Стимуляция таламуса пробудила макак от наркоза

Michelle Redinbaugh et al. / Neuron, 2020

Американские и израильские ученые обнаружили, что при глубокой электростимуляции таламуса с частотой в 50 герц макаки приходят в сознание при общей анестезии: начинают двигаться, реагировать на свет, а также меняются их физиологические показатели вроде сердечного ритма и дыхания. Статья опубликована в журнале Neuron

В общем понимании сознание — это способность организма реагировать на внешние стимулы и достоверно оценивать собственное состояние. Сознание включает в себя множество различных аспектов, а вовлечена в него работа всех сенсорных систем и отвечающих за них мозговых структур. При этом нейронные корреляты, отвечающие за каждую из частей сознания, разумеется, связаны между собой, но отследить все связи столь сложной системы довольно тяжело: за сознание отвечают не только кортикальные, но и более глубокие структуры — например, таламус. Кроме того, активность вовлеченных структур во многом зависит от уровня сознания человека: в бодрствующем он состоянии, спит, или находится, например, под общей анестезией.

Наиболее явный кандидат на роль «командного центра» сознания в головном мозге — это таламус, так как он, с одной стороны, сам играет большую роль в регуляции сознания, а с другой — руководит и работой вовлеченных структур коры. Проблема в том, что таламус — это часть промежуточного мозга, самых глубоких его частей, поэтому изучить его активность с помощью традиционных неизвазивных методов нейровизуализации на людях довольно трудно.

Мишель Рединбо (Michelle Redinbaugh) из Висконсинского университета в Мэдисоне и ее коллеги решили провести исследование участия таламуса в работе сознания на макаках. Для этого они имплантировали микроэлектроды в передний зрительный отдел и боковую внутритеменную зону правого полушария — отделы, вовлеченные в работу зрительной системы: их активность меняется, например, во время глубокой фазы сна. Кроме того, микроэлектроды также подключили к центральной части латерального ядра таламуса.

После имплантации электродов активность мозга макак изучили в трех условиях: во время бодрствования, глубокого сна и медикаментозной анестезии. То, находится ли макака в сознании, ученые проверяли по поведенческим реакциям: движениям глаз, моторным откликам, вокализации и так далее.

При стимуляции таламуса во время анестезии макаки показали все признаки бодрствования: они открыли глаза, начали двигать конечностями, реагировали на свет, а также изменилось их дыхание и сердечный ритм. Интересно, что стимуляция пробуждала макак от анестезии независимо от препарата, который использовался (изофлуран или пропофол), и дня проведения эксперимента. При этом сам эффект зависел от частоты посылаемых в электроды сигналов: в сознание макаки приходили только при стимуляции в 50 герц.

Далее ученые изучили активность 845 отдельных нейронов в изучаемых областях мозга макак в трех состояниях: бодрствующем, спящем и при общей анестезии. Оказалось, что частота спайков (колебаний потенциала при возбуждении нейрона) нейронов таламуса значительно (p < 0,0001) ниже в состоянии сна и при анестезии (также независимо от используемого препарата). То же самое наблюдалось и в изученных глубоких кортикальных структурах: это означает, что таламус в действительности связан с корой общими нейронными путями, отвечающими за состояние сознания. При этом стимуляция самой коры макак в сознание не привела, что может означать, что у таламуса в регуляции сознания главенствующая роль.

По словам авторов работы, самое эффективное применение их результатов — изучение заболеваний центральной нервной системы, связанных с различными аспектами сознания. К примеру, стимуляция таламуса с помощью инвазивных микроэлектродов, как рассказала главный автор работы изданию Gizmodo, сможет помочь пациентам выйти из коматозного состояния.

Предсказать, выйдет ли человек из комы, можно по уровню обмена веществ головного мозга: так, несколько лет назад ученые с помощью позитронно-эмиссионной томографии показали, что при уровне обмена веществ в 42 процента от нормального пациент придет в сознание с вероятностью в 88 процентов.

Елизавета Ивтушок

Источник: nplus1.ru