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

Восприятие человека зависит от скоординированной работы мозга между таламусом 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 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 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 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 минимально инвазивный метод воздействия на клетки мозга, основанный на оптогенетике. Он позволил остановить приступы эпилепсии у мышей и стимулировать выработку 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.