研究人员解释统计学、神经科学如何改善麻醉学

麻醉是在大脑中进行的，这是很直观的，但在手术过程中，麻醉医生在监测和给病人用药时的标准方案是依赖于觉醒的间接迹象，比如运动，心率和血压的变化。通过对脑科学和统计模型的研究，马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)的麻醉师、麻省理工学院(MIT)皮考尔学习与记忆研究所(Picower Institute for Learning and Memory)的神经科学家埃默里·n·布朗(Emery N. Brown)将大脑置于研究领域的中心位置。例如，他的发现让他可以安全地给更少的麻醉，这对病人有重要的好处。

关键是要发展一种理论(即神经科学)和分析(即统计)理解的脑电图(EEG)下的脑电波测量患者全身麻醉．在一个说话2月16日，在德克萨斯州奥斯汀市举行的美国科学促进会年会上，布朗将介绍如何做到这一点麻醉通过脑电图数据监测脑电波的方式可以得到更好的治疗。他的讲话是关于大脑研究中数据分析的广泛讨论的一部分。

“我们应该使用神经科学和神经科学范式来尝试理解在全身麻醉下大脑发生了什么，”布朗说，他是麻省理工学院医学工程与科学研究所和脑与认知科学系的医学工程和计算神经科学教授爱德华·胡德·塔普林。“这是一个影响大脑和中枢神经系统的神经生理过程，所以神经科学领域的研究怎么可能没有用于麻醉下的大脑问题呢?”

在过去十多年的许多论文中，布朗帮助该领域了解了不同的麻醉药物——如异丙酚、右美托咪定和七氟醚——如何与各种神经元受体相互作用，影响大脑不同区域的回路。这些神经生理效应最终会导致一种无意识状态——本质上是“可逆昏迷”——其特征是强大的低频脑电波，其本质上压倒了与感官知觉、高级认知或运动控制等大脑功能同步的正常节律。

在这种程度上理解麻醉可以让我们有实际的见解。在2016年10月的一项研究中美国国家科学院院刊例如，Brown和他的同事Ken Solt展示了刺激大脑腹侧被盖区产生多巴胺的神经元是如何唤醒全身麻醉的老鼠的。这项研究还提出了一种唤醒人类患者的方法，可以减少副作用，更快地恢复正常的大脑功能，帮助患者更快地走出手术室，进入康复阶段。

在阐明全身麻醉的神经科学的同时，Brown开发了统计方法来精细地分析脑电图测量结果，使麻醉师可以将这些知识应用到患者身上。例如，布朗已经证明，脑电图读数的无意识水平会根据药物、剂量和患者年龄的不同而有不同的特点。

“这些药物如何在大脑中发挥作用，这是一个重要的信号处理问题，”布朗说。“药物通过产生振荡起作用，这些振荡很容易在脑电图中看到，它们会随着药物剂量、类别和年龄而系统地改变。”

布朗说，在每次手术过程中，他都使用实时脑电图读数，以保证病人服用足够的剂量，而不会给药太多。在最近的一个涉及81岁癌症患者的案例中，布朗说，他能够轻松地给药，大约是所需剂量的三分之一。这对老年患者尤其重要。

“我们已经知道，你不必给老年人那么多，但事实证明，它可以更少，”布朗说，他是麻省理工学院(MIT)衰老大脑计划(Aging Brain Initiative)的创始研究员之一。

老年患者醒来时特别容易出现问题性副作用，包括谵妄或术后认知功能障碍。布朗说，通过神经科学的方法来防止过量麻醉可以帮助预防这类问题。

在他上个月发表的最新论文中美国国家科学院院刊，布朗的博士后研究员金成恩(Seong-Eun Kim)领导的小组提出了一种强大的新算法来分析数据集，比如脑电图，其中的波随时间变化。SS-MT方法从这些数据中产生高分辨率、低噪声的谱图。在这项研究中，他使用SS-MT来识别不同意识状态下的脑电图变化病人他们接受了异丙酚。

他说:“如果我们能得到更清晰、更干净、无噪声的声谱图，那么我们就能更好地推断各州。”

布朗说，他不希望自己的方法只停留在自己身上。为了帮助把大脑放在练习的中心，布朗开发了免费的训练材料http://www.anesthesiaeeg.com．他还致力于在专业团体中推广这些想法。

布朗说，最终，随着越来越多的麻醉师获得知识和脑电图设备，以及设备制造商生产出更好的显示器供他们使用，这一领域可以转向一种模式，医生可以直接看到病人的情况大脑在手术过程中监控并保持他们的意识。

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