Анестезия помогла ученым узнать больше о механизмах сознания

Когда мы находимся в знакомой обстановке, наш мозг использует медленные ритмы (альфа и бета), чтобы «приглушить» звуки и ощущения, которые стали для нас привычными, например, тиканье часов или шум улицы. За этот процесс отвечают передние области мозга, ориентированные на познание. Они подавляют обработку сенсорными областями (обычно в задней части мозга) стимулов, которые уже знакомы. Это позволяет сконцентрироваться на более важных вещах. Однако, если происходит что-то неожиданное, например, раздается пожарная сигнализация, сенсорные области мгновенно переключаются на более быстрые ритмы (гамма), которые передаются высшим когнитивным областям и помогают нам оперативно принять решение.

В новом исследовании ученые проверили, как это работает под наркозом. Животные находились под общей анестезией, вызванной пропофолом. Их сенсорная область сохраняла способность обнаруживать простые неожиданности. Но связь с более высокой когнитивной областью в передней части мозга была нарушена. В итоге передняя область не могла регулировать активность сенсорной области, что делало ее невосприимчивой к простым и более сложным неожиданностям одинаково.

По сути, анестезия отключила связь между передней и задней половинами мозга.

Нейробиологи регистрировали электрическую активность сотен отдельных нейронов и анализировали их синхронные ритмы (в альфа-, бета- и гамма-диапазонах) в двух областях коры головного мозга двух животных. Испытуемые слушали последовательности звуковых стимулов. В некоторых случаях последовательности состояли из идентичных звуков (например, AAAAA). В других в последовательности присутствовал один отличающийся звук (локальное отклонение, например, AAAAB). Однако наиболее сложные случаи представляли собой глобальные отклонения от установленного паттерна. Например, после серии AAAAB внезапно появлялся звук AAAAA, что нарушало общую закономерность, но не локальный порядок.

Сенсорная область (в данном случае височно-теменная) способна самостоятельно обнаруживать простые звуковые отклонения, однако для распознавания более сложных паттернов требуется взаимодействие с высшими мозговыми центрами. В состоянии бодрствования между височно-теменной областью и префронтальной корой наблюдалась синхронная активность, то есть происходил обмен информацией.

При анестезии общая нейронная активность снижалась. Когда возникал простой звуковой стимул, отличающийся от остальных, активность нейронов в височно-теменной области по-прежнему увеличивалась. Но, в отличие от бодрствующего состояния, активность нейронов в префронтальной коре не следовала за ней. То есть анестезия нарушила синхронную работу нейронов в мозге. Эта синхронизация, выражающаяся в определенных ритмах мозговой активности, необходима для коммуникации между различными областями мозга и для выполнения сложных когнитивных функций, включая прогнозирование. Анестетики, замедляя и дезорганизуя эти ритмы, ограничивают обработку информации и, как следствие, снижают способность мозга предсказывать события.

Примечательно, что лобные доли мозга, отвечающие за когнитивные функции, теряют эту способность в большей степени, чем сенсорные области.

То есть префронтальная кора играет ключевую роль в запуске процесса, который позволяет осознать сенсорную информацию. Иными словами, одной активации сенсорной коры недостаточно для возникновения осознанного восприятия. Эти данные дополняют существующие теории о механизмах сознания.