يكشف القياس المتزامن للإيقاعات العصبية والارتفاعات عبر خمس مناطق دماغية كيف يتسبب البروبوفول في فقدان الوعي.
في نظرة عميقة ومفصلة بشكل فريد حول كيفية تسبب مخدر البروبوفول الشائع في فقدان الوعي ، أظهر تعاون من المختبرات في معهد بيكوير للتعلم والذاكرة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنه بينما يترسخ الدواء في الدماغ ، يتم التنسيق بين مجموعة واسعة من المناطق بواسطة إيقاعات بطيئة جدًا تحافظ على وتيرة ضعيفة متناسبة من النشاط العصبي . يؤدي التحفيز الكهربائي لمنطقة أعمق ، المهاد ، إلى استعادة تزامن الإيقاعات الطبيعية ذات التردد العالي ومستويات النشاط في الدماغ ، وإيقاظ الدماغ احتياطيًا واستعادة الإثارة.
يقول إيرل ميللر ، أستاذ علم الأعصاب في بيكوير والمؤلف المشارك للدراسة في eLife: "هناك علم نفس شعبي أو افتراض ضمني أن ما يفعله التخدير هو ببساطة" إيقاف "الدماغ. "ما نظهره هو أن البروبوفول يتغير ويتحكم بشكل كبير في ديناميكيات إيقاعات الدماغ."
تعتمد الوظائف الواعية ، مثل الإدراك والفهم ، على اتصالات الدماغ المنسقة ، ولا سيما بين المهاد ومناطق سطح الدماغ ، أو القشرة ، في مجموعة متنوعة من نطاقات التردد التي تتراوح من 4 إلى 100 هرتز. أظهرت الدراسة أن البروبوفول يبدو أنه يخفض التنسيق بين منطقة المهاد والقشرة المخية إلى ترددات حول 1 هرتز فقط.
تعاون مختبر ميللر ، بقيادة باحث ما بعد الدكتوراة أندريه باستوس وطالب الدراسات العليا السابق جاكوب دونوجو ، مع معمل المؤلف الرئيسي المشارك إيمري إن براون ، وهو أستاذ إدوارد هود تابلين للهندسة الطبية وعلم الأعصاب الحاسوبي وطبيب التخدير في مستشفى ماساتشوستس العام. لذلك وحّد التعاونُ خبرةَ مختبر ميلر حول كيفية تنسيق الإيقاعات العصبية للقشرة لإنتاج وظيفة دماغية واعية , مع خبرة مختبر براون في علم الأعصاب للتخدير والتحليل الإحصائي للإشارات العصبية.
يقول براون إن الدراسات التي تظهر كيف يغير التخدير إيقاعات الدماغ يمكن أن تحسن بشكل مباشر من سلامة المريض لأن هذه الإيقاعات يمكن رؤيتها بسهولة على مخطط كهربية الدماغ في غرفة العمليات. تقدم النتيجة الرئيسية للدراسة المتمثلة في توقيع إيقاعات بطيئة جدًا عبر القشرة المخيّة نموذجًا للقياس المباشر عندما يدخل الأشخاص في حالة فقدان الوعي بعد تناول البروبوفول ، ومدى عمق الحفاظ عليهم في هذه الحالة ، ومدى سرعة استيقاظهم بمجرد انتهاء جرعات البروبوفول .
يقول براون: "يمكن لأطباء التخدير استخدام هذا كوسيلة لرعاية المرضى بشكل أفضل".
درس براون منذ فترة طويلة كيفية تأثر إيقاعات الدماغ عند البشر تحت التخدير العام عن طريق إجراء وتحليل قياسات الإيقاعات باستخدام أقطاب تخطيط كهربية الدماغ لفروة الرأس ، وإلى حد محدود ، الأقطاب القشرية في مرضى الصرع. نظرًا لأن الدراسة الجديدة أجريت على نماذج حيوانية لتلك الديناميكيات ، فقد تمكن الفريق من زرع أقطاب كهربائية يمكنها قياس نشاط أو "ارتفاع" العديد من الخلايا العصبية الفردية والإيقاعات في القشرة والمهاد. قال براون إن النتائج تعمق بشكل كبير وتوسع نطاق النتائج التي توصل إليها في الناس.
على سبيل المثال ، نفس الخلايا العصبية التي قاموا بقياسها بالثرثرة مع ارتفاعات الجهد 7-10 مرات في الثانية أثناء اليقظة ، يتم إطلاقها بشكل روتيني مرة واحدة فقط في الثانية أو أقل أثناء فقدان الوعي الناجم عن البروبوفول ، وهو تباطؤ ملحوظ يسمى "حالة السقوط". إجمالاً ، أجرى العلماء قياسات متزامنة مفصلة للإيقاعات والارتفاعات في خمس مناطق: اثنتان في مقدمة القشرة ، واثنتان في الخلف ، والمهاد.
يقول براون: "ما هو مقنع للغاية هو أننا نخفض البيانات إلى مستوى الارتفاع المفاجئ". "تعدل التذبذبات البطيئة نشاط الارتفاع عبر أجزاء كبيرة من القشرة."
بقدر ما توضح الدراسة كيف يولّد البروبوفول اللاوعي ، فإنه يساعد أيضًا في تفسير التجربة الموحدة للوعي ، كما يقول ميللر.
يقول ميلر: "يجب أن تكون كل القشرة الدماغية على نفس الدرجة لإنتاج الوعي". إحدى النظريات حول كيفية عمل ذلك هي من خلال حلقات المهاد القشرية التي تسمح للقشرة الدماغية بالمزامنة (التنظيم الزمني ) . قد يكسر البروبوفول التشغيل الطبيعي لتلك الحلقات عن طريق مزامنتها المفرطة في حالات طويلة. إنه يعطل قدرة القشرة على التواصل ".
على سبيل المثال ، من خلال إجراء قياسات في طبقات متميزة من القشرة ، وجد الفريق أن إيقاعات "جاما" ذات التردد العالي ، والتي ترتبط عادةً بالمعلومات الحسية الجديدة مثل المشاهد والأصوات ، قد تقلصت بشكل خاص في الطبقات السطحية. تم تقليل موجات "ألفا" و "بيتا" ذات التردد المنخفض ، والتي أظهر ميلر أنها تميل إلى تنظيم معالجة المعلومات التي تحملها إيقاعات جاما ، بشكل خاص في الطبقات العميقة.
بالإضافة إلى التزامن السائد بترددات بطيئة للغاية ، لاحظ الفريق إشارات أخرى لفقدان الوعي في البيانات. كما لاحظ براون وآخرون في البشر من قبل ، كانت قوة إيقاع ألفا وبيتا أعلى بشكل ملحوظ في المناطق الخلفية من القشرة أثناء اليقظة ، ولكن بعد فقدان قوة الوعي عند تلك الإيقاعات انقلبت لتصبح أعلى بكثير في المناطق الأمامية.
أظهر الفريق كذلك أن تحفيز المهاد بنبض عالي التردد للتيار (180 هرتز) أزال تأثيرات البروبوفول.
كتب المؤلفون في الدراسة: "أنتج التحفيز حالة قشرية تشبه اليقظة عن طريق زيادة معدلات الارتفاع وتقليل طاقة التردد البطيء". "في جميع المجالات ، كانت هناك زيادة ملحوظة في الارتفاع أثناء فترة التحفيز مقارنة بخط الأساس قبل التحفيز."
قام الباحثون بقياس مدى قوة تزامن موجات الدماغ قبل وأثناء وبعد التخدير باستخدام البروبوفول. تظهر البيانات من البحث زيادات قوية في التزامن فقط في ترددات بطيئة للغاية (لون أحمر عميق على طول القاع) بين المهاد وأربع مناطق قشرية بينما كانت الحيوانات غير واعية.
المصدر