大脑如何失去和恢复意识(附视频)

自19世纪中期以来，医生们就开始使用药物对接受手术的病人进行全身麻醉。尽管它们被广泛使用，但很少有人知道这些药物是如何造成如此严重的意识丧失的。

在一项新的跟踪研究中大脑的活动麻省理工学院和麻省总医院(MGH)的研究人员对人类志愿者在失去和恢复意识的两个小时内进行了研究，发现了与精神障碍不同阶段相关的独特大脑模式全身麻醉．这一发现揭示了一种常用的麻醉药物是如何发挥作用的，并可以帮助医生在手术中更好地监控患者，防止患者在手术中醒来的罕见情况。

麻醉师现在依赖于一个监控系统脑电图(脑电图)信息，并将其组合成0到100之间的单个数字。然而，根据这项新研究的作者，该指数实际上掩盖了最有用的信息美国国家科学院院刊3月4日那一周。

当麻醉师在治疗病人时手术室麻省理工学院大脑和认知科学、健康科学和技术教授、资深作者埃默里·布朗说:“他们可以利用这篇文章中的信息来确定某人是无意识的，他们可以知道这个人什么时候可能会恢复意识。麻醉师在MGH。

这篇论文的主要作者是马萨诸塞州医院和哈佛医学院的麻醉讲师帕特里克·博登(Patrick Purdon)。

独特的模式

去年秋天，博登、布朗和同事发表了一项关于癫痫患者在麻醉状态下大脑活动的研究。作为癫痫治疗的一部分，研究人员将电极植入患者的大脑，从而能够识别出麻醉期间出现的标志性脑电图模式。

在这项新的研究中，研究人员研究了健康的志愿者，用连接在头皮上的64个电极阵列测量他们的大脑活动。他们不仅发现了与去年的研究相对应的模式，而且还能辨别出更多的细节，因为他们在较长一段时间内给予异丙酚剂量，并跟踪受试者，直到他们脱离麻醉。

当受试者接受异丙酚时，研究人员监测他们对声音的反应。每隔四秒，受试者就会听到一种机械的声音或一个单词，比如他们的名字。研究人员测量了整个过程中的脑电图活动，因为受试者按下一个按钮来表明他们是否听到了声音。

当受试者反应迟钝时，不同的大脑模式出现了。在早期，当受试者刚刚开始失去意识时，研究人员在额叶皮层检测到低频(0.1到1赫兹)和α频率(8到12赫兹)波段的大脑活动振荡。他们还发现了这两个频段的振荡之间的特定关系:当低频波处于最低点时，α振荡达到峰值。

当大脑达到稍深的麻醉水平时，一个明显的转变发生了:α振荡翻转，因此当低频波也达到峰值时，它们的最高点也出现了。

研究人员认为，他们在去年的研究中也发现了这些α和低频振荡，它们通过干扰不同大脑区域之间的正常交流而产生无意识。这种振荡似乎限制了可以在额叶皮层和丘脑之间传递的信息量，它们通常在一个非常宽的频带上相互交流，以传递感官信息和控制注意力。

这种振荡还会阻止大脑皮层的不同部分相互协调。在去年的研究中，研究人员发现，在麻醉期间，大脑局部小区域内的神经元活跃了几百毫秒，然后又关闭了几百毫秒。这种闪烁的活动产生了缓慢的振荡模式，阻止了大脑区域的正常交流。

更好的麻醉监测

当研究人员开始慢慢减少异丙酚的剂量，使受试者脱离麻醉时，他们发现受试者失去意识时出现的大脑活动模式发生了逆转。在恢复意识的几分钟前，阿尔法振荡翻转，当低频波处于最低点时，它们处于峰值。

博登说:“这是一种信号，可以让人用这种药物来确定病人是否过早地脱离麻醉。”

布朗说，病人在手术中恢复意识的情况令人担忧，但非常罕见，在10,000次手术中只有一到两次。

“这不是我们每天都在与之斗争的事情，但当它真的发生时，它会在公众中产生一种本能的恐惧，这是可以理解的。麻醉医生没有办法做出反应，因为我们真的不知道你什么时候失去意识，”他说。“现在这个问题已经解决了。”

博登大学和布朗大学目前正在为麻省总医院的麻醉师和住院医生开展一项培训计划，培训他们理解测量麻醉深度所需的信息。博登说，这些信息可以通过现在大多数手术中使用的脑电图监视器获得。由于异丙酚是最广泛使用的麻醉药物，这项新发现对大多数手术都有价值。

在后续研究中，研究人员现在正在研究其他药物产生的大脑活动模式麻醉药物。