Как работает мозг в бессознательном состоянии

Нейробиологи из Массачусетской больницы общего профиля провели исследование активности различных областей коры головного мозга человека во время сна и под общей анестезии. Их работа идентифицировала конкретные сети коры, активные в бессознательном состоянии. Важный вывод к которому пришли ученые: обычный сон и сон под анестезией — это разные состояния мозга.

Чтобы понять, как мозг связан с сознанием, казалось бы достаточно сравнить его работу в состоянии сна и бодрствования. Но это непросто.

Бессознательное состояние, например, во время сна или под действием анестезии, много раз исследовалось нейробиологами. Эти работы выявили области мозга, которые активны, когда люди находятся без сознания, но точный вклад каждой из этих областей в сознание остается во многом неясным.

Нейробиологи из Массачусетской больницы общего профиля провели исследование активности различных областей коры головного мозга млекопитающих во время сна и общей анестезии. Их работа идентифицировала конкретные сети коры, активные в бессознательном состоянии.

«Нам всегда было интересно понять, как активность нейронов в мозге приводит к возникновению сознания», — говорит Рина Зельманн, ведущий автор работы. — «Это огромный вопрос, на который сложно ответить. В этом проекте мы начали с, казалось бы, простого вопроса: что происходит в человеческом мозге, когда мы находимся без сознания?»

Сон и анестезия

Схема сравнения сна и анестезии

Доктор Зельманн ее коллеги уже несколько лет записывают и исследуют активность мозга, используя методы стимуляции. Новое исследование сосредоточено на сравнении сна и общей анестезии, вызванной препаратом пропофол.

«Мы поняли, что у нас есть уникальная возможность изучить эти сложные вопросы в ограниченном объеме, сравнивая реакцию человеческого мозга на стимуляцию в сознатьном и бессознательном состоянии», — говорит доктор Зельманн.

Исследователи провели исследование на пациентах с диагнозом эпилепсия, которым в ходе лечения были имплантированы электроды в мозг. Записывая мозговую активность, эти электроды помогают врачам контролировать и лечить эпилептические припадки. Доктор Зельманн с коллегами получили у пациентов согласие на участие в исследовании.

«Мы использовали короткие импульсы электрической стимуляции (длительностью 0,2 мс), подаваемые в разные области мозга один за другим, одновременно записывая активность мозга изо всех остальных областей, где находились электроды», — говорит доктор Зельманн.

«Поскольку эти пациенты остаются в больнице в течение 1–2 недель, а активность их мозга записывается круглосуточно, чтобы понять причины приступов, мы могли выполнять этот протокол, когда они бодрствуют, во время сна и под общей анестезией непосредственно перед тем, как электроды были удалены в операционной. Затем мы сравнили данные с помощью различных математических методов, чтобы понять разницу в реакции на стимуляцию, чтобы выяснить как была задействована сеть мозга и насколько последовательными были реакции».

Бессознательные состояния различаются активностью мозга

Чтобы эффективно охарактеризовать активность различных корковых сетей во время сна и под общим наркозом, исследователи сравнили то, что происходило в мозгу участников во время бессознательного состояния, с тем, что происходило, когда они бодрствовали в той же среде.

Ученые обнаружили, что по сравнению с бодрствованием во время сна мозг реагировал одинаково у всех пациентов, демонстрируя меньшее число активных нейросетей и большую вариативность в регистрируемой активности.

«Все показатели были более выраженными во время анестезии, вызванной пропофолом, но реакции головного мозга не были одинаковыми во всем мозге: сильнее всего изменения были выражены в префронтальных областях», — говорит Зельманн. — «Это указывает на то, что во время разных форм бессознательного состояния разные части мозга задействованы по-разному. Наши результаты, в свою очередь, подразумевают, что переход от бессознательного к сознательному может использовать разные механизмы в зависимости от природы бессознательного состояния».

В целом, это исследование раскрывает некоторые различия в активности корковых сетей, когда люди находятся без сознания (т. е. во время сна) и когда они находятся в бессознательном состоянии, когда их невозможно разбудить (т. е. под воздействием пропофола).

«Тот факт, что человеческий мозг по-разному реагирует даже на одиночный импульс стимуляции в разных состояниях сознания, имеет важное значение для терапевтической нейромодуляции, которая используется для контроля судорог и, во все большей степени, для лечения психиатрических проблем», — заключает доктор Зельманн.