В бессознательном состоянии мозг не «молчит»
Определенные нейроны коры головного мозга не инактивируются во время анестезии, а проявляют более высокую спонтанную активность, заявили ученые из Швейцарии. Об этом 12 мая сообщает Neuroscience News со ссылкой на научный журнал Neuron.
Команда ученых под руководством профессора Ботонда Роска из Базельского университета и Института молекулярной и клинической офтальмологии (IOB) показала, что некоторые нейроны в коре головного мозга проявляют во время общей анестезии высокую спонтанную активность, чем в состоянии бодрствования, и эта активность синхронизирована во всех клетках коры.
Авторы статьи в Neuron изучали, как различные типы клеток коры головного мозга изменяют свою активность во время общей анестезии. Целью работы было понять, как может быть индуцирована потеря сознания.
Считается, что кора головного мозга является центром сознательной обработки информации в мозгу. По словам соавтора исследования доктора Мартина Мунца, все общие анестетики приводят к потере сознания, поэтому «нам было интересно выяснить, существует ли общий нейронный механизм для разных анестетиков».
Кора состоит из разных типов клеток, каждая из которых выполняет разные функции. Различные общие анестетики действуют на разные рецепторы, расположенные на разных типах нейронов, распределенных по всему мозгу.
Использование электродов ЭЭГ, прикрепленных к коже головы, является одним из немногих инструментов, доступных для измерения этой активности, но электроды не позволяют идентифицировать клетки, лежащие в основе этой активности. Поэтому остался вопрос: какие клетки способствуют ритмической активности в коре и как это может способствовать потере сознания при общей анестезии.
В опубликованной в Neuron работе исследователи использовали современные генетические инструменты и генетически модифицированные линии лабораторных мышей с целью маркировки отдельных типов клеток коры головного мозга. Ученые обнаружили, что, в отличии высказанных ранее в научной среде гипотез, когда животное подвергалось воздействию различных анестетиков, только один конкретный тип клеток в коре головного мозга, а именно пирамидальные нейроны 5-го слоя коры, демонстрировал увеличение активности.
«Каждый анестетик вызывает ритм активности пирамидных нейронов 5-го слоя коры. Интересно, что эти ритмы различались между анестетиками. Кто-то был медленнее, кто-то быстрее. Однако общим для всех анестетиков было то, что все они индуцировали выравнивание активности. То есть, когда они были активны, все пирамидальные нейроны 5-го слоя были активны одновременно», — пояснил доктор Арджун Бариоке, первый автор научной статьи. «Мы назвали это „нейронной синхронией“», — прокомментировали ученые.
Пирамидальные нейроны 5-го слоя служат основным центром вывода сигнала в коре головного мозга, они также соединяют различные области коры друг с другом. Таким образом, они сообщаются как между разными областями коры, так и передают информацию от коры к другим областям мозга. Следовательно, синхронизация активности пирамидных нейронов 5-го слоя ограничивает информацию, которую может выводить кора.
«Кажется, что вместо того, чтобы каждый нейрон посылал разные фрагменты информации, во время анестезии все пирамидальные нейроны 5-го слоя посылают один и тот же фрагмент информации», — сказал Арджун Бхариоке.
«Можно думать об этом, как когда люди в толпе переходят от разговора друг с другом, например, перед футбольным или баскетбольным матчем, к тому, когда они болеют за свою команду во время игры. Перед началом игры происходит много самостоятельных разговоров. Напротив, во время игры все зрители болеют за свою команду. Таким образом, через толпу передается только одна часть информации».
Существовавшие ранее гипотезы предполагали, что потеря сознания происходит из-за отключения коры от остального мозга. Результаты швейцарских ученых указывают иной механизм, а именно — переход на пониженный вывод информации из коры во время анестезии.
Один из авторов статьи Александра Бригналл, ветеринар по профессии, пояснил: «Анестетики очень эффективны, и это может подтвердить любой, кто был в хирургии. Но и ими не всегда удобно пользоваться. Во время операции нужно постоянно контролировать глубину анестезии, чтобы убедиться, что пациент "спит" не слишком глубоко или слишком поверхностно. Чем больше мы знаем, как действуют анестетики и что они делают с мозгом, тем лучше. Возможно, это поможет исследователям разработать новые лекарства для более целенаправленного воздействия на клетки мозга, связанные с бессознательным состоянием».
«Наши выводы очень актуальны для медицины, поскольку анестезия — одна из наиболее часто выполняемых медицинских процедур. Понимание нейронного механизма анестезии может привести к созданию лучших анестетиков и улучшению хирургических результатов», — заявил Ботонд Роска, соавтор и директор Центра молекулярных исследований IOB.
