Как общая анестезия проливает свет на работу мозга

Принцип действия общей анестезии до конца не изучен, но её исследование даёт ключи к пониманию природы сознания.

В 1797 году знаменитому британскому адмиралу Горацио Нельсону ампутировали правую руку. Операция спасла ему жизнь. Но, по легенде, единственным «анестетиком» был глоток рома.

Большую часть истории человечества, даже ампутацию конечностей проводили при полностью бодрствующих пациентах.

Введение общей анестезии в 1846 году стало настоящей революцией. Внезапно стало возможно временно отключить сознание любого человека в любой момент и в любом месте. Нельсон мог бы перенести ампутацию и всё равно появиться на завтраке на следующий день.

Сегодня ежегодно проводят более 350 миллионов операций под общим наркозом. Но механизм погружения в бессознательное состояние с помощью этих загадочных препаратов всё ещё не до конца ясен.

Новые данные помогают учёным лучше понять фундаментальные принципы работы мозга и даже указывают на истоки самого сознания.

Универсальный сон

Существуют разные категории анестетиков. Одни напрямую блокируют боль, другие вызывают сонливость и расслабление. Общие анестетики идут дальше: они вводят человека в бессознательное состояние, полностью лишая его восприятия происходящего.

Множество анестетиков способны вызвать бессознательное состояние. Это как кажущиеся инертными газы, вроде ксенона (редко используемого в клинике), так и пропофол — самый распространённый общий анестетик сегодня.

Общие анестетики имеют очень разные химические структуры. Но во всех случаях общий эффект сводится к нарушению связи между нейронами мозга, препятствуя их обмену сигналами.

МРТ-сканирование чётко показывает общее снижение мозговой активности.

Но как именно это снижение активности погружает пациента в бессознательное состояние, изучено гораздо меньше.

Прежде всего, неясно, требует ли вызванное анестетиками бессознательное состояние полного отключения всего мозга или же некоторые его области играют более значительную роль.

«Даже если весь мозг отключается, поскольку он так сильно взаимосвязан, очень трудно выделить, что именно вызвало это глобальное отключение», — объясняет Ник Фрэнкс, профессор биофизики и анестезиологии Имперского колледжа Лондона.

«На снимках мозга видно, что некоторые области более чувствительны и отключаются первыми. Возникает вопрос: они ли запускают затем общее отключение?» — добавляет он.

Фрэнкс указывает на таламус — яйцевидную структуру глубоко в мозге, которая служит центром связи между разными областями.

Эта область, как выяснилось, снижает активность раньше других при общей анестезии. Таламус играет ключевую роль, в частности, в начале и поддержании сна. Означает ли это, что анестетики «перехватывают» естественные мозговые цепи сна?

«Если ввести животному наркоз, а затем стимулировать очень специфическую часть таламуса, можно его разбудить», — говорит Фрэнкс.

«Исследования также показывают, что некоторых людей в коме можно разбудить таламической стимуляцией. Таким образом, это область важна для состояния бодрствования», — добавляет он. Однако нужны дальнейшие исследования, чтобы точно определить, именно ли этот механизм задействован.

Другие учёные считают, что кора головного мозга — внешний, складчатый слой — является основным «домом сознания», и именно там анестетики оказывают наиболее значимое действие.

Но задействованы и другие области. Среди них — лобная и теменная доли. Первая расположена за лбом и участвует во многих сложных когнитивных функциях, таких как критическое мышление.

Вторая находится дальше назад и отвечает за обработку сенсорной информации, например, осязания.

Третье состояние

Но появляются данные, указывающие на то, что наш мозг способен достигать промежуточного состояния сознания, не являющегося ни сном, ни бодрствованием.

Для большинства людей общий наркоз означает полную потерю сознания и, следовательно, отсутствие воспоминаний о произошедшем. Но так бывает не всегда.

По оценкам, примерно один из 15 000 пациентов после операции может вспомнить её детали, это явление известно как случайное осознание во время анестезии.

Джайдип Пандит, анестезиолог-консультант Оксфордских университетских госпиталей, считает, что такие люди переживают «третье состояние» сознания, нечто среднее между сном и бодрствованием, или сознанием и бессознательностью.

В своих экспериментах Пандит вводил анестезию вместе с миорелаксантом, но использовал жгут, чтобы предотвратить паралич предплечья.

Это позволяло бессознательным пациентам двигать рукой, если они этого хотели. Он обнаружил, что треть пациентов могла сжать пальцы исследователя по команде, хотя во время операции не проявляла признаков бодрствования или боли.

По словам Пандита, эти результаты указывают на существование третьего уровня сознания.

Чудо сознательного мышления

Так называемая «трудная проблема» сознания остаётся одной из величайших неразрешённых загадок науки. Но изучение того, что меняется, когда мы теряем эту способность, помогает раскрыть некоторые её секреты.

Хотя обычный сон также подразумевает потерю сознания, общие анестетики позволяют отключить его в любой момент, что значительно упрощает исследование.

Уникальность нашего сознательного опыта — общепризнанный факт. Считается, что сознание каждого человека или животного сугубо индивидуально.

Андреа Луппи, нейробиолог из Кембриджского университета, исследовал, могут ли общие анестетики пролить свет на этот феномен. Он изучал мозг людей под общим наркозом с помощью функциональной МРТ (фМРТ).

Эта технология позволяет регистрировать мозговой кровоток и наблюдать за воздействием препаратов.

Луппи особенно интересовала так называемая «функциональная связность» — показатель способности разных областей мозга общаться и координировать свою активность.

Обычно такая нейронная активность имеет настолько уникальный паттерн, что может служить своего рода «отпечатком пальца» для идентификации человека.

Однако Луппи и его коллеги обнаружили, что под наркозом индивидуальные мозги становились менее «уникальными» и более похожими друг на друга.

Интригующе, но мозг человека под наркозом также меньше отличался от мозга других приматов. Это говорит о том, что наиболее чувствительные к анестезии области мозга — это те, что появились относительно недавно в эволюционном плане.

Луппи считает, что ключевая особенность анестезии заключается в блокировке связи между удалёнными областями мозга.

В состоянии бодрствования разные области могут взаимодействовать, даже не имея прямых связей. Однако под наркозом это явление встречается редко: здесь, похоже, общаются только те регионы, которые соединены напрямую.

«Во время бодрствования поток сознания направляет последовательность мозговых паттернов, через которые мы проходим», — написал Луппи в комментарии, опубликованном в 2024 году.

Под наркозом же мозговая активность теряет это направление, поясняет эксперт.

Находки Луппи согласуются с идеей, что сознание не возникает из активности одной конкретной области мозга. Скорее, это результат работы сети: эмерджентное явление, рождённое координацией между различными мозговыми центрами. Это похоже на паралич правительства из-за коллапса систем связи в стране.

Луппи также считает, что общие анестетики могут пролить свет на то, как психоделические вещества, такие как ЛСД или псилоцибин (так называемые «галлюциногенные грибы»), изменяют сознание.

В то время как анестетики снижают связь между разными областями мозга, психоделики, похоже, вызывают обратный эффект: они побуждают мозг открывать новые пути для общения.

Тем не менее, ещё многое предстоит узнать о том, где именно в человеческом мозге находится сознание.

«Наши знания о сознании довольно рудиментарны», — утверждает Борис Хайфец, доцент анестезиологии, периоперационной медицины и лечения боли в Стэнфордском университете, Калифорния.

«Так что, если вы найдёте кого-то, кто сможет объяснить, как работает сознательный опыт, пожалуйста, дайте мне знать. Мне бы очень хотелось поговорить с этим человеком».