Et team af forskere har fundet en "bevidsthedsmotor" i hjernen - en region, hvor i det mindste i aber endda en lille springstart får dem til at vågne op af anæstesi.
Bevidsthed er et mysterium. Vi ved ikke med sikkerhed, hvorfor skabninger undertiden er vågne og undertiden sover, eller hvilke mekanismer i hjernen der er mest vigtige for en bevidst tilstand. I denne nye artikel viste forskere dog nogle vigtige spor. Ved hjælp af elektroder på tværs af hjernerne af vågen og sovende makaker samt makakker under forskellige former for anæstesi fandt teamet to nøgleveje i abernes hjerner til bevidsthed. Forskerne fandt også et specifikt hjerneområde, der ser ud til at få disse stier til at gå, som en motor, de kunne begynde at bruge nogle meget specialiserede jumperkabler. Den region er kendt som den centrale laterale thalamus.
Men det betyder ikke, at de har fundet bevidsthedssædet i hjernen.
"Det er usandsynligt, at bevidstheden er specifik for et sted i hjernen," sagde Michelle Redinbaugh, en kandidatstuderende i psykologi ved University of Wisconsin-Madison og hovedforfatter af papiret, der blev offentliggjort 12. februar i tidsskriftet Neuron.
Tidligere forskning har allerede vist, at det at holde sig bevidst involverer aktivitet spredt over hele hjernen, men hendes teams arbejde viser, at den centrale laterale thalamus sandsynligvis spiller en nøglerolle, sagde hun.
Hvad "bevidsthed" betyder
Det er vigtigt at forstå, at "bevidsthed" i denne undersøgelse refererer mere eller mindre til at være vågen.
"Ordet 'bevidsthed' har mange definitioner," sagde Michael Graziano, en neurovidenskabsmand ved Princeton University, som ikke var involveret i undersøgelsen. "En måde at tænke på bevidsthed er fra et klinisk perspektiv af vågenhed, ophidselse og lydhørhed over for stimuli. I den forstand er sovende mennesker ikke bevidste, og folk i koma er det heller ikke."
Og det er ikke helt klart, hvorfor eller hvordan folk skifter frem og tilbage mellem disse stater. Denne undersøgelse repræsenterer "elegant arbejde" om dette vanskelige emne, ifølge neurovidenskabsmanden Sarah Heilbronner fra University of Minnesota, som heller ikke var involveret i forskningen.
Dette arbejde er fokuseret på et snævert spørgsmål: Hvad får folk til at blive bevidste?
"Der er dog en anden opfattelse af bevidsthed, der er meget vanskeligere at studere: den subjektive oplevelse, der følger med nogle tilfælde af informationsbehandling i hjernen, den" hvordan det føles "-komponent i vores indre liv," fortalte Graziano til Live Science . "Undersøgelser som den nuværende vedrører ikke denne type bevidsthed."
En trigger i hjernen
Heilbronner sagde, at abeundersøgelsen følger op på en overbevisende tidligere undersøgelse, der involverede mennesker.
I august 2007 offentliggjorde forskere fra Weill Cornell Medical College i New York City en banebrydende undersøgelse i tidsskriftet Nature. En af deres patienter havde tilbragt måneder på et hospital i en "minimalt bevidst tilstand" efter en traumatisk hjerneskade. Manden var for det meste uvidende om sine omgivelser, men blev undertiden mere bevidst og aktiv. I spekulation om, at hans tilstand muligvis kan involvere en "underaktivering" af vigtige netværk i hans hjerne, implanterede de elektroder, der stimulerede hans centrale thalamus - og rapporterede om betydelige forbedringer i hans bevidsthedsniveau.
I den nye abeundersøgelse tog Redinbaugh og hendes team ting meget videre.
Ved hjælp af elektroder sendte forskerne små elektriske impulser til forskellige områder af abernes hjerner, når de sov eller beroligede ved hjælp af flere typer anæstesi. Oftest forblev aberne i søvn. Men at sende en impuls med en bestemt frekvens til den centrale laterale thalamus vækkede aberne - selv fra dyb anæstesi - og lod dem opleve verden.
"Det konvergerende bevis fra søvn og flere former for anæstesi er særlig imponerende, da vi ved, at disse har forskellige handlingsmekanismer," sagde Heilbronner.
Med andre ord falder du ikke i søvn af de samme grunde, som du mister bevidstheden under anæstesi, og forskellige former for anæstesi fungerer på forskellige måder.
Men forskellige former for anæstesi og søvn "tilsyneladende konvergerer på dette kredsløb i deres virkning på bevidstheden," sagde Heilbronner.
Optagelsen fra abernes hjerner, når de gik frem og tilbage mellem bevidste og ubevidste tilstande, indsnævrede forskerne bevidstheden til to nøgleingredienser.
”Bevidstheden faldt altid sammen med to aktiverede veje,” fortalte Redinbaugh til Live Science.
En af disse kritiske kredsløb bærer sensorisk information fra thalamus til cerebral cortex, hjerneområdet, der udfører mange former for kompleks tænkning. Både det kredsløb og en anden vej - en "der bærer feedback om forudsigelser, opmærksomhedsprioriteter og mål i modsat retning" - var nødvendige for at være aktiv for, at bevidstheden kan fungere, sagde Redinbaugh.
Forskerne konkluderede, at den centrale laterale thalamus spiller en nøglerolle i at aktivere og vedligeholde disse to veje. Det ser ud til at fungere som en trigger.
Denne forskning er ikke kun nyttig ud fra et rent videnskabeligt perspektiv, sagde Redinbaugh. At finde ud af, hvordan bevidsthed fungerer, kan hjælpe med at forbedre anæstesien og føre til nye behandlinger for mennesker med bevidsthedsforstyrrelser, som manden i Weill Cornell Medical College-undersøgelsen.
Denne forbindelse mellem aktiviteten i thalamus og cortex er især interessant til medicinsk behandling, sagde Heilbronner.
Sammenlignet med thalamus, "er hjernebarken også et mere tiltalende mål," sagde hun. Det skyldes, at ikke-invasive behandlinger, såsom transkranial magnetisk stimulering, kan nå overfladen af cortex, men de kan ikke nå thalamus, som ligger begravet dybt inde i hjernen, lige over hjernestammen. "Måske ved at opbygge en kredsløbsmodel som denne, kunne vi påvirke dem begge på ikke-invasivt vis," sagde Heilbronner.
På trods af mulighederne er der grund til at tjekke resultaterne, sagde Laura Fernandez, en neurovidenskabsmand ved Université de Lausanne i Schweiz.
"Det sker i to aber. Meget lidt prøve," fortalte Fernandez til Live Science. Det "ville være rart at prøve gnavere med en prøve med højere antal." Forskere skal også tjekke placeringen af elektroderne placeret i hjernen for at sikre, at de virkelig aktiverede den centrale laterale thalamus og ikke andre nærliggende hjerneområder, tilføjede Fernandez.
Hun påpegede stadig, at resultaterne passer pænt med resultaterne fra en nylig undersøgelse af gnavere; det papir, der blev offentliggjort i juni 2018 i tidsskriftet //vanilla.tools/livescience/articles/YGExvsCXa4AWnp5ubygZY9Nature Neuroscience, antydede, at der er en vågenhed "switch" et sted i thalamus.
