Bevidsthed: Gennembrudshjerneundersøgelse viser håb for ubevidste patienter

Menneskelig bevidsthed, linsen, hvorigennem vi oplever livet, er en hård ting at nippe ned i hjernen - især hos mennesker, som har oplevet traumatisk hjerneskade og ikke kan fortælle os, at deres hjerner stadig udfører den vigtige funktion.

Ny forskning udgivet onsdag i Videnskabelige fremskridt tager et stort skridt fremad i at identificere hjernemønstre, der fungerer som spor for, om nogen stadig kan opleve bevidsthed, selvom de ikke kan fortælle os selv.

Forskere håber at ved at identificere disse hjernemønstre, kan de en dag være i stand til at hjælpe patienter, der ikke reagerer, genvinde bevidstheden.

Dette papir, der først blev forfattet af den kognitive og kliniske neuroscientist Athena Demertzi, Ph.D., er baseret på eksisterende teorier om hvordan hjernen producerer bevidsthed. Bevidsthed, på et eller andet niveau, synes at være forbundet med hjerneforbindelse. Når vi er bevidstløse, viser tidligere undersøgelser, at hjernens regioner vender indad, formindsker kommunikationsindsatsen med andre, fjerntliggende regioner. Når vi snubler på LSD, producerer hjernen forskellige former for forbindelse, og sender mange signaler mellem regioner, et fænomen, som nogle forklarer som "ændret bevidsthed".

Men under simpel, nøgtern bevidsthed sender hjernen løbende signaler mellem hjerneområder og skaber en oplevelse af livet, der er langt større end summen af ​​dets dele.

Dette papir identificerer forskellige mønstre af hjerneaktivitet forbundet med bevidsthed, hvilket kan hjælpe med at belyse, når ikke-responsive patienter faktisk skifter mellem bevidste og ubevidste tilstande:

"Arbejder med familier og patienters omsorgspersoner i disse år, indser jeg, at der er en konstant efterspørgsel efter information om, hvad der sker med deres elskede," siger Demertzi Inverse. "Jeg overvejer den kliniske relevans af vores nuværende resultater lovende at give oplysninger om bevidsthedstilstand hos patienter, men jeg finder dem fortjener yderligere validering, før vi bruger dem som en klinisk biomarkør."

Da hun arbejdede fra Liége Universitet i Belgien, begyndte Demertzi sin undersøgelse ved at tage fMRI-billeder fra 159 personer, herunder sunde individer, personer under bedøvelse og patienter med ikke-responsivt vækkelsessyndrom - en vegetativ tilstand, hvor andens øjne er åbne, men de viser ingen tegn på bevidsthed. Demertzi analyserede aktiviteten og sammenhængen mellem 42 forskellige hjerneområder for at belyse mønstrene. Samlet set identificerede hun fire forskellige mønstre, men fandt ud af, at to synes at være mest nyttige til bestemmelse af bevidstheden.

Den første af disse er mønster en, som hun beskriver som "det mest komplekse mønster med hensyn til rigdom i den måde, regioner kommunikerer med hinanden." Mønster en, forklarer hun, er tegn på bevidsthed i sunde hjerner. Det andet mønster, hun opdagede, var mønster fire, et "lavt sammenhæng" mønster, hvilket betyder, at de 42 regioner, hun spore, ikke kommunikerede meget godt. Mønster fire, hun antyder, angav bevidstløshed (det blev almindeligt fundet hos personer under bedøvelse) - hvilket passer godt med tidligere fund.

Den nye del om Demertzi's undersøgelse er, at hun bemærkede, at nogle uresponsive patienter har en tendens til at skifte fra det uresponsive mønster fire til det meget responsive mønster en - selv for de korteste sekunder.

"Hvad vores undersøgelse indikerer er, at patienter, der ikke reagerer, selvom de overvejende viser lavt sammenhængsmønster 4, hvorfra de sjældent afslutter, har de også forekomster af det komplekse mønster 1," forklarer hun. "Vi undrer os derfor over, om vi en dag vil kunne se disse øjeblikkelige hjernekonfigurationer til tiden, så vores valg for interventioner er målrettet på mere specifikke måder ved at stimulere og dermed bevare disse opstarter af hjernekonfiguration."

Kort sagt ser hun det øjeblik, hvor andres hjerne skifter gear fra det uresponsive mønster fire til det potentielt sunde mønster en som en unik og vigtig mulighed. Hvis lægerne kan gribe ind i det øjeblik, håber hun, at vi måske kan hjælpe patienter i en reaktionstilstand hold fast til det mønster af hjerneaktivitet, der er forbundet med bevidstheden.

Uanset om det rent faktisk vil hjælpe dem med at vende tilbage til en vågen, engageret stat, er det stadig svært at sige, siger Demertzi. Hun tilføjer også, at nogle familier, der forsøger at bestemme, hvordan man skal fortsætte med deres kære i disse stater, kunne fortolke hendes fund forskelligt. "Nogle familier kan overveje" bevidsthedens tilstedeværelse "håb, og de vil intensivere indsatsen for at genoprette det," tilføjer hun. "Mens andre måske finder det som en alvorligt kompromitteret stat, så livet ikke er værd at leve."

I begge tilfælde giver denne undersøgelse et fundament, som andre kan være i stand til at bygge på i stræben efter at genoprette permanent bevidsthed til dem, der har mistet det.

Abstrakt:

Ved at vedtage rammerne for hjerne dynamik som en hjørnesten i den menneskelige bevidsthed, fastslog vi, om dynamisk signalkoordinering giver specifikke og generaliserbare mønstre vedrørende bevidste og ubevidste tilstande efter hjerneskade. Et dynamisk mønster af koordinerede og anticoordinerede funktionelle magnetiske resonansbilleddannelsessignaler karakteriserede raske individer og minimalt bevidste patienter. Hjernen hos patienter, der ikke reagerede, viste primært et mønster af lav interareal fase kohærens, der hovedsagelig medieredes af strukturel forbindelse, og havde mindre chancer for overgang mellem mønstre. Det komplekse mønster blev yderligere bekræftet hos patienter med skjult kognition, som kunne udføre neuroimagerende mentale billedopgaver, der validerede dette mønsters implikationer i bevidstheden. Anæstesi øgede sandsynligheden for, at det mindre komplekse mønster til lige niveauer, validerende dets konsekvenser i bevidstløshed. Vores resultater fastslår, at bevidstheden hviler på hjernens evne til at opretholde rig hjerne dynamik og bane vejen for at bestemme specifikke og generaliserbare fingeraftryk af bevidste og ubevidste stater.