Сознание кроется в синхронизации нейронов коры?
Исследование, проведенное учеными Института Пиковер, доказывает, что сознание зависит не просто от совместной активности нейронов в коре головного мозга, а от их синхронизированного взаимодействия. Пропофол нарушает это взаимодействие и десинхронизирует нейроны коры. Возможно, это и обуславливает потерю сознания во время действия наркоза. Подробности опубликованы в журнале Journal of Cognitive Neuroscience.
В результате экспериментов на мышах исследователи обнаружили, что под влиянием пропофола сенсорная информация достигает мозга, но распространение сигналов по коре нарушается. Это указывает на то, что сознание требует синхронизированной коммуникации по всему мозгу, и эффект пропофола, ограничивающий эту взаимосвязь, может объяснить его роль в «выключении» сознания. Пропофол используется как снотворное средство и как препарат для наркоза. Хотя механизм его действия точно неизвестен, его широко используют в хирургии.
Эксперимент проводили на мышах. Для того, чтобы уловить активность нейронов отдельно и оценить их коммуникацию друг с другом, на череп мышам помещались ЭЭГ-электроды. Сначала ученые оценивали активность нейронов коры в состоянии бодрствования, а потом — под влиянием пропофола. В обоих состояниях животные получали стимулы: звуковой и тактильный (им дули воздухом в мордочку).
Ученые обнаружили, что под наркозом пропофолом звуки и тактильные ощущения все еще вызывают нейронную активность в области коры, принимающей входящую сенсорную информацию (верхняя височная извилина). Однако измерения нейронной активности и более широкой осцилляционной активности показали, что сигналы не распространяются на три другие кортикальных области, которые обрабатывают стимулы на более высоком уровне (задняя теменная кора, область 8A и префронтальная кора), как это наблюдалось при бодрствовании. В состоянии бодрствования такая стимуляция вызывала увеличение активности альфа/бета-частот во всех областях коры. Под наркозом частотная характеристика альфа- и бета была снижена в верхней височной извилине, а в высших областях коры электрические волны исчезли полностью.
Наряду со снижением активности исследователи отметили уменьшение сенсорной информации, обнаруживаемой в мозге по мере продвижения вверх по кортикальной иерархии. Первичная зона, где воспринимаются стимулы, выдавала какую-то информацию декодеру, а в высших структурах ее извлечь не удалось.
Важное заключения из этого исследования — кора должна синхронизировать свои структуры так, чтобы они были «на одной волне». Только тогда поступающую сенсорную информацию можно адекватно обработать. Для этого стимулы должны пройти полный путь по кортикальной иерархи: сначала в «приемник», а потом уже в специальные центры обработки. Под наркозом эти пути разрезаются, и стимулы не достигают специальных зон обработки.
Эта научная работа предоставляет ценные данные о том, как наркоз влияет на сознание и восприятие сенсорной информации, и проливает свет на природу сознания.
Текст: Дарья Тюльганова
Propofol-mediated Unconsciousness Disrupts Progression of Sensory Signals through the Cortical Hierarchy by John M. Tauber et al. Journal of Cognitive Neuroscience. Published October 2023. https://doi.org/10.1162/jocn_a_02081