Где в мозге находится центр сознания и бодрствования?

Бодрcтвуете вы, спите или находитесь без сознания — решающую роль в этом играет определенный участок в таламусе. Если на него влиять при помощи мозговой стимуляции, макаки просыпаются даже из глубокого наркоза, доказывает эксперимент.

В мозге обнаружен участок, который отвечает за состояние бодрствования. Это дает шансы на то, что однажды пациентов можно будет вывести из глубокой комы, применив мозговое стимулирование, сообщают ученые в журнале «Neuron».

Где в мозгу расположен центр сознания? Какие схемы нервной активности определяют, бодрствуем мы или находимся без сознания? До сих пор на эти вопросы нет окончательного ответа. Но исследования показывают, что на для активного осознания требуется взаимодействие между корой головного мозга и таламусом — частью промежуточного мозга. Средства для наркоза подавляют эту связь, также она повреждена и у пациентов в коме.

Еще один шаг навстречу расшифровке нашего сознания сделала Мишель Редингбот (Michelle Redinbaugh) из Университета Висконсина в Мэдисоне и ее коллеги. Для своего исследования ученые проанализировали мозговую активность макак в состоянии бодрствования, во сне и под наркозом. При этом оказалось, что на изменение состояния сознания прежде всего реагируют нейроны в таламусе и в глубоких слоях коры головного мозга.

«Наше исследование на основе функциональной МРТ и электрофизиологии предполагает, что сознание зависит от крупномасштабных таламокортикальных и кортикокортикальных взаимодействий. Тем не менее, неясно, какие нейронные цепи и нейроны в разных слоях коры в этом задействованы. Мы одновременно регистрировали активность и от центрального латерального таламуса (CL) и через слои лобно-теменной коры у бодрствующих, спящих и макак под наркозом. Мы обнаружили, что нейроны в таламусе и глубоких слоях коры наиболее чувствительны к изменениям уровня сознания».

Но как связаны эти участки? Какой из них дает сигнал бодрствовать или засыпать? Чтобы это выяснить, ученые имплантировали обезьянам электроды в различные части таламуса и головной коры — подобные тем, которые используются для стимуляции при болезни Паркинсона или депрессии. Затем ученые стимулировали эти места слабыми импульсами тока, пока животные глубоко спали, либо были под наркозом.

Результат: когда ученые раздражали определенный участок в таламусе, макаки внезапно просыпались. «Животные открывали глаза и моргали, хватали объекты и двигали лицом и телом, как в состоянии бодрствования», — сообщила Рединбот с коллегами. Обезьяны реагировали и на прикосновения, а их сердцебиение и дыхание ускорялись.

«Они вели себя так, будто были в сознании», — говорит коллега Рединбот Юри Саалманн (Yuri Saalmann). Это проявилось также и на схеме мозговой активности. «Раздражая этот участок, мы можем в коре головного мозга спровоцировать ту нейронную активность, которая обычно проявляется в состоянии бодрствования».

Такое пробуждение функционировало как у спящих, так и в отношении животных, которые были введены в состояние сна наркозом — медикаментами профолом или изофлураном. Но как только мозговая стимуляция прекращалась, животные снова впадали в глубокий обморок.

По мнению ученых, это показывает, что так называемый центролатеральний таламус играет ключевую роль для активации сознания. Вероятно, он передает импульсы, активирующие коммуникационную сеть между таламусом и корой головного мозга. Зато стимулирование связанных с таламусом слоев коры головного мозга не было достаточным, чтобы вызвать бодрствование, доказывают эксперименты.

Что это означает на практике? С одной стороны, результаты дают важные сведения о том, как функционирует наше сознание. Ведь когда осуществляют эксперимент на обезьянах, обнаруженные эффекты можно экстраполировать на людей, отмечает Кристоф Кох (Christof Koch) из Алленського институт мозговых наук (Сиэтл, США): «Различие между людьми и обезьянами, особенно на этом фундаментальном уровне мозга, очень незначительно».

С другой стороны, данный опыт порождает надежду, что однажды в результате такой мозговой стимуляции можно будет пробуждать пациентов из комы. «Главной мотивацией для наших исследований является возможность обеспечить людям с поврежденным сознанием лучшую жизнь, — сказала Рединбот. — для этого мы должны понять, какой механизм для этого необходим. Затем мы сможем целенаправленно сосредоточиться на этом участке мозга».

Ранее в 2016 году одна научная команда уже смогла разбудить пациента из вегетативного состояния ультразвуковым стимулированием таламуса. Другая команда во главе с Николасом Шиффом (Nicholas Schiff) из Корнелльского университета целенаправленной стимуляцией центролатерального таламуса добилась у пациентов в коме заметного изменения мозговых потоков.

Этот подход считают перспективным и другие нейрологи: «Я полностью согласен, что эти исследования могут иметь важный терапевтический и клинический эффект», — комментирует Игор Каган (Igor Kagan) из Немецкого центра приматов в Геттингене.

Так или иначе, нужно еще выяснить, в результате такой мозговой стимуляции пациенты полностью приходят в себя. У обезьян этого не происходило, считает Николас Шифф. «Поведенческие тесты пока очень ограничены и в исследованиях на людях, у которых происходит переход от вегетативного состояния к минимальной сознательной активности», — прокомментировал он.

Источники:

• Hirnstimulation weckt bewusstlose Affen
• Thalamus Modulates Consciousness via Layer-Specific Control of Cortex