Opšta anestezija izaziva dvostruku misteriju: kako narušava svest, uključujući čulnu percepciju, i šta bi to moglo reći o prirodi svesti? Nova studija koju su vodili istraživači sa Instituta za učenje i pamćenje Picover na MIT-u pruža dokaze kod životinja da svest zavisi od pravilno sinhronizovane komunikacije u korteksu mozga i da anestetički lek Propofol poništava senzornu obradu tako što je prekida.
Istraživači navode jasne dokaze da kod životinja pod anestezijom zvuci i taktilni osećaji i dalje proizvode neuronsku aktivnost u delu korteksa koji prima dolazne senzorne informacije. Ali isto tako jasno, merenja neuralnih skokova i šire oscilatorne aktivnosti pokazala su da ti signali nisu uspeli da se propagiraju u tri druga kortikalna regiona sa obradom višeg nivoa i kognitivnim odgovornostima, kao što se vidi tokom normalnog budnog stanja.
„Ova studija pokazuje da korteks nije na istoj strani“, rekao je autor studije Earl K. Miller, profesor Picover na Odeljenju za mozak i kognitivne nauke na MIT-u. „Informacije stižu do korteksa. Registruju se u primarnim senzornim oblastima. Jednostavno ne dospevaju do ostatka korteksa. Zbog anestezije, to ih čini samo delom.“
Značaj toga, rekao je ko-stariji autor Emeri N. Braun, Edvard Hud Taplin, profesor medicinskog inženjerstva i računarske neuronauke, je da „studija sugeriše da svest zahteva koordinaciju aktivnosti između kortikalnih regiona. Jednostavno aktiviranje jednog ili više ovih regiona nije dovoljno.“
Glavni autor studije Džon Tauber, koji je nedavno stekao doktorat. na MIT-u u Braunovoj laboratoriji, rekao je da bi studija mogla pomoći naporima za poboljšanje anesteziološke nege. Braun je anesteziolog u Opštoj bolnici u Masačusetsu, kao i profesor na MIT-u za mozak i kognitivne nauke, član Instituta za medicinsko inženjerstvo i nauku i član fakulteta Harvardske medicinske škole.
„Nadamo se da naš rad dodatno naglašava važnost aktivnog praćenja onoga što se dešava u mozgu tokom anestezije“, rekao je Tauber. „Buduće studije u ovom pravcu će nam pomoći da razvijemo jasne pokazatelje da li pacijent još uvek obrađuje senzorne informacije. To bi omogućilo anesteziolozima da prilagode dozu leka i spreče pojavu intraoperativne svesti.“
Da bi sproveo studiju, tim je radio sa dva subjekta životinja na merenju moždane aktivnosti — i električnog „šiljanja“ pojedinačnih neurona i njihove kolektivne ritmičke aktivnosti — preko nizova elektroda postavljenih u četiri područja korteksa i pre i nakon što su bili podvrgnuti opštoj anesteziji propofolom. .
Istraživači su odabrali oblasti korteksa da predstavljaju njegov hijerarhijski kontinuum funkcija od početnog osećaja (superiorni temporalni girus, ili STG) do sve viših nivoa kognicije (posteriorni parijetalni korteks, ili PPC; Region 8A; i prefrontalni korteks, ili PFC).
Tokom oba stanja svesti, životinje su doživele specifične stimulacije: dva audio tona, uključujući jedan za sebe i drugi uparen sa dahom vazduha na licu. U budnom stanju, takva stimulacija je izazvala povećanje u svim kortikalnim oblastima za aktivnost alfa/beta frekvencije. STG je takođe pokazao snažan porast oscilacija viših frekvencija. Reakcija se dramatično promenila pod anestezijom. Dok je alfa i beta frekvencijski odziv smanjen u STG, on je praktično nestao u svim višim kortikalnim regionima.
„Očekivali smo da ćemo videti postepeniji gubitak odgovora i informacija“, rekao je Tauber. „Pad odgovora tokom anestezije od slušnog korteksa (STG) do asocijativnog korteksa (PPC) bio je upečatljiv.
Zajedno sa smanjenjem aktivnosti, istraživači su izmerili smanjenje senzornih informacija koje se mogu detektovati u mozgu dok su se kretali prema kortikalnoj hijerarhiji. Softver „Dekoder“ pronašao je senzorne informacije u svim oblastima korteksa tokom budnog stanja, ali tokom nesvesti, sve manje informacija moglo se pronaći što su istraživači gledali više u korteksu.
Kada su istraživači sledeći put izmerili sinhronizaciju aktivnosti između regiona mozga, otkrili su da se i ona pokvarila pod anestezijom. Kada su životinje bile budne, pokazivale su snažan stepen sinhronizacije u alfa/beta oscilacionoj aktivnosti, ali kada su bile nesvesne, „bilo je malo ili nimalo sinhronizacije izazvane stimulacijom za bilo koji od parova kortikalnih oblasti“, izvestili su istraživači.
Karakteristika mozga koji je anesteziran propofolom je da aktivnost neuronskih oscilacija tokom vremena poprima različita stanja „gore“ i „dole“ sa većom ili manjom aktivnošću. Da bi testirali da li su senzorne informacije odsečene tokom oba stanja ili samo dole, istraživači su razvili statističku analizu. Otkrili su da iako su svi neuronski skokovi zaista bili niski tokom stanja na dole, čak i tokom stanja naviše kada su senzorni signali bili merljivi u STG, oni i dalje nisu uspeli da odu dalje od tog regiona.
„Očekivali smo da će odgovori u višim kortikalnim oblastima barem biti poremećeni tokom stanja naviše, ali bilo je pomalo iznenađujuće otkriti da su odgovori skoro u potpunosti nestali“, rekao je Tauber. „Neuralna aktivnost tokom stanja naviše je funkcionalno prilično različita od budnog stanja, ali mislimo da smo upravo zagrebali površinu u razumevanju razlika između njih.“
Sve u svemu, dokazi u novoj studiji pokazuju da nesvest ne nastaje usled masovnog gašenja korteksa, koliko potiskivanja komunikacije unutar njega, rekao je Miler.
Ključno sledeće pitanje na koje treba odgovoriti je kako propofol sprovodi tu supresiju.
„Šta je u ovoj promenljivoj dinamici koja blokira protok informacija kroz korteks?“ pita Miler. „Kakav je to čeoni vetar koji vraća te senzorne informacije i zadržava ih u čulnom korteksu?“
Tauber je dodao da je tim posmatrao senzornu obradu samo kada su bili sigurni da su životinje potpuno nesvesne. Moglo bi biti informativno, rekao je, proučavati kako se senzorna obrada menja tokom prelaska iz budnosti u to potpuno nesvesno stanje.
