Et team av forskere har funnet en "bevissthetsmotor" i hjernen - en region der, i det minste i aper, til og med en liten hoppstart vil få dem til å våkne fra bedøvelse.
Bevissthet er et mysterium. Vi vet ikke sikkert hvorfor skapninger noen ganger er våkne og noen ganger sovne, eller hvilke mekanismer i hjernen som er viktigst for en bevisst tilstand. I denne nye artikkelen viste forskere imidlertid noen viktige ledetråder. Ved hjelp av elektroder på tvers av hjernen til våken og sovende makaker, samt makaker under forskjellige former for anestesi, fant teamet to viktige veier i apenes hjerner for bevissthet. Forskerne fant også et spesifikt hjerneområde som ser ut til å få disse traseene i gang, som en motor de kunne begynne å bruke noen høyt spesialiserte jumperkabler. Den regionen er kjent som den sentrale laterale thalamus.
Men det betyr ikke at de har funnet setet for bevissthet i hjernen.
"Det er usannsynlig at bevisstheten er spesifikk for ett sted i hjernen," sa Michelle Redinbaugh, en doktorgradsstudent i psykologi ved University of Wisconsin-Madison og hovedforfatter av papiret, publisert 12. februar i tidsskriftet Neuron.
Tidligere forskning har allerede vist at det å holde seg bevisst involverer aktivitet spredt over hele hjernen, men teamets arbeid viser at den sentrale laterale thalamusen sannsynligvis spiller en nøkkelrolle, sa hun.
Hva "bevissthet" betyr
Det er viktig å forstå at "i bevissthet" i denne studien refererer mer eller mindre til å være våken.
"Ordet 'bevissthet' har mange definisjoner," sa Michael Graziano, en nevrovitenskapsmann ved Princeton University som ikke var involvert i studien. "En måte å tenke bevissthet på er fra et klinisk perspektiv av våkenhet, opphisselse og respons på stimuli. I den forstand er ikke sovende mennesker bevisste, og mennesker i koma er det heller ikke."
Og det er ikke helt klart hvorfor eller hvordan folk bytter frem og tilbake mellom disse statene. Denne studien representerer "elegant arbeid" om det vanskelige emnet, ifølge nevrovitenskapsmann Sarah Heilbronner, University of Minnesota, som heller ikke var involvert i forskningen.
Det arbeidet er fokusert på et smalt spørsmål: Hva får mennesker til å bli bevisste?
"Det er imidlertid en annen oppfatning av bevissthet som er mye vanskeligere å studere: den subjektive opplevelsen som følger med noen tilfeller av informasjonsbehandling i hjernen," hvordan det føles "-komponenten i vårt indre liv," sa Graziano til Live Science . "Studier som den nåværende tar ikke opp denne typen bevissthet."
En trigger i hjernen
Heilbronner sa at apeundersøkelsen følger opp en overbevisende tidligere studie som involverte mennesker.
I august 2007 publiserte forskere fra Weill Cornell Medical College i New York City en banebrytende studie i tidsskriftet Nature. En av pasientene deres hadde tilbrakt måneder på et sykehus i en "minimalt bevisst tilstand" etter en traumatisk hjerneskade. Mannen var stort sett uvitende om omgivelsene sine, men ble noen ganger mer bevisst og aktiv. Ved å spekulere i at tilstanden hans kunne innebære en viss "underaktivering" av viktige nettverk i hjernen, implanterte de elektroder som stimulerte hans sentrale thalamus - og rapporterte om betydelige forbedringer i hans bevissthetsnivå.
I den nye aapestudien tok Redinbaugh og teamet hennes ting mye lenger.
Ved hjelp av elektroder sendte forskerne små elektriske impulser til forskjellige områder av apenes hjerner når de sov eller beroligende ved hjelp av flere typer anestesi. Oftest sov apene. Men å sende en impuls med en spesifikk frekvens til den sentrale laterale thalamusen vekket apene - selv fra dyp anestesi - og lot dem oppleve verden.
"Det konvergerende beviset fra søvn og flere former for anestesi er spesielt imponerende, siden vi vet at disse har forskjellige virkningsmekanismer," sa Heilbronner.
Med andre ord sovner du ikke av de samme grunnene som du mister bevisstheten under anestesi, og forskjellige former for anestesi fungerer på forskjellige måter.
Men forskjellige former for anestesi og søvn "tilsynelatende konvergerer på denne kretsløpet i deres virkninger på bevisstheten," sa Heilbronner.
Opptakene fra apekattenes hjerner når de gikk frem og tilbake mellom bevisste og ubevisste tilstander, begrenset forskerne bevisstheten til to sentrale ingredienser.
"Bevissthet falt alltid sammen med to aktiverte veier," sa Redinbaugh til Live Science.
En av disse kritiske kretsløpene inneholder sensorisk informasjon fra thalamus til hjernebarken, hjerneområdet som gjør mange former for kompleks tenking. Både den kretsløpet og en annen bane - en som "bærer tilbakemelding om spådommer, oppmerksomhetsprioriteringer og mål i motsatt retning" - trengte å være aktiv for at bevisstheten skal fungere, sa Redinbaugh.
Forskerne konkluderte med den sentrale laterale thalamusen, og spiller sannsynligvis en nøkkelrolle i å aktivere og vedlikeholde disse to traséene. Det ser ut til å fungere som en trigger.
Denne forskningen er ikke nyttig bare fra et rent vitenskapelig perspektiv, sa Redinbaugh. Å finne ut nøyaktig hvordan bevisstheten fungerer, kan bidra til å forbedre bedøvelsen og føre til nye behandlinger for mennesker med bevissthetsforstyrrelser, som mannen i Weill Cornell Medical College-studien.
Den koblingen mellom aktiviteten i thalamus og cortex er spesielt interessant for medisinsk behandling, sa Heilbronner.
Sammenlignet med thalamus, "er hjernebarken også et mer attraktivt mål," sa hun. Det er fordi ikke-invasive behandlinger, for eksempel transkraniell magnetisk stimulering, kan komme til overflaten av cortex, men de kan ikke nå thalamus, som ligger begravet dypt inne i hjernen, rett over hjernestammen. "Kanskje ved å bygge en kretsmodell som denne, kan vi påvirke begge deler ikke-invasivt," sa Heilbronner.
Til tross for mulighetene, er det grunn til å dobbeltsjekke funnene, sa Laura Fernandez, nevrovitenskapsmann ved Université de Lausanne i Sveits.
"Det er gjort i to aper. Veldig lite utvalg," sa Fernandez til Live Science. Det "ville være fint å prøve gnagere med en prøve med høyere tall." Forskere bør også dobbeltsjekke plasseringen av elektrodene plassert i hjernen, for å sikre at de virkelig aktiverte den sentrale laterale thalamus og ikke andre nærliggende hjerneområder, la Fernandez til.
Likevel, påpekte hun, resultatene stemmer godt overens med resultatene fra en nylig undersøkelse av gnagere; det papiret, publisert i juni 2018 i tidsskriftet //vanilla.tools/livescience/articles/YGExvsCXa4AWnp5ubygZY9Nature Neuroscience, antydet at det er en våkenhet "bytte" et sted i thalamus.
