Nowe odkrycie z Uniwersytetu w Tel Awiwie może dostarczyć klucza do wielkiej naukowej zagadki: w jaki sposób przebudzony mózg przekształca bodźce zmysłowe w świadome doświadczenie? Przełomowe badanie opierało się na danych zebranych z elektrod wszczepionych do celów medycznych głęboko w ludzkim mózgu. Informacje wykorzystano do zbadania różnic między reakcją kory mózgowej na dźwięki podczas snu i czuwania, przy rozdzielczości pojedynczych neuronów.
Naukowcy byli zaskoczeni odkryciem, że reakcja mózgu na dźwięk pozostaje silna podczas snu we wszystkich parametrach oprócz jednego: poziomu fal alfa-beta związanych z uwagą na bodźce słuchowe i związanych z nim oczekiwań. Oznacza to, że podczas snu mózg analizuje bodźce słuchowe, ale nie jest w stanie skupić się na dźwięku ani go zidentyfikować, a zatem nie powstaje świadoma świadomość.
Badanie było prowadzone przez dr Hannę Hayat, przy dużym udziale dr Amita Marmelshteina, w laboratorium prof. prof. Icchaka Frieda z Centrum Medycznego UCLA. Inni uczestnicy to: dr Aaron Krom i dr Yaniv Sela z grupy prof. Nira oraz dr Ido Strauss i dr Firas Fahoum z Tel Aviv Sourasky Medical Center (Ichilov). Artykuł został opublikowany w czasopiśmie Nature Neuroscience.
Prof. Nir: „To badanie jest wyjątkowe, ponieważ opiera się na rzadkich danych z elektrod wszczepionych głęboko w ludzki mózg, umożliwiając monitorowanie w wysokiej rozdzielczości, aż do poziomu poszczególnych neuronów, aktywności elektrycznej mózgu. Ze zrozumiałych powodów elektrody nie mogą być wszczepiane do mózgu żywych ludzi tylko ze względu na badania naukowe.Ale w tym badaniu byliśmy w stanie zastosować specjalną procedurę medyczną, w której elektrody wszczepiono do mózgów pacjentów z padaczką, monitorując aktywność w różnych częściach ich ciała. mózgu do celów diagnozy i leczenia. Pacjenci zgłosili się na ochotnika, aby pomóc zbadać reakcję mózgu na stymulację słuchową podczas czuwania w porównaniu ze snem”.
Naukowcy umieścili głośniki emitujące różne dźwięki przy łóżku pacjentów i porównali dane z wszczepionych elektrod – aktywność neuronową i fale elektryczne w różnych obszarach mózgu – podczas czuwania z różnymi etapami snu. W sumie zespół zebrał dane z ponad 700 neuronów, po około 50 neuronów u każdego pacjenta, w ciągu 8 lat.
Dr Hayat: „Po odebraniu dźwięków do ucha, sygnały są przekazywane z jednej stacji do drugiej w mózgu. Do niedawna uważano, że podczas snu sygnały te szybko zanikają, gdy dotrą do kory mózgowej. danych z elektrod, z zaskoczeniem odkryliśmy, że reakcja mózgu podczas snu była znacznie silniejsza i bogatsza niż się spodziewaliśmy. Co więcej, ta potężna odpowiedź rozprzestrzeniła się na wiele obszarów kory mózgowej. Siła reakcji mózgu podczas snu była podobna do reakcja obserwowana podczas czuwania, we wszystkich poza jedną specyficzną cechą, w której zarejestrowano dramatyczną różnicę: poziom aktywności fal alfa-beta”.
Naukowcy wyjaśniają, że fale alfa-beta (10-30 Hz) są powiązane z procesami uwagi i oczekiwania, które są kontrolowane przez sprzężenie zwrotne z wyższych obszarów mózgu. Gdy sygnały przemieszczają się „z dołu do góry” z narządów zmysłów do wyższych regionów, występuje również ruch „z góry na dół”: wyższe regiony, opierając się na wcześniejszych informacjach, które zgromadziły się w mózgu, działają jako przewodnik, wysyłając sygnały do poinstruuj regiony czuciowe, na których bodźcach należy się skoncentrować, które należy zignorować itp. Tak więc, na przykład, gdy dany dźwięk jest odbierany w uchu, wyższe regiony mogą stwierdzić, czy jest on nowy, czy znajomy i czy zasługuje na to uwagę czy nie. Ten rodzaj aktywności mózgu objawia się tłumieniem fal alfa-beta i rzeczywiście, wcześniejsze badania wykazały wysoki poziom tych fal w stanach spoczynku i znieczulenia. Według ostatnich badań siła fal alfa-beta jest główną różnicą między reakcją mózgu na bodźce słuchowe w stanach czuwania a snem.
Prof. Nir podsumowuje: „Nasze odkrycia mają szerokie implikacje wykraczające poza ten konkretny eksperyment. Po pierwsze, dostarczają ważnego klucza do starożytnej, fascynującej zagadki: Jaki jest sekret świadomości? Czym jest „czynnik X”, aktywność mózgu, która jest unikalny dla świadomości, pozwalający nam być świadomym tego, co dzieje się wokół nas, gdy nie śpimy, i znikać, gdy śpimy?W tym badaniu odkryliśmy nowy trop, a w przyszłych badaniach zamierzamy dalej badać mechanizmy odpowiedzialne za tę różnicę.
„Ponadto, po zidentyfikowaniu określonej cechy mózgu, która różni się między stanami świadomości i nieświadomości, mamy teraz wyraźną miarę ilościową – pierwszą tego rodzaju – do oceny świadomości jednostki na temat nadchodzących dźwięków. Mamy nadzieję, że w w przyszłości, dzięki ulepszonym technikom pomiaru fal mózgowych alfa-beta i nieinwazyjnym metodom monitorowania, takim jak EEG, możliwa będzie dokładna ocena stanu świadomości osoby w różnych sytuacjach: weryfikacja, czy pacjenci pozostają nieprzytomni podczas zabiegu chirurgicznego, monitorowanie świadomość osób z demencją lub ustalenie, czy osoba rzekomo w stanie śpiączki, niezdolna do komunikacji, jest naprawdę nieświadoma swojego otoczenia.W takich przypadkach niski poziom fal alfa-beta w odpowiedzi na dźwięk może sugerować, że osoba uważana za nieprzytomną może rzeczywiście dostrzegać i rozumieć słowa mówione wokół niego. Mamy nadzieję, że nasze odkrycia posłużą jako podstawa do rozwijania efektów nowe metody pomiaru poziomu świadomości osób, które rzekomo znajdują się w różnych stanach nieświadomości.”
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet w Tel-Awiwie. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.