2019年5月1日

研究人员研究了我们的大脑是如何产生和失去意识的

罗伯特•福罗里达州哥伦比亚大学

麻醉过程中药物诱发的意识丧失(mLOC)与宏观解剖尺度上的大脑连接(横跨皮层区域)的中断有关，但大脑微电路在LOC中起什么作用尚不清楚。

我们如何大脑创造我们的意识吗?为什么我们会在麻醉中失去它?有影响力的理论认为，意识取决于大脑辨别特定感官输入和一大堆备选方案的能力，类似于能够从许多结果中选择一个。

事实上，几项使用功能磁共振成像(fMRI)对人类进行的研究已经在解剖宏观尺度(即大大脑区域水平)上确定了一系列丰富的皮质活动的静息状态。然而，由哥伦比亚大学领导的一个研究小组假设，一个人在任何时候区分一组备选方案的能力应该植根于局部神经系统整体水平上的微观活动模式或微观状态——神经回路的功能模块。

在其第一个研究中，来自哥伦比亚的拉斐尔Yuste的研究人员在小鼠中使用蜂窝分辨率的实验室使用细胞分辨率，以研究麻醉期间神经元微态的当地曲目的变化。该团队发现，麻醉通过减少网络微态和皮质中的神经元集合来扰乱神经模式的数量，并确认了来自两个人受试者的微电极阵列记录中的结果。他们的结果，今天发表在杂志上，电池系统，表明mLOC过程中大脑的功能连通性在微观和宏观解剖尺度上发生了断裂。

“这项研究很重要，因为它将意识本质的问题提升到了神经元回路的水平，”哥伦比亚大学(Columbia)尤斯特实验室(Yuste Lab)主任、生物科学和神经科学教授拉斐尔·尤斯特(Rafael Yuste)说。“它提供了一种思路，可以解释由病理或麻醉剂引起的小群神经元协调的改变如何导致意识的改变，”Yuste补充说，他也是哥伦比亚数据科学研究所(Columbia’s Data Science Institute)的成员，也是大脑计划(BRAIN Initiative)的发起者。

该论文的第一作者Michael Wenzel说，一个流行的观点认为，虽然mLOC与功能连接的宏观崩溃有关，但本地网络持续显示类似于清醒状态的动态，但以一种孤立和孤立的方式。“虽然这表明LOC是由大脑各区域的神经活动不协调引起的，但我们发现，在mLOC期间，局部网络动态变化显著。我们的结果表明意识丧失可能是由局部微电路的改变引起的，这将在宏观尺度上产生连接的缺陷。”研究期间，Rafael Yuste实验室的副研究员Wenzel补充说。