神经科学家识别对意识至关重要的大脑网络

2022-02-24 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:340 /
内容摘要:
意识的丧失和恢复与睡眠和麻醉的同一个核心大脑网络有关。用正电子发射断层成像研究意识的连接和断开状态之间的大脑活动差异。丘脑、前扣带回和后扣带回以及双侧角回的活动与意识状态的关联最为一致(A =全身麻醉,B =睡眠)。同样的大脑结构,当意识状态在全身麻醉或自然睡眠中变为断开时被去激......

意识的丧失和恢复与睡眠和麻醉的同一个核心大脑网络有关。

Differences in brain activity between connected and disconnected states of consciousness studied with positron emission tomography imaging. Activity of the thalamus, anterior (ACC) and posterior cingulate cortices (PCC), and bilateral angular gyri (AG) show the most consistent associations with the state of consciousness (A = general anesthesia, B = sleep). The same brain structures, which are deactivated when the state of consciousness changes to disconnected in general anesthesia or natural sleep (cool colors in the left columns), are reactivated when regaining a connected state upon emergence from anesthesia (warm colors in the right columns). Image credit: Scheinin et al., doi: 10.1523/JNEUROSCI.0775-20.2020.

用正电子发射断层成像研究意识的连接和断开状态之间的大脑活动差异。丘脑、前扣带回和后扣带回以及双侧角回的活动与意识状态的关联最为一致(A =全身麻醉,B =睡眠)。同样的大脑结构,当意识状态在全身麻醉或自然睡眠中变为断开时被去激活(左栏中的冷色),当从麻醉中恢复连接状态时被重新激活(右栏中的暖色)。影像学分:Scheinin等,doi:10.1523/jneurosci . 0775-20.2020。

试图理解人类意识的生物学基础是目前神经科学面临的最大挑战之一。

虽然麻醉药物和生理睡眠调节的意识丧失和恢复在实验研究中被用作模型系统,但以前的结果被药物效应、混淆行为“无反应”和内部产生的意识以及比较不同状态下的大脑活动水平所混淆,这些状态在其他几个方面不同于仅意识。

“一个主要的挑战是设计一个设置,其中不同状态下的大脑数据仅在意识方面有所不同,”资深作者哈里·谢宁博士说,他是图尔库PET中心和生物医学研究所以及图尔库大学临床药理学部门和图尔库大学医院围手术期服务、重症监护和疼痛医学系的研究员。

“我们的研究克服了许多以前的混淆因素,并首次揭示了关联意识背后的神经机制。”

谢宁博士和他的同事通过用正电子发射断层扫描测量成年男性入睡和麻醉时的大脑活动来寻找与人类意识相关的网络。

图尔库大学图尔库PET中心和图尔库大学医院围手术期服务、重症监护和疼痛医学系的博士生、第一作者安娜洛特塔·舍伊宁说:“这种独特的实验设计是我们研究的关键想法,使我们能够将意识状态的特定变化与麻醉的整体效果区分开来。

研究人员在实验中途叫醒参与者,采访他们并确认他们的联系状态。

连通性的变化对应于由大脑深处区域组成的网络的活动:丘脑、前扣带回和后扣带回以及角回。

当参与者失去连通性时,这些区域显示出较少的血流,而当他们恢复连通性时,显示出较多的血流。

这种模式对睡眠和麻醉都适用,表明这些变化与连通性相对应,而不是睡眠或药物的影响,并且网络对于人类意识可能是必不可少的。

“全身麻醉似乎比传统认为的更像正常睡眠,”哈里·谢宁博士说。

“然而,这种解释与我们最近在另一项麻醉研究中的电生理发现非常一致。”

安娜洛特塔·谢宁补充说:“由于觉醒和采访之间的延迟最小,目前的结果大大增加了我们对麻醉状态本质的理解。

“与普遍的看法相反,完全失去意识对于成功的全身麻醉是不必要的,因为只要将患者的经历与手术室中正在发生的事情断开就足够了。”

该发现发表在《神经科学杂志》上。

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人类意识的基础:对黄昏区域的成像。《神经科学杂志》,2020年12月28日在线发表;doi:10.1523/jneurosci . 0775-20.2020


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