以独特的深,详细看看常用的麻醉剂异丙酚导致昏迷,Picower研究所实验室的合作在麻省理工学院学习与记忆表明药物在大脑中扎根,一大片的地区成为协调非常缓慢的节奏,保持相应的慵懒的神经活动的步伐。电刺激一个更深的地区,丘脑,恢复大脑的正常高频率的同步节律和活动水平,大脑清醒的备份和恢复兴奋。
“民间心理学或隐性假设什么麻醉只是“关掉”大脑,”厄尔·米勒说,Picower教授在eLife神经科学研究和文章的第二作者。“我们表明异丙酚显著变化的动力学和控制大脑的节奏。”
有意识的功能,比如知觉和认知,取决于大脑协调沟通,特别是丘脑和大脑之间的表面区域,或皮质,在不同的频段范围从4到100赫兹。异丙酚,研究显示,似乎降低丘脑和大脑皮层区域之间的协调在1赫兹的频率。
米勒的实验室,由博士后安德烈·巴斯托斯和前研究生雅各布·多诺霍合作与文章的第二作者金刚砂n .布朗,谁是爱德华·胡德近代医学工程和计算神经科学教授在马萨诸塞州综合医院的麻醉师。米勒因此强大统一的合作实验室的专业知识对神经节奏协调大脑皮层产生有意识的大脑功能与布朗的神经科学实验室的专业麻醉和神经信号的统计分析。
数据同步的研究显示强劲增长只有在非常缓慢的频率(深红色颜色)丘脑和四个皮层区域之间。信贷:米勒/棕色麻省理工实验室Picower研究所
布朗说研究表明麻醉剂如何改变大脑节律可以直接改善患者安全,因为这些节奏随处可见脑电图在手术室。研究的主要发现签名非常慢节奏的皮层为直接测量提供了一个模型当受试者进入无意识异丙酚政府后,深深被保持在那个状态,以及如何迅速异丙酚给药结束后他们会醒来一次。
“麻醉医师可以使用这个来更好的照顾病人,”布朗说。
布朗一直研究如何影响人类大脑的节奏在全身麻醉下进行分析测量的节奏使用头皮脑电图电极和在一定程度上,癫痫患者的大脑皮层电极。因为新的研究在动物模型的动力学,团队能够植入电极可以直接测量许多单个神经元的活动或“飙升”和节奏的皮层和丘脑。布朗说结果因此大大深化和扩展他的发现。
例如,相同的神经元,他们测量了喋喋不休的峰值电压7 - 10次在清醒通常只发射一次propofol-induced期间第二个或更少的无意识,一个显著的放缓称为“下状态。”In all, the scientists made detailed simultaneous measurements of rhythms and spikes in five regions: two in the front of the cortex, two toward the back, and the thalamus.
“如此引人注目的是我们获取数据的峰值水平,”布朗说。“缓慢振荡调节阻挠活动在大脑皮层的大部分地区。”
尽可能多的研究解释了异丙酚生成无意识,这也有助于解释统一意识的经验,米勒说。
“所有的皮质必须在同一页产生意识,”米勒说。“有一种理论认为这是如何工作的是通过丘脑-皮质回路,使皮层同步。异丙酚可能打破恶性循环的同步它们的正常操作在长时间的状态。它扰乱了大脑皮层进行交流的能力。”
例如,通过测量不同层的皮质,研究小组发现,更高的频率“伽马”节奏,这通常与新感觉信息的景象和声音,尤其减少表面的层。慢波功率在无意识的增加尤为明显的深层,皮层,米勒也倾向于显示控制信息的处理由gamma节律。
除了流行的同步频率很慢,无意识的团队指出其他签名数据。在人类之前,布朗和其他人观察到α和β节律权力尤其是高在觉醒后的皮层区域,但是在意识丧失权力的节奏翻转前地区高得多。
研究小组进一步表明,刺激丘脑的高频脉冲电流(180赫兹)毁掉了异丙酚的影响。
“刺激产生一个awake-like皮质状态通过增加利率飙升和减少slow-frequency权力,”作者写道。“在所有地区,有一个显著增加在飙升的刺激间隔pre-stimulation基线相比。”
参考:
Donoghue巴斯托斯,是的,Brincat SL, et al。神经propofol-induced无意识的影响及其使用刺激丘脑的逆转。昌E蔻金会,eds。eLife。2021;10:e60824。doi:10.7554 / eLife.60824
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