Χρησιμοποιώντας «ζωικά μοντέλα», όπως ονομάζονται, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ενώ η αναισθησία με προποφόλη επιτρέπει στις αισθητηριακές πληροφορίες να φτάσουν στον εγκέφαλο, διαταράσσει τη διάδοση των σημάτων στον φλοιό. Αυτό υποδηλώνει ότι η συνείδηση απαιτεί συγχρονισμένη επικοινωνία σε ολόκληρο τον εγκέφαλο και η επίδραση της προποφόλης στον περιορισμό αυτής της διασυνδεσιμότητας θα μπορούσε να εξηγήσει το ρόλο της στην πρόκληση της αναισθησίας.
Υπό γενική αναισθησία με προποφόλη, οι αισθητηριακές εισροές εξακολουθούν να φτάνουν στον εγκέφαλο, αλλά τα σήματα δεν εξαπλώνονται. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η συνείδηση απαιτεί όλες οι περιοχές του φλοιού να είναι στην “ίδια σελίδα”. Η γενική αναισθησία προκαλεί ένα διπλό μυστήριο: Πώς διαταράσσει τη συνείδηση, συμπεριλαμβανομένης της αισθητηριακής αντίληψης, και τι μπορεί να λέει αυτό για τη φύση της συνείδησης;
Μια νέα μελέτη με επικεφαλής ερευνητές του Ινστιτούτου Μάθησης και Μνήμης Picower του ΜΙΤ παρέχει αποδείξεις ότι η συνείδηση εξαρτάται από τη σωστά συγχρονισμένη επικοινωνία στον εγκεφαλικό φλοιό και ότι το αναισθητικό φάρμακο προποφόλη ακυρώνει την αισθητηριακή επεξεργασία διακόπτοντάς την. Στο περιοδικό Journal of Cognitive Neuroscience, οι ερευνητές αναφέρουν σαφείς αποδείξεις ότι σε αναισθητοποιημένα ζώα, οι ήχοι και οι αισθήσεις αφής εξακολουθούσαν να παράγουν νευρική δραστηριότητα σε μια περιοχή του φλοιού που λαμβάνει τις εισερχόμενες αισθητηριακές πληροφορίες.
Αλλά εξίσου ξεκάθαρα, οι μετρήσεις των νευρικών αιχμών και της ευρύτερης ταλαντωτικής δραστηριότητας έδειξαν ότι τα σήματα αυτά δεν κατάφεραν να διαδοθούν σε τρεις άλλες περιοχές του φλοιού με υψηλότερου επιπέδου επεξεργασία και γνωστικές αρμοδιότητες, όπως παρατηρείται κατά τη διάρκεια της κανονικής εγρήγορσης.
«Αυτό που δείχνει αυτή η μελέτη είναι ότι ο φλοιός δεν βρίσκεται στην “ίδια σελίδα”», δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης Earl K. Miller, καθηγητής Picower στο Ινστιτούτο Picower και στο Τμήμα Εγκεφάλου και Γνωστικών Επιστημών του ΜΙΤ. «Οι πληροφορίες φτάνουν στον φλοιό. Καταγράφονται στις πρωτογενείς αισθητήριες περιοχές. Απλώς δεν φτάνουν στον υπόλοιπο φλοιό. Εξαιτίας της αναισθησίας, φτάνουν μόνο σε ένα μέρος της διαδρομής».
Η σημασία αυτού του γεγονότος, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Emery N. Brown, Edward Hood Taplin καθηγητής Ιατρικής Μηχανικής και Υπολογιστικής Νευροεπιστήμης στο Ινστιτούτο Picower, είναι ότι «η μελέτη υποδηλώνει ότι η συνείδηση απαιτεί συντονισμό των δραστηριοτήτων μεταξύ των περιοχών του φλοιού. Η απλή ενεργοποίηση μίας ή περισσότερων από αυτές τις περιοχές δεν αρκεί».
Ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης John Tauber, ο οποίος απέκτησε πρόσφατα το διδακτορικό του στο MIT στο εργαστήριο του Brown, δήλωσε ότι η μελέτη θα μπορούσε να βοηθήσει τις προσπάθειες για τη βελτίωση της αναισθησιολογικής περίθαλψης. Ο Brown είναι αναισθησιολόγος στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης καθώς και καθηγητής του ΜΙΤ στις Εγκεφαλικές και Γνωστικές Επιστήμες, μέλος του Ινστιτούτου Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης και μέλος του διδακτικού προσωπικού της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.
«Ελπίζουμε ότι η δημοσίευσή μας αναδεικνύει περαιτέρω τη σημασία της ενεργού παρακολούθησης των όσων συμβαίνουν στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της αναισθησίας», δήλωσε ο Tauber.
«Μελλοντικές μελέτες προς αυτή την κατεύθυνση θα μας βοηθήσουν να αναπτύξουμε σαφείς δείκτες για το αν ένας ασθενής εξακολουθεί να επεξεργάζεται αισθητηριακές πληροφορίες. Αυτό θα επιτρέψει στους αναισθησιολόγους να προσαρμόσουν τη δοσολογία των φαρμάκων και να αποτρέψουν την εμφάνιση διεγχειρητικής συνείδησης».
Καθυστερημένη αισθητηριακή επεξεργασία
Για τη διεξαγωγή της μελέτης η ομάδα συνεργάστηκε με δύο πειραματόζωα για τη μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας -τόσο της ηλεκτρικής “αιχμής” μεμονωμένων νευρώνων όσο και της συλλογικής ρυθμικής τους δραστηριότητας- μέσω συστοιχιών ηλεκτροδίων που τοποθετήθηκαν σε τέσσερις περιοχές του φλοιού τόσο πριν όσο και μετά την υποβολή τους σε γενική αναισθησία με προποφόλη.
Οι ερευνητές επέλεξαν τις περιοχές του φλοιού ώστε να αντιπροσωπεύουν το ιεραρχικό συνεχές των λειτουργιών του από την αρχική αίσθηση (ανώτερη κροταφική έλικα ή STG) έως όλο και υψηλότερα επίπεδα νόησης (οπίσθιος βρεγματικός φλοιός ή PPC, περιοχή 8A και προμετωπιαίος φλοιός ή PFC).
Κατά τη διάρκεια και των δύο καταστάσεων συνείδησης, τα ζώα βίωσαν συγκεκριμένα ερεθίσματα: δύο ηχητικούς τόνους, συμπεριλαμβανομένου ενός μόνο του και ενός άλλου σε συνδυασμό με ένα φύσημα αέρα στο πρόσωπο. Στην κατάσταση εγρήγορσης, η εν λόγω διέγερση προκάλεσε αύξηση σε όλες τις φλοιώδεις περιοχές της δραστηριότητας συχνότητας άλφα/β.
Το STG παρουσίασε επίσης ισχυρή αύξηση στις ταλαντώσεις υψηλότερης συχνότητας. Η απόκριση άλλαξε δραματικά υπό αναισθησία. Ενώ η απόκριση των συχνοτήτων άλφα και βήτα μειώθηκε στο STG, ουσιαστικά εξαφανίστηκε σε όλες τις υψηλότερες περιοχές του φλοιού.
«Περιμέναμε να δούμε μια πιο σταδιακή απώλεια απαντήσεων και πληροφοριών», δήλωσε ο Tauber. «Η πτώση των αποκρίσεων κατά τη διάρκεια της αναισθησίας από τον ακουστικό φλοιό (STG) στον συνειρμικό φλοιό (PPC) ήταν εντυπωσιακή».
Μαζί με τη μείωση της δραστηριότητας, οι ερευνητές μέτρησαν μείωση των αισθητηριακών πληροφοριών που ανιχνεύονταν στον εγκέφαλο καθώς ανέβαιναν στην ιεραρχία του φλοιού. Το λογισμικό “αποκωδικοποίησης” βρήκε αισθητηριακές πληροφορίες σε όλες τις περιοχές του φλοιού κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης, αλλά κατά τη διάρκεια της απώλειας συνείδησης, όλο και λιγότερες πληροφορίες μπορούσαν να βρεθούν όσο πιο ψηλά στον φλοιό έψαχναν οι ερευνητές.
Ένας ασυνάρτητος φλοιός
Όταν οι ερευνητές μέτρησαν στη συνέχεια τον συγχρονισμό της δραστηριότητας μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου, διαπίστωσαν ότι και αυτός κατέρρεε υπό αναισθησία. Όταν τα ζώα ήταν ξύπνια, παρουσίαζαν έναν ισχυρό βαθμό συγχρονισμού στη δραστηριότητα των ταλαντώσεων άλφα/β, αλλά όταν ήταν αναίσθητα, «υπήρχε ελάχιστος ή καθόλου συγχρονισμός που προκλήθηκε από το ερέθισμα για οποιοδήποτε από τα ζεύγη των περιοχών του φλοιού», ανέφεραν οι ερευνητές.
Ένα χαρακτηριστικό του αναισθητοποιημένου με προποφόλη εγκεφάλου είναι ότι η δραστηριότητα των νευρικών ταλαντώσεων παίρνει διακριτές καταστάσεις “πάνω” και “κάτω” μεγαλύτερης ή μικρότερης δραστηριότητας με την πάροδο του χρόνου.
Για να ελέγξουν αν οι αισθητηριακές πληροφορίες αποκόπτονται κατά τη διάρκεια και των δύο καταστάσεων ή μόνο των καταστάσεων “κάτω”, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια στατιστική ανάλυση. Διαπίστωσαν ότι ενώ όλες οι νευρωνικές αιχμές ήταν πράγματι χαμηλές κατά τη διάρκεια των καταστάσεων “κάτω”, ακόμη και κατά τη διάρκεια των καταστάσεων “πάνω”, όταν τα αισθητηριακά σήματα ήταν μετρήσιμα στο STG, εξακολουθούσαν να μην υπερβαίνουν αυτή την περιοχή.
«Περιμέναμε ότι οι αποκρίσεις στις ανώτερες περιοχές του φλοιού θα διαταράσσονταν τουλάχιστον κατά τη διάρκεια των καταστάσεων ανύψωσης, αλλά ήταν λίγο περίεργο να διαπιστώσουμε ότι οι αποκρίσεις εξαφανίστηκαν σχεδόν εξ ολοκλήρου», δήλωσε ο Tauber.
«Η νευρωνική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια των up states είναι λειτουργικά αρκετά διαφορετική από την κατάσταση εγρήγορσης, αλλά πιστεύουμε ότι έχουμε μόλις “ξύσει” την επιφάνεια στην κατανόηση των διαφορών μεταξύ των δύο».
Συνοψίζοντας, τα στοιχεία της νέας μελέτης δείχνουν ότι το ασυνείδητο δεν προκύπτει από μια συνολική διακοπή λειτουργίας του φλοιού, αλλά από μια καταστολή της επικοινωνίας στο εσωτερικό του, δήλωσε ο Miller.
Ένα βασικό επόμενο ερώτημα που πρέπει να απαντηθεί είναι πώς η προποφόλη επιβάλλει αυτή την καταστολή. «Τι είναι αυτό σε αυτές τις μεταβαλλόμενες δυναμικές που εμποδίζει τη ροή των πληροφοριών μέσω του φλοιού;» αναρωτιέται ο Miller. «Ποιος είναι ο αντίθετος άνεμος που φυσάει πίσω αυτές τις αισθητηριακές πληροφορίες και τις κρατάει στον αισθητηριακό φλοιό;»
Ο Tauber πρόσθεσε ότι η ομάδα εξέτασε την αισθητηριακή επεξεργασία μόνο όταν ήταν σίγουρη ότι τα ζώα ήταν πλήρως αναίσθητα. Θα μπορούσε να είναι κατατοπιστικό, είπε, να μελετηθεί πώς αλλάζει η αισθητηριακή επεξεργασία κατά τη μετάβαση από την εγρήγορση σε αυτή την πλήρως ασυνείδητη κατάσταση.
Πηγή: Neuro Science News
Χρησιμοποιώντας «ζωικά μοντέλα», όπως ονομάζονται, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ενώ η αναισθησία με προποφόλη επιτρέπει στις αισθητηριακές πληροφορίες να φτάσουν στον εγκέφαλο, διαταράσσει τη διάδοση των σημάτων στον φλοιό. Αυτό υποδηλώνει ότι η συνείδηση απαιτεί συγχρονισμένη επικοινωνία σε ολόκληρο τον εγκέφαλο και η επίδραση της προποφόλης στον περιορισμό αυτής της διασυνδεσιμότητας θα μπορούσε να εξηγήσει το ρόλο της στην πρόκληση της αναισθησίας.
Υπό γενική αναισθησία με προποφόλη, οι αισθητηριακές εισροές εξακολουθούν να φτάνουν στον εγκέφαλο, αλλά τα σήματα δεν εξαπλώνονται. Τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η συνείδηση απαιτεί όλες οι περιοχές του φλοιού να είναι στην “ίδια σελίδα”. Η γενική αναισθησία προκαλεί ένα διπλό μυστήριο: Πώς διαταράσσει τη συνείδηση, συμπεριλαμβανομένης της αισθητηριακής αντίληψης, και τι μπορεί να λέει αυτό για τη φύση της συνείδησης;
Μια νέα μελέτη με επικεφαλής ερευνητές του Ινστιτούτου Μάθησης και Μνήμης Picower του ΜΙΤ παρέχει αποδείξεις ότι η συνείδηση εξαρτάται από τη σωστά συγχρονισμένη επικοινωνία στον εγκεφαλικό φλοιό και ότι το αναισθητικό φάρμακο προποφόλη ακυρώνει την αισθητηριακή επεξεργασία διακόπτοντάς την. Στο περιοδικό Journal of Cognitive Neuroscience, οι ερευνητές αναφέρουν σαφείς αποδείξεις ότι σε αναισθητοποιημένα ζώα, οι ήχοι και οι αισθήσεις αφής εξακολουθούσαν να παράγουν νευρική δραστηριότητα σε μια περιοχή του φλοιού που λαμβάνει τις εισερχόμενες αισθητηριακές πληροφορίες.
Αλλά εξίσου ξεκάθαρα, οι μετρήσεις των νευρικών αιχμών και της ευρύτερης ταλαντωτικής δραστηριότητας έδειξαν ότι τα σήματα αυτά δεν κατάφεραν να διαδοθούν σε τρεις άλλες περιοχές του φλοιού με υψηλότερου επιπέδου επεξεργασία και γνωστικές αρμοδιότητες, όπως παρατηρείται κατά τη διάρκεια της κανονικής εγρήγορσης.
«Αυτό που δείχνει αυτή η μελέτη είναι ότι ο φλοιός δεν βρίσκεται στην “ίδια σελίδα”», δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης Earl K. Miller, καθηγητής Picower στο Ινστιτούτο Picower και στο Τμήμα Εγκεφάλου και Γνωστικών Επιστημών του ΜΙΤ. «Οι πληροφορίες φτάνουν στον φλοιό. Καταγράφονται στις πρωτογενείς αισθητήριες περιοχές. Απλώς δεν φτάνουν στον υπόλοιπο φλοιό. Εξαιτίας της αναισθησίας, φτάνουν μόνο σε ένα μέρος της διαδρομής».
Η σημασία αυτού του γεγονότος, δήλωσε ο συν-συγγραφέας Emery N. Brown, Edward Hood Taplin καθηγητής Ιατρικής Μηχανικής και Υπολογιστικής Νευροεπιστήμης στο Ινστιτούτο Picower, είναι ότι «η μελέτη υποδηλώνει ότι η συνείδηση απαιτεί συντονισμό των δραστηριοτήτων μεταξύ των περιοχών του φλοιού. Η απλή ενεργοποίηση μίας ή περισσότερων από αυτές τις περιοχές δεν αρκεί».
Ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης John Tauber, ο οποίος απέκτησε πρόσφατα το διδακτορικό του στο MIT στο εργαστήριο του Brown, δήλωσε ότι η μελέτη θα μπορούσε να βοηθήσει τις προσπάθειες για τη βελτίωση της αναισθησιολογικής περίθαλψης. Ο Brown είναι αναισθησιολόγος στο Γενικό Νοσοκομείο της Μασαχουσέτης καθώς και καθηγητής του ΜΙΤ στις Εγκεφαλικές και Γνωστικές Επιστήμες, μέλος του Ινστιτούτου Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης και μέλος του διδακτικού προσωπικού της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ.
«Ελπίζουμε ότι η δημοσίευσή μας αναδεικνύει περαιτέρω τη σημασία της ενεργού παρακολούθησης των όσων συμβαίνουν στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια της αναισθησίας», δήλωσε ο Tauber.
«Μελλοντικές μελέτες προς αυτή την κατεύθυνση θα μας βοηθήσουν να αναπτύξουμε σαφείς δείκτες για το αν ένας ασθενής εξακολουθεί να επεξεργάζεται αισθητηριακές πληροφορίες. Αυτό θα επιτρέψει στους αναισθησιολόγους να προσαρμόσουν τη δοσολογία των φαρμάκων και να αποτρέψουν την εμφάνιση διεγχειρητικής συνείδησης».
Καθυστερημένη αισθητηριακή επεξεργασία
Για τη διεξαγωγή της μελέτης η ομάδα συνεργάστηκε με δύο πειραματόζωα για τη μέτρηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας -τόσο της ηλεκτρικής “αιχμής” μεμονωμένων νευρώνων όσο και της συλλογικής ρυθμικής τους δραστηριότητας- μέσω συστοιχιών ηλεκτροδίων που τοποθετήθηκαν σε τέσσερις περιοχές του φλοιού τόσο πριν όσο και μετά την υποβολή τους σε γενική αναισθησία με προποφόλη.
Οι ερευνητές επέλεξαν τις περιοχές του φλοιού ώστε να αντιπροσωπεύουν το ιεραρχικό συνεχές των λειτουργιών του από την αρχική αίσθηση (ανώτερη κροταφική έλικα ή STG) έως όλο και υψηλότερα επίπεδα νόησης (οπίσθιος βρεγματικός φλοιός ή PPC, περιοχή 8A και προμετωπιαίος φλοιός ή PFC).
Κατά τη διάρκεια και των δύο καταστάσεων συνείδησης, τα ζώα βίωσαν συγκεκριμένα ερεθίσματα: δύο ηχητικούς τόνους, συμπεριλαμβανομένου ενός μόνο του και ενός άλλου σε συνδυασμό με ένα φύσημα αέρα στο πρόσωπο. Στην κατάσταση εγρήγορσης, η εν λόγω διέγερση προκάλεσε αύξηση σε όλες τις φλοιώδεις περιοχές της δραστηριότητας συχνότητας άλφα/β.
Το STG παρουσίασε επίσης ισχυρή αύξηση στις ταλαντώσεις υψηλότερης συχνότητας. Η απόκριση άλλαξε δραματικά υπό αναισθησία. Ενώ η απόκριση των συχνοτήτων άλφα και βήτα μειώθηκε στο STG, ουσιαστικά εξαφανίστηκε σε όλες τις υψηλότερες περιοχές του φλοιού.
«Περιμέναμε να δούμε μια πιο σταδιακή απώλεια απαντήσεων και πληροφοριών», δήλωσε ο Tauber. «Η πτώση των αποκρίσεων κατά τη διάρκεια της αναισθησίας από τον ακουστικό φλοιό (STG) στον συνειρμικό φλοιό (PPC) ήταν εντυπωσιακή».
Μαζί με τη μείωση της δραστηριότητας, οι ερευνητές μέτρησαν μείωση των αισθητηριακών πληροφοριών που ανιχνεύονταν στον εγκέφαλο καθώς ανέβαιναν στην ιεραρχία του φλοιού. Το λογισμικό “αποκωδικοποίησης” βρήκε αισθητηριακές πληροφορίες σε όλες τις περιοχές του φλοιού κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης, αλλά κατά τη διάρκεια της απώλειας συνείδησης, όλο και λιγότερες πληροφορίες μπορούσαν να βρεθούν όσο πιο ψηλά στον φλοιό έψαχναν οι ερευνητές.
Ένας ασυνάρτητος φλοιός
Όταν οι ερευνητές μέτρησαν στη συνέχεια τον συγχρονισμό της δραστηριότητας μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου, διαπίστωσαν ότι και αυτός κατέρρεε υπό αναισθησία. Όταν τα ζώα ήταν ξύπνια, παρουσίαζαν έναν ισχυρό βαθμό συγχρονισμού στη δραστηριότητα των ταλαντώσεων άλφα/β, αλλά όταν ήταν αναίσθητα, «υπήρχε ελάχιστος ή καθόλου συγχρονισμός που προκλήθηκε από το ερέθισμα για οποιοδήποτε από τα ζεύγη των περιοχών του φλοιού», ανέφεραν οι ερευνητές.
Ένα χαρακτηριστικό του αναισθητοποιημένου με προποφόλη εγκεφάλου είναι ότι η δραστηριότητα των νευρικών ταλαντώσεων παίρνει διακριτές καταστάσεις “πάνω” και “κάτω” μεγαλύτερης ή μικρότερης δραστηριότητας με την πάροδο του χρόνου.
Για να ελέγξουν αν οι αισθητηριακές πληροφορίες αποκόπτονται κατά τη διάρκεια και των δύο καταστάσεων ή μόνο των καταστάσεων “κάτω”, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια στατιστική ανάλυση. Διαπίστωσαν ότι ενώ όλες οι νευρωνικές αιχμές ήταν πράγματι χαμηλές κατά τη διάρκεια των καταστάσεων “κάτω”, ακόμη και κατά τη διάρκεια των καταστάσεων “πάνω”, όταν τα αισθητηριακά σήματα ήταν μετρήσιμα στο STG, εξακολουθούσαν να μην υπερβαίνουν αυτή την περιοχή.
«Περιμέναμε ότι οι αποκρίσεις στις ανώτερες περιοχές του φλοιού θα διαταράσσονταν τουλάχιστον κατά τη διάρκεια των καταστάσεων ανύψωσης, αλλά ήταν λίγο περίεργο να διαπιστώσουμε ότι οι αποκρίσεις εξαφανίστηκαν σχεδόν εξ ολοκλήρου», δήλωσε ο Tauber.
«Η νευρωνική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια των up states είναι λειτουργικά αρκετά διαφορετική από την κατάσταση εγρήγορσης, αλλά πιστεύουμε ότι έχουμε μόλις “ξύσει” την επιφάνεια στην κατανόηση των διαφορών μεταξύ των δύο».
Συνοψίζοντας, τα στοιχεία της νέας μελέτης δείχνουν ότι το ασυνείδητο δεν προκύπτει από μια συνολική διακοπή λειτουργίας του φλοιού, αλλά από μια καταστολή της επικοινωνίας στο εσωτερικό του, δήλωσε ο Miller.
Ένα βασικό επόμενο ερώτημα που πρέπει να απαντηθεί είναι πώς η προποφόλη επιβάλλει αυτή την καταστολή. «Τι είναι αυτό σε αυτές τις μεταβαλλόμενες δυναμικές που εμποδίζει τη ροή των πληροφοριών μέσω του φλοιού;» αναρωτιέται ο Miller. «Ποιος είναι ο αντίθετος άνεμος που φυσάει πίσω αυτές τις αισθητηριακές πληροφορίες και τις κρατάει στον αισθητηριακό φλοιό;»
Ο Tauber πρόσθεσε ότι η ομάδα εξέτασε την αισθητηριακή επεξεργασία μόνο όταν ήταν σίγουρη ότι τα ζώα ήταν πλήρως αναίσθητα. Θα μπορούσε να είναι κατατοπιστικό, είπε, να μελετηθεί πώς αλλάζει η αισθητηριακή επεξεργασία κατά τη μετάβαση από την εγρήγορση σε αυτή την πλήρως ασυνείδητη κατάσταση.
Πηγή: Neuro Science News
