密歇根大学的研究人员使用麻醉药异丙酚研究了镇静期间意识如何受到干扰。研究小组发现，异丙酚通过降低基质细胞的活动来改变大脑活动，尤其是丘脑中的活动，而基质细胞对于整合感觉输入至关重要。
密歇根大学的研究人员利用丙泊酚研究丘脑和皮层如何相互作用，揭示了意识的基本机制。
丙泊酚通常用于医院手术室和重症监护室，为患者提供镇静，确保他们的舒适度或在侵入性手术中诱导完全无意识。
异丙酚在麻醉师的指导下起效迅速，大多数患者都能很好地适应。但是，当患者被麻醉时，大脑内部发生了什么？这又揭示了意识本身的什么？
用异丙酚研究意识密歇根大学研究意识本质的研究人员成功地利用这种药物来识别无意识状态背后复杂的大脑几何结构，为人们提供了前所未有的视角来观察传统上难以研究的大脑结构。
密歇根大学医学院麻醉学系研究助理教授黄子睿博士表示：“意识一直是从各个角度研究的主题，了解意识的神经生物学基础对神经病学、精神病学和麻醉学等多个医学学科具有重要意义。”
到目前为止，研究人员一直在争论麻醉药是如何抑制意识的。具体来说，麻醉药的作用部位主要在丘脑（大脑深处的一个卵形结构，负责接收我们看到、触摸和听到的信息）还是在大脑皮层（以复杂的方式处理这些信息）。
《自然通讯》杂志发表的这项新研究，由黄子睿博士、医学博士乔治·马舒尔 (George Mashour) 和密歇根大学意识科学中心的安东尼·G·胡德茨 (Anthony G. Hudetz) 博士领导，首次概述了人类大脑中这两个重要区域内的细胞之间的联系是如何被丙泊酚改变的。
大脑映射和意识在健康志愿者中，他们在功能性磁共振成像 ( fMRI ) 的指导下，绘制了丙泊酚镇静前、镇静中和镇静后大脑结构的变化。这使他们能够在研究参与者进入和退出无意识状态时监测大脑各区域的血流量。
黄解释说，在基线状态下，丘脑的活动水平是平衡的，既有特定的核（脑细胞簇），它们将感觉信息发送到皮质的高度明确的区域——称为单模态处理——也有非特定的核，它们将信息更分散地发送到皮质的更高层，称为跨模态处理。
丘脑处理的研究结果研究小组发现，在深度镇静的情况下，丘脑中负责跨模态处理的脑细胞群的活动急剧减少，从而导致了一种占主导地位的单模态模式——这表明虽然仍然可以接收感觉输入，但这些输入并没有进行整合。
“二十多年来，该领域一直专注于麻醉对丘脑和皮质的影响——我相信这项研究显著推动了神经生物学的发展。”麻醉学和药理学教授、密歇根大学意识科学中心创始人乔治·马舒尔医学博士说。
接下来，他们发现了在转变为无意识状态中发挥作用的特定细胞类型及其与丘脑处理变化的关系。黄说，丘脑至少包含两种不同的细胞类型，即核心细胞和基质细胞。
“我们现在有令人信服的证据表明，丘脑基质细胞与高阶皮质之间的广泛联系对于意识至关重要。”密歇根大学麻醉学教授、意识科学中心现任主任胡德茨说。
想象一下大脑皮层像洋葱一样分层，核心细胞连接到较低层，而基质细胞以更分散的方式连接到较高层。通过测量 mRNA 表达特征（就像细胞的身份证一样），他们能够看到基质细胞活动的中断在向无意识过渡中发挥的作用比核心细胞更大。另一个令人惊讶的是，GABA 是一种大脑中的主要抑制性递质，通常被认为是异丙酚作用的关键，但它似乎并没有发挥预期的那么突出的作用。
黄子睿博士指出：“研究结果表明，深度镇静期间意识丧失主要与分布于整个丘脑的基质细胞的功能破坏有关。”
参考文献：“丙泊酚破坏人类丘脑的功能性核心基质结构”，作者：Zirui Huang、George A. Mashour 和 Anthony G. Hudetz，2024 年 9 月 9 日，《自然通讯》。DOI：10.1038/s41467-024-51837-1
作者：密歇根医学院
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