Oamenii de știință au trasat o hartă cuprinzătoare a celulelor creierului responsabile pentru a ne ține treji. Procedând astfel, ei urmăresc să înțeleagă mai bine mecanismele care permit conștiința umană și să îmbunătățească tratamentele pentru persoanele aflate în comă și stări vegetative.
„Este un studiu frumos”, a spus Dr. Nicholas Schiffprofesor de neurologie și neurostiinta la Weill Cornell Medicine care nu a fost implicat în noua cercetare. „Este o hartă a tuturor”.
Schiff, care a colaborat cu unii dintre autorii studiului în trecut, speră că noua hartă poate servi drept șablon pentru ca oamenii de știință să se întoarcă și să privească pacienții cu stări modificate de conștiință. O astfel de muncă ar putea ajuta la clarificarea exactă a modului în care această rețea de veghe poate fi întreruptă și a ceea ce este necesar pentru a o readuce online. Este un instrument care ar putea ajuta oamenii de știință să identifice care activitate cerebrală este „necesară și suficientă” pentru a menține pe cineva treaz și conștient, a spus Schiff pentru Live Science.
Noul studiu a fost publicat miercuri (1 mai) în jurnal Medicină translațională a științei.
Legate de: Ce se întâmplă în creierul nostru când ne „auzim” propriile gânduri?
Cartografierea conștiinței
Conștiința umană ia naștere dintr-un dans delicat între suprafața încrețită a creierului, cunoscută sub numele de cortex cerebral, și structurile „subcorticale” mai profunde de sub acesta. Circuitele din cortex ne direcționează atenția și procesează informațiile din lumea din jurul nostru, în timp ce rețelele subcorticale se conectează la aceste circuite de jos, menținându-le în esență active.
„Trimite semnalele care activează și stimulează întregul rest al creierului”, a spus primul autor Dr. Brian Edlowco-director al Mass General Neuroscience și director al Laboratorului pentru NeuroImaging a Comei și Conștiinței.
Astfel, conștiința este o „interacțiune fără întreruperi a acestor rețele subcorticale cu aceste rețele corticale”, a spus Schiff. „Este un artificiu, cred, să încerci să despart aceste lucruri”.
Dar înțelegerea de către oamenii de știință a rețelelor subcorticale ale oamenilor este incompletă. Se bazează în mare măsură pe experimente pe animale, în care oamenii de știință pot injecta substanțe chimice urmăribile în creier și apoi pot îndepărta organul pentru a vedea bine unde au ajuns. La oamenii vii, aceste rețele adânci sunt situate în apropierea arterelor majore și a sinusurilor pline cu aer și, de asemenea, se mișcă puțin la fiecare respirație, făcând scanările standard ale creierului mai puțin clare și greu de descifrat. Prin contrast, rețelele din cortexul uman sunt mai ușor de imaginat și au fost mult mai bine studiate.
Pentru a ajuta la eliminarea acestei lacune de cunoștințe, oamenii de știință din spatele noului studiu au analizat creierele de la trei donatori de organe de vârstă mijlocie. Utilizarea creierului post-mortem a permis echipei să „carteze rețelele cerebrale la rezoluție ultraînaltă și să vadă conexiuni care pur și simplu nu pot fi văzute atunci când scanezi o ființă umană vie”, a spus Edlow pentru Live Science.
Acești donatori de organe nu au avut probleme neurologice când au murit, iar creierul lor a fost păstrat cu grijă în formaldehidă. Cercetătorii au colorat creierul cu substanțe chimice colorate pentru a marca diferite tipuri de celule cerebrale și apoi au introdus creierul într-un scaner de rezonanță magnetică (RMN) timp de până la 48 de ore.
Acest lucru a dus la hărți incredibil de de înaltă rezoluție ale structurilor subcorticale care au fost legate de starea de veghe în cercetările anterioare. Echipa a urmărit manual conexiunile dintre celulele creierului din aceste structuri, ținând cont de direcția în care apa va curge pe firele lor. Această măsurătoare capturată de RMN poate ajuta la dezvăluirea cât de puternic sunt conectate diferite noduri dintr-o rețea.
Acest lucru a dezvăluit noduri majore ale rețelei de veghe în mai multe structuri subcorticale – trunchiul cerebral, hipotalamus și talamus – precum și o parte a cortexului numită procreierul bazal. S-a confirmat că această rețea este legată de un circuit implicat în conștientizare. Cunoscut ca rețea în modul impliciteste foarte activ atunci când visăm cu ochii deschiși și nu ne concentrăm pe o anumită sarcină.
Legate de: Tratamentul cu ultrasunete a „început” creierul a 2 persoane în stare asemănătoare comă
Pentru a-și susține munca în creierul post-mortem, echipa a analizat și datele RMN funcționale de la peste 80 de persoane care au participat la studiu. Proiectul Human Connectome, un efort condus de guvern de a mapa toate rețelele din creierul uman. Aceste scanări suplimentare ale creierului, care au analizat fluxul de sânge oxigenat, au evidențiat un centru unde aceste rețele de conștientizare și de veghe se întâlnesc: zona tegmentală ventrală.
Luate împreună, scanările post-mortem ale creierului au furnizat hărți ale autostrăzilor din creier, în timp ce scanările în direct au arătat modele de trafic de-a lungul acelor drumuri. „Considerăm descoperirile noastre ca pe o hartă inițială care depășește rezoluția spațială care a fost obținută anterior”, a spus Edlow. Privind în viitor, cercetătorii speră să îmbunătățească și mai mult rezoluția hărții.
În acest moment, nu este clar cum ar putea noua hartă să modeleze tratamentul pacienților aflați în comă, stări vegetative sau minim conștiente, a remarcat Schiff. Dar ar trebui să fie un instrument util pentru a înțelege și trata mai bine aceste afecțiuni, a adăugat el.
„Ne imaginăm că aceste hărți de conectivitate ne vor permite să punem împreună, câte un individ, combinația de conexiuni care sunt necesare și suficiente pentru a-și recupera conștiința”, a spus Edlow.
Te-ai întrebat vreodată de ce unii oameni își construiesc mușchi mai ușor decât alții sau de ce ies pistruii la soare? Trimite-ne întrebările tale despre cum funcționează corpul uman community@livescience.com cu subiectul „Health Desk Q” și este posibil să vedeți răspunsul la întrebarea dvs. pe site!