意识还清醒吗?大脑标记物会在麻醉生效时发出信号
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脑电活动不同步是意识丧失的标志。

特写镜头显示一台机器在手术过程中监测病人的生命体征,手术正在背景中进行。
常用药物丙泊酚引起的意识丧失以特征性的电活动变化为标志。图片来源:Abed Zagout/Anadolu/Getty

科学家们发现了一种独特的脑电波模式,它标志着全身麻醉过程中患者逐渐失去意识的过程。如果这一发现得到证实,这种模式将有助于医生避免对患者进行过深或过浅的镇静。

这些数据来自即将接受手术的患者。研究表明,随着麻醉生效,大脑多个区域之间的相互作用会减弱。作者今天在《细胞报告医学》杂志上撰文指出,这种变化可以作为意识丧失的生物标志物——一种可量化的生物学指标¹

“这将最终提供可转化生物标志物的可能性,”共同作者、中国上海交通大学神经科学家袁天飞说。

但袁承认,这项研究仅评估了一种麻醉剂的效果,并且依赖于一种新技术,从颅骨外记录的数据推断全脑信号。

沉没

科学家们长期以来一直在寻找意识的非行为相关性。麻醉师可以利用这些特征来微调药物剂量,避免过度镇静或镇静不足引起的并发症和副作用。

为了寻找这样的标志物,袁和他的同事研究了 31 名在手术前接受广泛使用的药物丙泊酚作为全身麻醉剂的人。意识之争:科学家们能否就心灵的运作方式达成一致?

作者在每位参与者的头皮上放置了128个电极,从多个位置记录皮层神经元的电活动。然后,他们运用新兴的数学方法,分离出源自九个先前被认为与意识调节相关的脑区的信号,并研究了这些脑区之间的连接。这些脑区包括位于大脑顶部、大约在前额和后脑勺中间位置的顶叶皮层;位于后脑勺的枕叶皮层;以及一些较小的、更深层的结构,例如丘脑。

在注射丙泊酚之前,顶叶区和丘脑之间一种称为α波的振荡脑电波高度同步。这种相关性表明,在清醒状态下,这些区域之间存在密切的联系。研究人员还在未镇静状态下的大脑中观察到顶叶区和枕叶区之间存在高度连接的迹象。

但当参与者在麻醉下失去意识时,顶叶皮层与深部脑结构之间的α波段活动开始失去同步性。顶叶皮层与枕叶皮层之间的活动也同样如此。袁教授指出,顶叶皮层及其与丘脑的通讯所发挥的关键作用,挑战了额叶皮层(位于前额后方的区域)在维持意识方面起核心作用的传统观点。

需要深部脑数据

英国剑桥大学的神经科学家安德烈亚·卢皮表示,这项研究支持了之前的研究结果,即丘脑在麻醉状态下调节意识方面发挥着至关重要的作用。他还表示,这项研究将有助于引发关于额叶和顶叶活动相对重要性的争论。

卢皮指出,论文中使用的技术可能无法准确地分离出大脑深处微小结构(例如丘脑)的信号。“这仍然是一个活跃的研究领域,”他说道,并补充说,如果使用植入大脑更深层的电极进行验证,将更有力地支持这些结论。这类电极已应用于某些神经外科手术中。卢皮还想知道,这些区域的连接性是否会对其他全身麻醉剂产生反应,以及这些变化是否会在患者恢复意识后逆转。

袁教授表示,他的团队正在进行这些实验。他也承认,128电极阵列无法大规模应用。但他希望,只需在人额头上策略性地贴上几个电极,就能激活大脑的关键回路。袁教授认为,这样的系统有望应用于所有外科手术科室。

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