Den omedvetna hjärnan består av oanslutna öar, säger forskare

Den mänskliga hjärnan är den enda anledningen till att vår art har överlevt på denna planet för så länge, men även den har en blind punkt. När det är omedvetet - oavsett på grund av sömn, anestesi eller koma - vi sitter änder. Det betyder inte att hjärnan är helt stängd, dock. Studier av den omedvetna hjärnan har visat att det fortfarande är aktivt, men vad det egentligen är gör är någon gissning.

I en trio av papper publicerade på onsdagen presenterade neurovetenskapsmän från University of Michigan Medical School Center for medvetenhetsvetenskap sin senaste stab för att förstå det omedvetna sinnes machinations. Snarare än att stänga helt, förklarade ett lag i Trender i neurovetenskaper papper, stänger några av hjärnans kommunikationsvägar under medvetslöshet, varför processer inte spelar ut normalt, även om hjärnans olika delar fortfarande är aktiva.

"Vi undersökte medvetslöshet på tre olika villkor: fysiologiskt, farmakologiskt och patologiskt", säger professor George A. Mashour, University of Michigan Medical School, professor i studien, i ett uttalande på onsdagen.

"Vi fann att under medvetslöshet skapar störd anslutning i hjärnan och större modularitet en miljö som är oskadlig för den typ av effektiv informationsöverföring som krävs för medvetandet."

Denna studie, tillsammans med relaterade papper i Gränser inom mänsklig neurovetenskap och den Journal of Neuroscience, baserades på Mashours långvariga hypotes om att anestesi inte stänger av hjärnan men snarare avbryter kommunikationen mellan sina olika regioner. Medvetenhet, som vi förstår det, är beroende av snabbbrandsignaler som skickas från ett område till ett annat. Att behålla det är att säkerställa att mat kan levereras till alla städer i ett land. Även om gårdar producerar varor och städer är redo att ta emot dem, bryter hela processen om vägarna är blockerade.

"I stället för att se ett högt kopplat hjärnanätverk resulterar anestesi i en mängd öar med isolerad kognition och behandling," sa Mashour.

Mashour och hans kollegor stödde denna hypotes genom att titta på hjärnorna hos människor i omedvetna tillstånd, oavsett om de är medicinskt inducerade med anestesi, sederade i sömnliknande tillstånd eller vegetativa. I Journal of Neuroscience artikel, Mashour och Anthony G. Hudetz, Ph.D., papperets seniorförfattare och även professor i anestesiologi, visade att hjärnor i de tidiga stadierna av sedation tar mycket längre tid att bearbeta information, vilket ligger i linje med hypotesen att kommunikation saktar ner under medvetslöshet. De visade också att de enskilda regionerna i hjärnan började fokusera sin aktivitet inåt snarare än externt, ytterligare stödja tanken att medvetslöshet manifesterar sig som hjärnans "öar".

"Att åtdragningen kan leda till oförmåga att ansluta till avlägsna områden", säger Hudetz i ett uttalande.

I Gränser inom mänsklig neurovetenskap papper, arbetade laget med fysiker UnCheol Lee, Ph.D., för att kvantifiera mängden "informationsintegration" i hjärnan under medvetslöshet. Nyckeltanken i integrerad informationsteori, en framträdande (och mycket komplex) förklaring till medvetandet, är att "ett system är medvetet om det äger en egenskap som heter Φ eller phi, vilket är ett mått på systemets" integrerade information "som sätta den i 2015. Lee och kollegor tänkte att om hjärnan isolerade sina regioner i små öar under medvetslöshet, skulle det vara mindre integrerat. Mätning av phi som människors hjärnor smed in i medvetslöshet, de fann att det verkligen minskade.

Förståelse av medvetslöshet är särskilt viktigt för anestesiologer, vars jobb är beroende av att sätta människor in i det tillståndet och väsentligt få dem oskadd. Att veta vilka vägar i hjärnan stängs av och hur det minskade flödet av signaler påverkar sina olika regioner kommer också att hjälpa forskare att bättre förstå människor i koma - och hur eller huruvida de kan återlämnas till ett medvetet tillstånd.