Yra daug vaistų, kuriuos anesteziologai gali naudoti, kad sukeltų pacientų sąmonę. Tiksliai, kaip dėl šių vaistų smegenys praranda sąmonę, buvo ilgai iškeltas klausimas, tačiau MIT neurologai dabar atsakė į šį klausimą dėl vieno dažniausiai naudojamo anestezijos vaisto.
Naudodami naują neuronų aktyvumo analizės metodą, mokslininkai išsiaiškino, kad vaistas propofolis sukelia sąmonės netekimą, sutrikdydamas normalią smegenų stabilumo ir jaudrumo pusiausvyrą. Dėl šio narkotiko smegenų veikla tampa vis nestabilesnė, kol smegenys praranda sąmonę.
„Smegenys turi veikti šio peilio ašmenimis tarp jaudrumo ir chaoso. Jos turi būti pakankamai jaudinamos, kad jos neuronai galėtų daryti įtaką vieni kitiems, bet jei jos per daug susijaudina, jos virsta chaosu. Panašu, kad propofolis sutrikdo mechanizmus, kurie palaiko. smegenys tame siaurame veikimo diapazone“, – sako Earlas K. Milleris, Pikoverio neuromokslų profesorius ir MIT Picower mokymosi ir atminties instituto narys.
Išvados, kurios į Neuronasgalėtų padėti mokslininkams sukurti geresnes pacientų stebėjimo priemones, kai jiems atliekama bendroji nejautra.
Milleris ir Ila Fiete, smegenų ir kognityvinių mokslų profesorius, K. Lisa Yang integracinio kompiuterinio neurologijos centro (ICoN) direktorius ir MIT McGovern smegenų tyrimų instituto narys, yra vyresnieji naujojo tyrimo autoriai. Pagrindiniai šio straipsnio autoriai yra MIT absolventas Adamas Eisenas ir MIT postdoc Leo Kozachkovas.
Sąmonės praradimas
Propofolis yra vaistas, kuris jungiasi prie GABA receptorių smegenyse, slopindamas tuos receptorius turinčius neuronus. Kiti anestezijos vaistai veikia skirtingų tipų receptorius, o mechanizmas, kaip visi šie vaistai sukelia sąmonės netekimą, nėra visiškai suprantamas.
Milleris, Fiete ir jų mokiniai iškėlė hipotezę, kad propofolis ir galbūt kiti anestezijos vaistai trukdo smegenų būklei, žinomai kaip „dinaminis stabilumas“. Šioje būsenoje neuronai turi pakankamai jaudrumą, kad reaguotų į naują įvestį, tačiau smegenys gali greitai susigrąžinti kontrolę ir neleisti jiems pernelyg susijaudinti.
Ankstesni tyrimai, kaip anestezijos vaistai veikia šią pusiausvyrą, davė prieštaringų rezultatų: kai kurie teigė, kad anestezijos metu smegenys pasislenka taip, kad tampa pernelyg stabilios ir nereaguoja, o tai veda prie sąmonės praradimo. Kiti nustatė, kad smegenys tampa per daug jaudinamos, todėl atsiranda chaotiška būsena, dėl kurios atsiranda sąmonės netekimas.
Dalis šių prieštaringų rezultatų priežasčių yra ta, kad buvo sunku tiksliai išmatuoti dinaminį smegenų stabilumą. Dinaminio stabilumo matavimas praradus sąmonę padėtų tyrėjams nustatyti, ar sąmonės netekimas atsiranda dėl per didelio ar per mažo stabilumo.
Šiame tyrime mokslininkai išanalizavo elektrinius įrašus, padarytus smegenyse gyvūnų, kurie gavo propofolio per valandą, per kurį jie palaipsniui prarado sąmonę. Įrašai buvo padaryti keturiose smegenų srityse, kurios yra susijusios su regėjimu, garso apdorojimu, erdviniu suvokimu ir vykdomosiomis funkcijomis.
Šie įrašai apėmė tik nedidelę viso smegenų aktyvumo dalį, todėl norėdami tai įveikti, mokslininkai panaudojo metodą, vadinamą uždelsimo įterpimu. Šis metodas leidžia tyrėjams apibūdinti dinamines sistemas iš ribotų matavimų, kiekvieną matavimą papildant anksčiau užfiksuotais matavimais.
Naudodami šį metodą, mokslininkai sugebėjo kiekybiškai įvertinti, kaip smegenys reaguoja į jutimo įvestis, pavyzdžiui, garsus, arba į spontaniškus nervų veiklos sutrikimus.
Įprastoje pabudimo būsenoje nervų aktyvumas padidėja po bet kokio įvesties, tada grįžta į pradinį aktyvumo lygį. Tačiau pradėjus dozuoti propofolią, smegenys pradėjo ilgiau grįžti į pradinę padėtį po šių įvesties ir liko pernelyg susijaudinusios. Šis poveikis darėsi vis ryškesnis, kol gyvūnai prarado sąmonę.
Tai rodo, kad propofolio neuronų aktyvumo slopinimas lemia didėjantį nestabilumą, dėl kurio smegenys praranda sąmonę, teigia mokslininkai.
Geresnė anestezijos kontrolė
Norėdami sužinoti, ar jie gali pakartoti šį efektą skaičiavimo modelyje, mokslininkai sukūrė paprastą neuroninį tinklą. Kai jie padidino tam tikrų tinklo mazgų slopinimą, kaip tai daro propofolis smegenyse, tinklo veikla tapo destabilizuota, panašiai kaip nestabili veikla, kurią tyrėjai pastebėjo propofolio gavusių gyvūnų smegenyse.
„Mes pažvelgėme į paprastą tarpusavyje sujungtų neuronų grandinės modelį, o kai jame buvo nustatytas slopinimas, pamatėme destabilizaciją. Taigi vienas iš dalykų, kuriuos siūlome, yra tai, kad padidėjęs slopinimas gali sukelti nestabilumą, o tai vėliau. susietas su sąmonės praradimu“, – sako Eisenas.
Kaip paaiškina Fiete: „Šis paradoksalus efektas, kai stiprinamas slopinimas destabilizuoja tinklą, o ne jį nutildo ar stabilizuoja, atsiranda dėl slopinimo. Kai propofolis sustiprina slopinamąjį potraukį, šis potraukis slopina kitus slopinančius neuronus, o rezultatas yra bendras smegenų veikla“.
Tyrėjai įtaria, kad kiti anestetikai, veikiantys skirtingų tipų neuronus ir receptorius, gali susilieti su tuo pačiu poveikiu skirtingais mechanizmais – tokią galimybę jie dabar tiria.
Jei tai pasitvirtintų, tai gali būti naudinga nuolatinėms tyrėjų pastangoms kurti būdus, kaip tiksliau kontroliuoti paciento patiriamą anestezijos lygį. Šios sistemos, kurias Milleris dirba su Emery Brown, MIT medicinos inžinerijos profesoriumi Edwardu Hoodu Taplinu, veikia matuojant smegenų dinamiką ir atitinkamai koreguojant vaistų dozes realiu laiku.
„Jei randate bendrų skirtingų anestetikų veikimo mechanizmų, galite juos visus padaryti saugesnius, pakeitę keletą rankenėlių, o ne kurti saugos protokolus visiems skirtingiems anestetikams po vieną“, – sako Milleris. „Jūs nenorite skirtingos sistemos kiekvienam anestetikui, kurį jie naudos operacinėje. Norite tokios, kuri viską atliktų.”
Tyrėjai taip pat planuoja pritaikyti savo metodą dinaminiam stabilumui matuoti kitoms smegenų būsenoms, įskaitant neuropsichiatrinius sutrikimus.
„Šis metodas yra gana galingas, ir manau, kad bus labai įdomu jį taikyti skirtingoms smegenų būsenoms, įvairių tipų anestetikams ir kitoms neuropsichiatrinėms sąlygoms, tokioms kaip depresija ir šizofrenija”, – sako Fiete.