Bevissthet: Gjennombruddshjerneundersøkelse viser håp for ubevisste pasienter

Menneskelig bevissthet, objektivet gjennom hvilket vi opplever livet, er en vanskelig ting å klemme seg ned i hjernen - spesielt hos personer som har opplevd traumatisk hjerneskade og ikke kan fortelle oss at hjernen deres fortsatt utfører den essensielle funksjonen.

Ny forskning utgitt onsdag i Science Advances tar et stort skritt videre i å identifisere hjernemønstre som fungerer som ledetråder for om noen fortsatt kan oppleve bevissthet, selv om de ikke kan fortelle oss selv.

Forskere håper at ved å identifisere disse hjernemønstrene, kan de en dag kunne hjelpe unresponsive pasienter til å gjenvinne bevisstheten.

Dette papiret, førstforfatter av kognitiv og klinisk nevrovitenskapelig Athena Demertzi, Ph.D., er basert på eksisterende teorier om hvordan hjernen produserer bevissthet. Bevissthet, på et visst nivå, ser ut til å være forbundet med hjernekobling. Når vi er bevisstløs, tyder tidligere studier på at hjerneområdene vender innover, reduserer kommunikasjonsarbeidet med andre, fjerntliggende regioner. Når vi tripper på LSD, produserer hjernen ulike typer tilkoblinger, og sender mange signaler mellom regioner, et fenomen som noen forklarer som "endret bevissthet".

Men under enkel, nøktern bevissthet sender hjernen jevnlig signaler mellom hjernegrupper og skaper en opplevelse av livet som er langt større enn summen av sine deler.

Dette papiret identifiserer forskjellige mønstre av hjerneaktivitet knyttet til bevissthet, noe som kan bidra til å belyse når ikke-reagerende pasienter faktisk skifter mellom bevisste og ubevisste tilstander:

"Å jobbe med familier og pasientenes omsorgspersoner gjennom disse årene, innser jeg at det er en konstant etterspørsel etter informasjon om hva som skjer med deres elskede, sier Demertzi Omvendt. "Jeg vurderer den kliniske relevansen av våre nåværende funn som lover å gi informasjon om bevissthetstilstand hos pasienter, men jeg finner at de fortjener ytterligere validering før vi bruker dem som en klinisk biomarkør."

Da hun jobbet fra Liége universitet i Belgia, begynte Demertzi å undersøke fMRI ved å ta imot fMRI-bilder fra 159 personer, inkludert sunne individer, personer under anestesi og pasienter med ikke-responsivt våkenhetssyndrom - en vegetativ tilstand der noen øyne er åpne, men de viser ingen tegn på bevissthet. Demertzi analyserte aktiviteten og forbindelsen til 42 forskjellige hjerneområder for å belyse mønstrene. Samlet identifiserte hun fire forskjellige mønstre, men fant at to synes å være mest nyttige for å bestemme bevisstheten.

Den første av disse er mønster en, som hun beskriver som "det mest komplekse mønsteret når det gjelder rikdom i måten regioner kommuniserer med hverandre." Mønster en, forklarer hun, er indikativ for bevissthet i sunne hjerner. Det andre mønsteret hun la merke til var mønster fire, et "lite sammenheng" -mønster, noe som innebar at de 42 regionene hun spore ikke kommuniserte veldig godt. Mønster fire, antyder hun, indikerte bevisstløshet (det ble ofte funnet hos personer under anestesi) - som passer godt med tidligere funn.

Den nye delen om Demertzi-studien er at hun la merke til at noen uresponsive pasienter har en tendens til å bytte fra det uresponsive mønsteret fire til det svært responsive mønsteret en - selv for de korteste sekundene.

"Det som vår studie indikerer, er at de reagerer på pasienter, selv om de overveiende viser lav-koherensmønsteret 4 som de sjelden går ut av, de har også forekomster av det komplekse mønsteret 1," forklarer hun. "Vi lurer derfor på om en dag vi vil kunne se disse øyeblikkelige hjernekonfigurasjonene til tiden, så våre valg for intervensjoner er målrettet på mer spesifikke måter, ved å stimulere og dermed bevare disse oppstatene av hjernekonfigurasjon."

Kort sagt, ser hun det øyeblikket når andres hjerne bytter ut gears fra det uresponsive mønsteret fire til det potensielt sunne mønsteret som en unik og viktig mulighet. Hvis legene kan gripe inn i det øyeblikket, håper hun at vi kan være i stand til å hjelpe pasienter i en svak tilstand vent litt til det mønsteret av hjerneaktivitet som er forbundet med bevissthet.

Om det faktisk vil hjelpe dem med å returnere fullt ut til en våken, engasjert tilstand, er det fortsatt vanskelig å si, admirerer Demertzi. Hun legger også til at noen familier som prøver å bestemme hvordan man skal fortsette med sine kjære i disse statene, kunne tolke sine funn forskjellig. "Noen familier kan vurdere" bevissthetens tilstedeværelse "håp og de vil intensivere innsatsen for å gjenopprette det," tilføyer hun. "Mens andre kan finne det som en alvorlig kompromissstat, slik at livet ikke er verdt å leve."

I begge tilfeller gir denne studien grunnlag for at andre kan bygge videre i søket for å gjenopprette fast bevissthet til de som har mistet det.

Abstrakt:

Ved å vedta rammen av hjernedynamikk som en hjørnestein i menneskelig bevissthet, bestemte vi oss for at dynamisk signalkoordinasjon gir spesifikke og generaliserbare mønstre knyttet til bevisste og ubevisste tilstander etter hjerneskade. Et dynamisk mønster av koordinerte og anticoordinert funksjonelle magnetiske resonans imaging-signaler karakteriserte raske individer og minimalt bevisste pasienter. Hjernen til ikke-responsive pasienter viste hovedsakelig et mønster av lav interareal fase koherens, hovedsakelig formidlet av strukturell tilkobling, og hadde mindre sjanser til å overgå mellom mønstre. Det komplekse mønsteret ble ytterligere bekreftet hos pasienter med skjult kognisjon, som kunne utføre neuroimaging mentale bildeoppgaver, validering av dette mønsterets implikasjon i bevisstheten. Anestesi økte sannsynligheten for at det mindre komplekse mønsteret til like nivåer, validering dens implikasjon i bevisstløshet. Våre resultater fastslår at bevisstheten hviler på hjernens evne til å opprettholde rik hjerne-dynamikk og bane vei for å bestemme spesifikke og generaliserbare fingeravtrykk av bevisste og ubevisste stater.