Небольшая часть этих пациентов восстанавливает некоторую осведомленность во время медицинских процедур, но новое исследование активности мозга, которое представляет сознание, может предотвратить эту потенциальную травму. Это также может помочь как людям, находящимся в коме, так и ученым, пытающимся определить, какие части мозга могут считаться ключевыми для сознательного разума.
«В течение 100 лет в бессознательном состоянии, таком как сон, были обнаружены эти медленные волны электрической активности в мозгу», – говорит Юрий Заальманн, профессор психологии и нейробиологии Университета Висконсин-Мэдисон. "Но, возможно, это не те сигналы, которые нужно использовать. В ряде условий – при использовании различных анестетиков, у людей, которые находятся в коме, с повреждением головного мозга или в других клинических ситуациях – также может наблюдаться высокочастотная активность."
Исследователи UW-Madison зарегистрировали электрическую активность примерно 1000 нейронов, окружающих каждый из 100 участков мозга пары обезьян в Национальном исследовательском центре приматов штата Висконсин в нескольких состояниях сознания: под наркозом, легким сном, бодрствованием в покое и выведен из анестезии в состояние бодрствования посредством электростимуляции участка в глубине мозга (процедура, которую исследователи описали в 2020 году).
«Имея данные по нескольким областям мозга и различным состояниям сознания, мы могли бы объединить все эти признаки, традиционно связанные с сознанием, включая то, насколько быстрые или медленные ритмы мозга в разных областях мозга, с большим количеством вычислительных показателей, описывающих, как сложные сигналы и то, как сигналы в разных областях взаимодействуют », – говорит Мишель Рединбо, аспирантка лаборатории Заальмана и соавтор исследования, опубликованного сегодня в журнале Cell Systems.
Чтобы определить характеристики, которые лучше всего указывают на то, были ли обезьяны в сознании или без сознания, исследователи использовали машинное обучение. Они передали свой большой пул данных компьютеру, сказали компьютеру, какое состояние сознания вызвало каждый образец активности мозга, и спросили компьютер, какие области мозга и образцы электрической активности наиболее сильно соответствуют сознанию.
Результаты указывали в сторону от лобной коры, той части мозга, которая обычно отслеживается для безопасного поддержания общей анестезии у людей, и той части, которая, скорее всего, демонстрирует медленные волны активности, которые долгое время считались типичными для бессознательного состояния.
«Сейчас в клинике могут накладывать электроды на лоб пациента», – говорит Мохсен Афрасиаби, другой ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории Заальмана. «Мы предполагаем, что затылок является более важным местом для этих электродов, потому что мы узнали, что задняя часть мозга и глубокие области мозга более предсказывают состояние сознания, чем передняя часть."
И хотя в бессознательном состоянии могут присутствовать как низкочастотная, так и высокочастотная активность, именно сложность лучше всего указывает на бодрствование.
«В состоянии анестезии или без сознания эти зонды в 100 различных местах регистрируют относительно небольшое количество паттернов активности», – говорит Заальманн, работа которого поддерживается Национальным институтом здравоохранения.
С бодрствующим состоянием обезьяны был связан более широкий или более сложный набор паттернов.
«Вам нужно больше сложности, чтобы передать больше информации, поэтому она связана с сознанием», – говорит Рединбо. "Если у вас будет меньше сложностей в этих важных областях мозга, они не смогут передать много информации. Вы смотрите на бессознательный мозг."
Более точные измерения пациентов, подвергающихся анестезии, являются одним из возможных результатов новых результатов, и исследователи являются частью сотрудничества, поддерживаемого Национальным научным фондом, и работают над применением знаний о ключевых областях мозга.
«Помимо простого определения состояния сознания, эти идеи могут улучшить терапевтические результаты у людей с нарушениями сознания», – говорит Заальманн. «Мы могли бы использовать то, что мы узнали, для оптимизации электрических паттернов с помощью точной стимуляции мозга и помочь людям, которые, скажем, находятся в коме, поддерживать постоянный уровень сознания."
Это исследование было поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения (R01MH110311 и P51OD011106), Binational Science Foundation и Национального исследовательского центра приматов штата Висконсин.