Ученые составили подробную карту клеток головного мозга, ответственных за то, чтобы мы бодрствовали. При этом они стремятся лучше понять механизмы, обеспечивающие человеческое сознание, и улучшить лечение людей, находящихся в коме и вегетативных состояниях.
«Это прекрасное исследование», — сказал Доктор Николас Шиффпрофессор неврологии и нейробиология из Weill Cornell Medicine, который не принимал участия в новом исследовании. «Это карта всего».
Шифф, который в прошлом сотрудничал с некоторыми авторами исследования, надеется, что новая карта может послужить ученым шаблоном, чтобы вернуться назад и посмотреть на пациентов с измененными состояниями сознания. Такая работа могла бы помочь прояснить, как именно можно нарушить работу этой сети бодрствования и что необходимо, чтобы вернуть ее в работу. Это инструмент, который может помочь ученым определить, какая активность мозга «необходима и достаточна», чтобы человек оставался бодрствующим и сознательным, рассказал Шифф Live Science.
Новое исследование было опубликовано в среду (1 мая) в журнале Научная трансляционная медицина.
Связанный: Что происходит в нашем мозгу, когда мы «слышим» свои мысли?
Содержание
Картирование сознания
Человеческое сознание возникает в результате тонкого танца между морщинистой поверхностью мозга, известной как кора головного мозга, и более глубокими «подкорковыми» структурами под ней. Цепи в коре направляют наше внимание и обрабатывают информацию из окружающего нас мира, в то время как подкорковые сети подключаются к этим цепям снизу, по существу поддерживая их активность.
«Он посылает сигналы, которые активируют и стимулируют всю остальную часть мозга», — сказал первый автор. Доктор Брайан Эдлоусодиректор Отделения массовой общей неврологии и директор Лаборатории нейровизуализации комы и сознания.
Таким образом, сознание — это «бесшовное взаимодействие этих подкорковых сетей с этими кортикальными сетями», — сказал Шифф. «Я думаю, что попытка разделить эти вещи — это уловка».
Но понимание учёными подкорковых сетей человека является неполным. Он во многом опирается на эксперименты на животных, в ходе которых ученые могут вводить в мозг отслеживаемые химические вещества, а затем удалять орган, чтобы лучше понять, где они оказались. У живых людей эти глубоко расположенные сети расположены рядом с крупными артериями и заполненными воздухом пазухами, а также немного перемещаются при каждом вдохе, что делает стандартные снимки мозга менее четкими и трудными для расшифровки. Напротив, сети в коре головного мозга человека легче визуализировать, и они гораздо лучше изучены.
Чтобы закрыть этот пробел в знаниях, ученые, стоящие за новым исследованием, изучили мозг трех доноров органов среднего возраста. Использование посмертного мозга позволило команде «составить карту мозговых сетей со сверхвысоким разрешением и увидеть связи, которые просто невозможно увидеть при сканировании живого человека», рассказал Эдлоу журналу Live Science.
У этих доноров органов не было неврологических проблем, когда они умерли, а их мозг был тщательно сохранен в формальдегиде. Исследователи окрасили мозг красочными химическими веществами, чтобы отметить различные типы клеток мозга, а затем поместили мозг в сканер магнитно-резонансной томографии (МРТ) на срок до 48 часов.
В результате были созданы карты подкорковых структур невероятно высокого разрешения, которые в предыдущих исследованиях были связаны с бодрствованием. Команда вручную проследила связи между клетками мозга в этих структурах, принимая во внимание направление, в котором вода будет течь по их проводам. Этот показатель, полученный с помощью МРТ, может помочь выявить, насколько сильно связаны между собой различные узлы в сети.
Эта работа выявила основные узлы сети бодрствования в нескольких подкорковых структурах — стволе мозга, гипоталамусе и таламусе, а также в части коры, называемой базальным передним мозгом. Было подтверждено, что эта сеть связана с цепью, участвующей в осознании. Известный как сеть режима по умолчаниюон очень активен, когда мы мечтаем и не сосредоточены на конкретной задаче.
Связанный: Ультразвуковое лечение «запустило» работу мозга двух человек, находящихся в состоянии комы
Чтобы подтвердить свою работу над посмертным мозгом, команда также изучила данные функциональной МРТ более чем 80 человек, принимавших участие в исследовании. Проект человеческого коннектома, возглавляемая правительством попытка составить карту всех сетей человеческого мозга. Эти дополнительные сканирования мозга, в ходе которых изучался поток насыщенной кислородом крови, указали на центр, где встречаются эти сети осознания и бодрствования: вентральную область покрышки.
В совокупности посмертное сканирование мозга предоставило карты магистралей в мозгу, а сканирование в реальном времени показало схемы движения по этим дорогам. «Мы рассматриваем наши результаты как первоначальную карту, выходящую за пределы достигнутого ранее пространственного разрешения», — сказал Эдлоу. Заглядывая в будущее, исследователи надеются еще больше улучшить разрешение карты.
На данный момент неясно, как именно новая карта может повлиять на лечение пациентов в коме, вегетативном или минимально сознательном состоянии, отметил Шифф. Но это должен быть полезный инструмент для лучшего понимания и лечения этих состояний, добавил он.
«Мы предполагаем, что эти карты связей позволят нам собрать воедино, по одному человеку, комбинацию связей, которые необходимы и достаточны для восстановления сознания», — сказал Эдлоу.
Вы когда-нибудь задумывались, почему некоторые люди наращивают мышцы легче, чем другие или почему веснушки вылезают на солнце? Присылайте нам свои вопросы о том, как работает человеческое тело, чтобы сообщество@livescience.com с темой «Health Desk Q», и вы сможете увидеть ответ на свой вопрос на веб-сайте!
