МТИ: анестезия не отключает мозг, а изменяет его ритмы

Сотрудники лабораторий Института обучения ^[1] и памяти ^[2] Пикауэра при Массачусетском технологическом институте показали ^[3], как ведет себя мозг человека ^[4] во время анестезии. Ранее считалось, что он просто «выключается». Однако исследование показало, что ритмы областей мозга ^[5] замедляются, чтобы поддерживать равномерный темп нейронной активности.

Восприятие ^[6] человека зависит от скоординированной работы мозга между таламусом ^[7] и корой в различных частотных диапазонах от 4 до 100 Гц. Исследование показывает, что анестезия снижает эти частоты примерно до 1 Гц.

В ходе экспериментов на лабораторных животных команда смогла имплантировать электроды, которые напрямую измеряли активность или «всплески» отдельных нейронов и ритмов в коре и таламусе. Нейроны ^[8] при бодрствовании демонстрировали 7-10 «всплесков» в секунду, а при анестезии «замедлялись» до одного «всплеска» в секунду. Ученые провели подробные одновременные измерения ритмов в пяти областях мозга: двух в передней части коры, двух в задней части и в таламусе.

Авторы разработали модель для измерения того, когда человек входит в бессознательное состояние после анестезии, насколько глубоко он погружен в это состояние и как быстро способен проснуться. Это исследование позволит повысить безопасность пациентов, потому что ритмы мозга можно отслеживать на ЭЭГ ^[9] в операционной.

Кроме того, как говорят авторы, эта работа позволит подробнее изучить, как работает сознание. По их словам, чтобы сознание функционировало, вся кора головного мозга ^[10] должна работать в одном ритме. Это происходит благодаря таламо-кортикальным петлям, которые позволяют коре синхронизироваться. Однако анестезия может нарушить нормальную работу этих петель, что влияет на кору головного мозга.

Так, выяснилось, что высокочастотные «гамма-ритмы», которые обычно связаны с новой сенсорной информацией, такой как образы и звуки, снизились в коре, в то время как низкочастотные «альфа» и «бета» волны, которые регулируют обработку информации, были ослаблены в таламусе. При этом мощность альфа- и бета-ритмов была заметно выше в задних отделах коры мозга во время бодрствования, но после анестезии она повысилась в передних отделах.

Ранее нейробиолог Карл Дейссерот совместно с учеными из МТИ представил ^[11] минимально инвазивный метод воздействия на клетки мозга, основанный на оптогенетике. Он позволил остановить приступы эпилепсии у мышей и стимулировать ^[12] выработку ^[13] серотонина. Опсины представляют собой светочувствительные белки, которые встраиваются в мембрану клетки. Для их внедрения используется генная инженерия, а для последующей активации — лазеры, оптоволокно и другая оптическая аппаратура.