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在无意识的情况下,大脑绝不是“沉默的”

妙手带夫 楼主
发布于 2022-05-14 15:25
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When unconscious, the brain is anything but "silent"

大脑皮层被认为是大脑中意识处理的中心。大脑皮层中的特定细胞在全身麻醉时比清醒时表现出更高的自发活动,而不是被灭活,而且这种活动在那些皮层细胞中是同步的。提高我们对全身麻醉神经元机制的理解,可以导致更好的麻醉药物和改善手术结果。

在神经元最近发表的一篇论文中,研究人员从一群教授罗斯卡在巴塞尔大学和研究所的分子和临床眼科(伯)揭示不同细胞类型皮层如何改变他们的活动在全身麻醉,帮助理解无意识可能诱导。

你躺在手术台上。医生让你数到5,并把麻醉面罩放在你的脸上。我数到四,你已经失去知觉了。手术后你才会醒来。这段时间你的大脑发生了什么?

人们可能会认为你的大脑是沉默的。尤其是你的大脑皮层,它被认为是意识处理的所在地。然而,近100年来,人们已经知道,大脑皮层中的一些细胞是活跃的,在全身麻醉期间,大脑皮层在高活跃期和低活跃期之间交替。

使用连接在头皮上的脑电图电极是少数可用来测量这种活动的工具之一,但电极不能让人识别这种活动背后的细胞。因此,问题仍然存在:哪些细胞参与了皮层的节律性活动,以及这是如何导致全身麻醉期间意识丧失的。

追寻无意识的踪迹

皮层由不同类型的细胞组成,每个细胞具有不同的功能。不同的全身麻醉药作用于不同的受体,这些受体位于分布于整个大脑的不同类型的神经元上。然而,所有的全身麻醉药都会导致意识的丧失,所以“我们对发现不同麻醉药之间是否有共同的神经机制很感兴趣,”该研究的三位第一作者之一马丁·蒙兹博士说。






异氟醚麻醉下第五层锥体神经元成像显示同步 理性活动。信贷:约伯

在《神经元》杂志发表的这篇文章中,研究人员使用现代基因工具,结合小鼠品系标记单个皮层细胞类型来解决这个问题。他们发现,与之前的猜测相反,当动物接触不同的麻醉剂时,大脑皮层中只有一种特定的细胞类型,即第五层锥体神经元,表现出活动的增加。

“每一种麻醉剂都会在第五层锥体神经元中引起一种节律性的活动。有趣的是,这些节律在麻醉药之间是不同的。有些比较慢,有些比较快。然而,所有麻醉剂的共同之处在于,它们都诱导了活动的对齐。也就是说,当它们活跃时,所有第五层锥体神经元都同时活跃,”来自同一研究小组的Arjun Bharioke博士说,他也是该研究的第一作者。“我们称之为‘神经元同步’。”

第五层锥体神经元是大脑皮层的主要输出中心,同时也连接着不同的皮层区域。因此,它们在不同的皮层区域之间,以及从皮层到大脑的其他区域之间进行交流。因此,跨第5层锥体神经元的同步活动限制了皮层可以输出的信息。

就像观看足球比赛的人群

“似乎不是每个神经元发送不同的信息片段,而是在麻醉期间,所有第五层锥体神经元发送相同的信息片段。”阿琼·巴鲁克说,“你可以把这想象成人群中的人们从互相交谈,比如在足球或篮球比赛前,过渡到在比赛中为自己的球队欢呼。在游戏开始之前,有许多独立的对话。相反,在比赛期间,所有的观众都在为他们的球队加油。因此,只有一条信息在人群中传递。”

先前的研究已经提出,意识的丧失是由于大脑皮层与大脑其他部分的断开。IOB团队的研究结果表明,这可能是通过一种机制发生的——在麻醉过程中,大脑皮层的信息输出降低。

第三位第一作者、兽医亚历山德拉·布里格纳尔(Alexandra Brignall)说:“任何做过手术的人都可以证明,麻醉药的药效非常强。但它们也不总是容易使用。在手术过程中,必须持续监测麻醉的深度,以确保病人不会太深或太浅。我们对麻醉剂的作用机理和它们在大脑中的作用了解得越多,效果就越好。也许这将有助于研究人员开发新的药物,更具体地针对大脑中与无意识有关的细胞。”

“我们的发现与医学高度相关,因为麻醉是最常用的医疗程序之一。了解麻醉的神经元机制可以导致更好的麻醉药物和改善手术结果,”通讯作者兼IOB分子研究中心主任Botond Roska说。


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