Що відбувається з нашим мозком під час анестезії: велика таємниця науки

У 1797 році британському військово-морському командувачу адміралу Гораціо Нельсону ампутували праву руку. Операція врятувала йому життя. Але, за легендою, єдиним знеболювальним, яке йому запропонували, був ковток рому.

Протягом більшої частини історії людства навіть кінцівки видаляли пацієнтам, які залишалися повністю при свідомості. Поява загальної анестезії у 1846 році докорінно змінила ситуацію. Відтепер свідомість можна було тимчасово вимкнути будь-коли, будь-де і в будь-кого. Нельсон міг би проспати ампутацію, а наступного дня все одно прийти на сніданок.

Сьогодні щороку під загальною анестезією проводять понад 350 мільйонів операцій. Але як саме ці загадкові препарати занурюють нас у сон, досі не зовсім зрозуміло.

Нові дані допомагають науковцям краще зрозуміти фундаментальні принципи роботи нашого мозку. Вони навіть дають підказки щодо походження самої свідомості.

Універсальний сон

Існує кілька категорій анестетиків. Деякі діють, безпосередньо блокуючи біль, інші викликають сонливість і розслаблення. Загальні анестетики йдуть ще на крок далі. Ці препарати позбавляють людину свідомості, тому вона взагалі не усвідомлює, що відбувається.

Існує ціла низка анестетиків, здатних спричинити стан непритомності. Серед них, наприклад, такі гази, як ксенон, які на практиці використовують рідко, або пропофол, найпоширеніший і найчастіше використовуваний загальний анестетик.

Загальні анестетики можуть мати дуже різну хімічну структуру. У кожному випадку загальний ефект полягає в тому, що вони порушують комунікацію між нервовими клітинами мозку, не даючи їм "спілкуватися" між собою. Магнітно-резонансна томографія (МРТ) чітко показує загальне зниження активності мозку.

Однак значно менше зрозуміло, як саме це призводить до того, що пацієнт засинає.

По-перше, досі не зрозуміло, чи потребує спричинений анестетиками стан непритомності повного вимкнення всього мозку - або ж певні його ділянки важливіші за інші.

"Навіть якщо вимикається весь мозок, через те, що він [мозок] настільки взаємопов'язаний, дуже важко визначити, що саме спричинило глобальне вимкнення", – каже Нік Франкс, професор біофізики та анестезіології Імперського коледжу Лондона у Великій Британії.

"Якщо подивитися на сканування мозку, стає зрозуміло, що є певні більш чутливі ділянки, які вимикаються першими, і постає питання, чи не запускають саме вони глобальне вимкнення", - додає він.

Франкс вказує на таламус – яйцеподібну структуру глибоко в мозку, яка виконує роль центрального вузла між його різними ділянками. Схоже, саме ця зона вимикається першою, коли людині вводять загальний анестетик.

Таламус відіграє вирішальну роль, зокрема, у засинанні та підтриманні сну. Тож чи діють анестетики, "перехоплюючи" природні механізми сну мозку?

"Якщо ввести тварині анестезію, а потім стимулювати дуже конкретну ділянку таламуса, тварину можна розбудити", – каже Франкс.

"Дослідження також показують, що [деяких] людей у комі можна розбудити за допомогою стимуляції таламуса. Тож це критично важлива ділянка для пробудження", - пояснює він.

Однак, щоб з'ясувати, чи саме це відбувається, потрібні додаткові дослідження.

Інші науковці вважають, що головним "осередком свідомості" є кора головного мозку – його зовнішній зморшкуватий шар – і тому саме там анестетики мають чинити свій основний вплив.

Але до цього процесу причетні й інші ділянки мозку - наприклад, лобова та тім'яна частки. Перша розташована безпосередньо за чолом і відповідає за багато видів складної діяльності, зокрема критичне мислення. Друга розташована далі позаду й бере участь в обробці сенсорної інформації, наприклад дотику.

Третій стан

Однак з'являються дані, які свідчать, що наш мозок може бути здатним до проміжного стану свідомості – такого, що не є ані сном, ані неспанням.

Для більшості людей "занурення в наркоз" означає повну втрату свідомості й, відповідно, будь-яких спогадів про те, що відбувалося. Однак так буває не з усіма.

За оцінками, один із 15 000 пацієнтів, яким проводять операцію, після пробудження може пам'ятати окремі моменти операції – явище, відоме як випадкове усвідомлення.

Джайдіп Пандіт, консультант-анестезіолог в Oxford University Hospitals, вважає, що такі люди переживають "третій стан" свідомості, десь між сном і неспанням або свідомістю та непритомністю.

Під час випробувань Пандіт вводив пацієнтам анестетик разом із міорелаксантом, але використовував джгут, щоб не дати міорелаксанту паралізувати передпліччя. Це дозволяло непритомним пацієнтам за бажання рухати рукою.

Він з'ясував, що третина пацієнтів могла за командою стискати пальці експериментатора, хоча під час операції вони не демонстрували жодних ознак того, що не сплять або відчувають біль. За словами Пандіта, це свідчить про існування третього рівня свідомості.

Унікальність свідомої думки

Так звана "складна проблема" свідомості залишається однією з найбільших нерозгаданих таємниць науки. Але вивчення того, що змінюється, коли ми втрачаємо цю здатність, допомагає розкрити її секрети.

Звичайний сон також передбачає втрату свідомості, але загальні анестетики дозволяють вимкнути її будь-якої миті, тому досліджувати її стає простіше.

Візьмімо унікальність нашого свідомого досвіду. Загальноприйнято вважати, що свідомий досвід кожної людини чи тварини цілковито суб'єктивний та унікальний саме для неї.

Андреа Луппі, нейробіолог з Кембриджського університету, досліджував, чи можуть загальні анестетики пролити світло на те, як це працює. За допомогою функціональної МРТ він досліджував мозок людей під загальною анестезією. Ця технологія дає змогу реєструвати кровотік у мозку, щоб побачити, як на нього впливають препарати.

Луппі особливо цікавила функціональна зв'язність – показник того, наскільки добре різні ділянки мозку комунікують і координують свою активність. Зазвичай такий тип нейронної активності має настільки унікальну структуру, що може слугувати своєрідним "відбитком пальця" для ідентифікації людини.

Однак Луппі та його колеги виявили, що під анестезією мозок окремих людей ставав менш "унікальним", а мозок різних людей – більш схожим один на одного.

Цікаво, що мозок людини під анестезією також ставав менш відмінним від мозку інших приматів. Це свідчить про те, що ділянки людського мозку, на які анестезія впливає найбільше, є тими, що виникли найпізніше в процесі еволюції.

Луппі вважає, що одна з ключових ознак дії анестезії полягає в тому, що вона не дає різним ділянкам мозку "спілкуватися" між собою. Під час неспання ділянки можуть взаємодіяти, навіть якщо вони не мають прямого зв'язку. Однак у мозку під анестезією таке трапляється дуже рідко: "спілкуються", схоже, лише ділянки, безпосередньо пов'язані одна з одною.

"Під час неспання потік свідомості визначає послідовність патернів активності мозку, через які ми проходимо", – писав Луппі у коментарі 2024 року. Натомість під анестезією активність мозку позбавлена орієнтиру, пояснював він.

Висновки Луппі узгоджуються з ідеєю, що свідомість не виникає внаслідок активності якоїсь конкретної ділянки мозку. Натомість це мережа – вона виникає завдяки координації різних вузлів. Це подібно до того, як можна паралізувати роботу уряду, вивівши з ладу системи зв'язку країни.

Луппі також вважає, що загальні анестетики можуть допомогти зрозуміти, як психоделіки, такі як LSD і псилоцибін ("магічні гриби"), змінюють свідомість. Тоді як анестетики послаблюють комунікацію між різними ділянками мозку, психоделіки, схоже, роблять протилежне – змушують мозок відкривати нові канали комунікації.

Та зрештою нам досі потрібно багато чого дізнатися про те, де саме в людському мозку міститься свідомість.

"Наше розуміння свідомості доволі примітивне", – каже Борис Гейфец, доцент кафедри анестезіології, періопераційної медицини та медицини болю Стенфордського університету в Каліфорнії.

"Тож, думаю, якщо ви знайдете когось, хто може пояснити, як працює свідомий досвід, будь ласка, дайте мені знати. Я б із задоволенням із ними поговорив", - додає він.

Увесь матеріал цієї статті наданий лише для загальної інформації, і його не слід вважати заміною медичної консультації фахівців у сфері охорони здоров'я.