Naukowcy z Uniwersytetu Michigan wykorzystali propofol do zbadania interakcji wzgórza i kory mózgowej, ujawniając mechanizmy podstawowe dla świadomości.
Propofol jest powszechnie stosowany na szpitalnych salach operacyjnych i oddziałach intensywnej terapii w celu uspokojenia pacjentów, zapewnienia im komfortu lub wywołania całkowitej utraty przytomności w przypadku zabiegów inwazyjnych.
Propofol działa szybko i jest dobrze tolerowany przez większość pacjentów, jeśli jest podawany przez anestezjologa. Ale co dzieje się w mózgu pacjentów poddawanych terapii i co to mówi o samej świadomości?
Badanie świadomości za pomocą propofolu
Badacze z UM badający naturę świadomości z powodzeniem wykorzystali ten lek do zidentyfikowania skomplikowanej geometrii mózgu stojącej za stanem nieświadomości, oferując bezprecedensowe spojrzenie na struktury mózgu, które tradycyjnie były trudne do zbadania.
„Świadomość była przedmiotem badań z różnych perspektyw, a zrozumienie neurobiologicznych podstaw świadomości niesie ze sobą poważne implikacje dla wielu dyscyplin medycznych, takich jak neurologia, psychiatria i anestezjologia” – powiedział dr Zirui Huang, adiunkt w Katedrze Nauki Anestezjologia w Szkole Medycznej UM.
Do chwili obecnej badacze debatowali na temat tego, w jaki sposób środki znieczulające tłumią świadomość. W szczególności chodzi o to, czy miejsce działania leży przede wszystkim we wzgórzu – jajowatej strukturze znajdującej się głęboko w mózgu, która odbiera informacje z tego, co widzimy, dotykamy i słyszymy, czy też w korze mózgowej, która przetwarza te informacje w złożony sposób.
Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza i prowadzony przez Huanga, George’a Mashoura, MD, Ph.D. i dr Anthony G. Hudetz z UM Center for Consciousness Science po raz pierwszy u ludzi opisują, w jaki sposób propofol modyfikuje połączenia między komórkami mózgowymi w tych dwóch ważnych obszarach.
Mapowanie mózgu i świadomość
U zdrowych ochotników mapowano zmiany w architekturze mózgu przed, w trakcie i po sedacji propofolem, kierując się funkcjonalnym obrazowaniem rezonansu magnetycznego (fMRI). Umożliwiło im to monitorowanie przepływu krwi do obszarów mózgu, gdy uczestnicy badania wchodzili i wychodzili ze stanu nieprzytomności.
Na początku, wyjaśnił Huang, wzgórze charakteryzuje się zrównoważonym poziomem aktywności zarówno specyficznych jąder (skupisek komórek mózgowych), które wysyłają informacje sensoryczne do ściśle określonych obszarów kory – co nazywa się przetwarzaniem unimodalnym – jak i jąder nieswoistych, które wysyłają informacje w bardziej rozproszony sposób. wyższa warstwa kory, znana jako przetwarzanie transmodalne.
Odkrycia dotyczące przetwarzania wzgórzowego
Zespół odkrył, że pod wpływem głębokiej sedacji wzgórze wykazywało drastyczne zmniejszenie aktywności w skupiskach komórek mózgowych odpowiedzialnych za przetwarzanie transmodalne, co prowadziło do dominującego wzorca jednomodalnego, co sugeruje, że chociaż bodźce zmysłowe są nadal odbierane, nie dochodzi do ich integracji.
„Od ponad dwudziestu lat dziedzina ta koncentruje się na efektach znieczulających we wzgórzu i korze mózgowej — uważam, że to badanie znacząco przyczynia się do postępu w neurobiologii” – powiedział dr George Mashour, profesor anestezjologii i farmakologii oraz założyciel Instytutu Centrum Nauki o Świadomości UM.
Następnie odkryli konkretne typy komórek, które odegrały rolę w przejściu do stanu nieświadomości i ich związek ze zmianami w przetwarzaniu wzgórzowym. Wzgórze zawiera co najmniej dwa różne typy komórek, powiedział Huang, komórki rdzeniowe i komórki macierzy.
„Mamy teraz przekonujące dowody na to, że szeroko rozpowszechnione połączenia komórek macierzy wzgórza z korą wyższego rzędu mają kluczowe znaczenie dla świadomości” – mówi Hudetz, profesor anestezjologii na UM i obecny dyrektor Centrum Nauki o Świadomości.
Wyobrażając sobie, że kora jest warstwowa jak cebula, komórki rdzenia łączą się z niższymi warstwami, podczas gdy komórki macierzy łączą się z wyższymi warstwami w bardziej rozproszony sposób. Mierząc sygnatury ekspresji mRNA – takie jak plakietki identyfikacyjne komórek – mogli zobaczyć, że zakłócenie aktywności komórek macierzy odgrywało większą rolę w przejściu w stan utraty przytomności niż komórki rdzeniowe. Dodatkową niespodzianką było to, że GABA, główny przekaźnik hamujący w mózgu, zwykle uważany za kluczowy dla działania propofolu, nie wydawał się odgrywać tak znaczącej roli, jak oczekiwano.
„Wyniki sugerują, że utrata przytomności podczas głębokiej sedacji jest przede wszystkim związana z zaburzeniami funkcjonalnymi komórek macierzy rozmieszczonych we wzgórzu” – powiedział Huang.
Odniesienie: „Propofol zakłóca funkcjonalną architekturę rdzenia i macierzy wzgórza u ludzi” Zirui Huang, George A. Mashour i Anthony G. Hudetz, 9 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51837-1
