|
Никто не знает, как работает анестезия
|
|
|
|
На протяжении десятилетий одним из лучших инструментов для изучения природы человеческого сознания был самый надежный метод его отключения в медицине - анестезия. Несмотря на то, что ученые уже около 170 лет используют различные препараты для достижения этого эффекта, им еще предстоит определить точный механизм, который вызывает полную потерю сознания. Это может привести к медицинским осложнениям, поскольку сложно определить, насколько глубоко человек находится под наркозом или нет.
|
|
|
|
Теперь пара исследований (оба опубликованы в этом году) пытаются разгадать эту тайну. В первом исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Computational Neuroscience, ученые использовали технологию ФМРТ для сканирования мозга 17 здоровых взрослых, которым постепенно вводили седативные препараты (пропофол) на четырех уровнях сознания — бодрствование, легкое успокоение, глубокое успокоение и восстановление. Они также проверили слуховую восприимчивость мозга на каждом уровне, прослушав пятиминутный клип из фильма "Снято" 2009 года.
|
|
|
|
Они надеялись лучше понять взаимосвязь между этими уровнями сознания и колебательными режимами мозга. И в конечном итоге ученые обнаружили, что анестезия не действует как переключатель "включено—выключено" - вместо этого она работает, изменяя колебательные режимы по всему мозгу.
|
|
|
|
|
|
|
“Наши результаты [показывают] значительное снижение частоты низкочастотных режимов, охватывающих зрительную и соматомоторную области, и, наоборот, увеличение частоты высокочастотных режимов, охватывающих лимбические области, по мере снижения уровня сознания”, - пишут авторы. Другими словами, по мере того, как сознание отступает, происходит ослабление медленных крупномасштабных колебаний, которые интегрируют сенсорную информацию и координируют двигательную обработку в крупномасштабных сетях мозга. В то же время наблюдается повышенный уровень быстрой локальной активности в центрах эмоций и памяти мозга, что свидетельствует о фрагментарной обработке информации. И когда наступает действие анестезии, звуки все еще улавливаются первичной слуховой корой головного мозга, но эти сигналы больше не передаются в области мозга более высокого порядка - они остаются заблокированными в бессознательном мозге.
|
|
|
|
Удивительно, но исследователи смогли смоделировать эти изменения и точно создать алгоритм машинного обучения, который мог правильно идентифицировать сознательное состояние человека в 72 процентах случаев, основываясь только на векторах из матрицы пространственных индексов ФМРТ.
|
|
|
|
Более того, в отличие от традиционных методов спектрального анализа, таких как быстрое преобразование Фурье (FFT), которые выявляют только временные частоты, присутствующие в системе, модель идентифицировала частоты, соответствующие так называемым собственным модам системы, отражая как временную, так и пространственную природу колебаний. Проведенный анализ пролил новый свет на “сложную взаимосвязь между мозговой активностью и уровнями сознания, изучив, как переход от бодрствования к глубокой седации проявляется в динамических колебаниях мозга и реакциях на внешние раздражители”, - пишут авторы. “Выявленные закономерности мозговой активности служат основой для классификации уровней сознания, демонстрируя потенциал новых инструментов диагностики и мониторинга в этой области”.
|
|
|
|
Второе исследование, опубликованное в журнале Cell Reports Medicine в конце января, выявило отчетливый паттерн мозговых волн, который указывает на погружение мозга в бессознательное состояние, что может помочь анестезиологам более точно оценить уровень седативного эффекта. Используя графики электроэнцефалограммы (ЭЭГ), исследователи обнаружили, что низкочастотные ритмы крупномасштабных сетей мозга нарушаются под действием пропофола. Когда мозг погружается в бессознательное состояние, как сенсомоторная, так и сознательная обработка данных нарушаются и заменяются локально синхронной активностью. В дополнение к одному из главных выводов исследования ФМРТ, исследование ЭЭГ также показывает, что слуховые сигналы обнаруживаются, но не распространяются в кору головного мозга более высокого порядка. Исследователи объясняют, что это происходит потому, что под наркозом каналы прямой связи мозга (в частности, электрические колебания, называемые альфа-, бета- и гамма-путями) отключаются.
|
|
|
|
В совокупности эти исследования предполагают, что сознание означает интеграцию широко разделенных областей мозга, в частности, посредством крупномасштабных низкочастотных колебаний, которые передают сенсорные сигналы в области мозга более высокого порядка. Когда эти ритмы нарушаются и активность мозговых волн становится локально синхронизированной, наш отчетливый опыт прекращается, а вместе с ним и сознание. Давняя тайна анестезии постепенно раскрывается и дает возможность получить детальную картину динамических ритмов, которые формируют наш сознательный опыт.
|
|
|
|
Источник
|
