Ученые долго искали объективные признаки сознания, не зависящие от внешних реакций человека. В ходе нового эксперимента команда исследователей наблюдала за 31 пациентом, которым перед операцией вводили пропофол. Используя 128 электродов на коже головы и современные математические методы, авторы работы выделили сигналы из девяти областей мозга, ответственных за состояние бодрствования. Работа опубликована в журнале Cell Reports Medicine.
Нейробиологи нашли в мозге сигнал, который указывает на потерю сознания
Нейробиологи из Шанхайского университета Цзяотун (Китай) выявили уникальный паттерн мозговых волн, возникающий при впадении пациента в бессознательное состояние под общей анестезией. Исследователи обнаружили нарушение связи между ключевыми зонами мозга, что в будущем поможет медикам точно дозировать наркоз.
Бессознательное состояние, вызванное широко используемым препаратом пропофол, характеризуется характерными изменениями электрической активности. Abed Zagout/Anadolu/Getty
Таламус часто называют «информационным хабом» или главным реле мозга. Почти все сигналы от органов чувств (кроме обоняния) проходят через него, прежде чем попасть в кору для осознания. Трудно уловимый момент потери сознания связан именно с тем, что таламус перестает эффективно «переключать» данные на теменную область. Когда эта связь рвется, мозг превращается из единой сети в набор изолированных островов, неспособных собрать целостную картину реальности.
Схема исследования.
Оказалось, что в сознательном состоянии активность в теменной коре, таламусе и затылочной зоне синхронизирована — мозг работает как единая сеть. Однако по мере действия препарата эта связь распадается.
Как отмечает соавтор работы, нейробиолог Ти-Фэй Юань: «Это наконец откроет возможность создания биомаркера сознания». Подобный индикатор позволит анестезиологам избегать опасных осложнений, связанных как со слишком глубоким наркозом, так и с преждевременным пробуждением пациента на операционном столе.
Новая география сознания
Данные ЭЭГ собирались с помощью 128-канальной шапочки высокой плотности. После предварительной обработки ЭЭГ и частотной фильтрации была проведена реконструкция источников для получения проекции временной последовательности в пространстве источников. Затем на уровне ROI была рассчитана функциональная связность, изменяющаяся во времени. Были изучены различия в сетях функциональной связности между бодрствованием и бессознательным состоянием, и для идентификации бодрствования и бессознательного состояния была применена машина опорных векторов. Наконец, был проведен динамический анализ ключевых связей для характеристики переходов между состояниями сознания во время общей анестезии.
Результаты исследования ставят под сомнение классическую теорию о том, что главным «дирижером» сознания является лобная доля. Юань подчеркивает, что именно разрыв коммуникации между теменной корой и глубокими структурами, такими как таламус, становится решающим моментом отключения разума.
Хотя коллеги из Кембриджа указывают на необходимость подтверждения данных с помощью электродов, имплантированных непосредственно в мозг, текущий успех дает надежду на создание упрощенных систем мониторинга.
В перспективе для контроля состояния будет достаточно всего нескольких датчиков на лбу пациента, которые зафиксируют критическое рассогласование альфа-ритмов. Сейчас группа ученых проверяет, работают ли выявленные закономерности с другими видами наркоза и как быстро восстанавливаются связи при пробуждении.