i prefrontalni korteks) takođe reaguju porastom gama aktivnosti.
Ali pomoću nekoliko mera i analiza, naučnici su mogli da vide da se ova dinamika sruši nakon što su životinje izgubile svest.
Pod propofolom, na primer, aktivnost porasta je sveukupno opala, ali kada se pojavio lokalni čudan porast Tpt i dalje se značajno povećao, ali sada povećanje FEF-a nije pratilo isti primer kao tokom budnog stanja.
U međuvremenu, kada je globalna čudna kugla predstavljena tokom budnosti, istraživači su mogli da koriste softver da „dekodiraju“ reprezentaciju toga među neuronima u FEF-u i prefrontalnom korteksu (još jedan region orijentisan na spoznaju). Takođe bi mogli da dekodiraju lokalne čudake u Tpt-u. Ali pod anestezijom, dekoder više nije mogao pouzdano da otkrije predstavljanje lokalnih ili globalnih čudaka u FEF-u ili prefrontalnom korteksu.
Štaviše, kada su uporedili ritmove u regionima usred budnih i nesvesnih stanja, otkrili su velike razlike. Kada su životinje bile budne, čudne lopte su povećale gama aktivnost i Tpt i FEF, a alfa/beta ritmovi su se smanjili. Redovna, neobična stimulacija povećala je alfa/beta ritmove. Ali kada su životinje izgubile svest, povećanje gama ritmova od lokalnog čudaka bilo je čak i veće u Tpt nego kada je životinja bila budna.
„Pod gubitkom svesti posredovanim propofolom, inhibitorna funkcija alfa/beta postaje smanjena i/ili eliminisana, što je dovelo do dezinhibicije čudnih kuglica u senzornom korteksu“, napisali su autori.
Druge analize međuregionalne povezanosti i sinhronizacije otkrile su da su regioni izgubili sposobnost komunikacije tokom anestezije.
Sve u svemu, dokazi studije sugerišu da svesna misao zahteva koordinaciju preko korteksa, od napred ka nazad, napisali su istraživači.
„Naši rezultati stoga ukazuju na važnu ulogu za aktivaciju prefrontalnog korteksa, pored aktivacije senzornog korteksa, za svesnu percepciju“, napisali su istraživači.
