麻省理工学者揭示：麻醉并不是简单地让大脑进入无意识状态，而是改变其节奏！

丙泊酚是最广泛使用的麻醉药，它通过增强整个大脑和中枢神经系统的GABA能抑制作用。响应于异丙酚给药观察到的广泛动力学表明，异丙酚诱导的意识丧失是一个多因素过程。其引起的意识丧失的细节尚待澄清，因为主要使用颅外测量方法研究其动力学，例如脑电图（EEG）的空间特异性有限，功能磁共振成像的时间特异性有限。患者中的微电极记录具有高度精确的时间分辨率，但空间覆盖范围有限。需要以高时空分辨率同时进行的研究。

以前的研究并未包括丘脑，丘脑是调节皮层活动的关键环节。丘脑与皮质高度互连，并从脑干觉醒中心接收重要的输入。此外，丘脑-皮层和皮质-丘脑的连通性都是高度特定的，因此提出了特定的假设，即深层（第5/6层）或浅层（第2/3层）可能与意识丧失有更具体的联系。

麻省理工学院Picower学习和记忆研究所的实验室合作，对常用麻醉剂异丙酚如何导致无意识进行了独特的深入和详细的研究，研究结果显示随着药物在大脑中的作用，广泛的区域会被非常缓慢的节奏所协调，保持相应的缓慢的神经活动节奏。该研究近期发表在《elife》上。

为了研究丙泊酚对皮层和丘脑的作用，研究者通过血管通路或使用计算机控制的输注管植入导管，对四只猕猴进行了丙泊酚的治疗。当动物从丙泊酚前的清醒状态转变为失去知觉（LOC）到失去知觉和恢复知觉（ROC）时，不断记录其神经活动。

麻醉剂如何改变大脑节律的研究可以直接影响病人的安全，因为这些大脑节律在手术室的脑电图上很容易看到。该研究的主要发现是整个大脑皮层有一个非常缓慢的节奏特征，这为直接测量受试者在丙泊酚给药后何时进入无意识状态提供了一个模型，他们在这种状态下被维持的程度如何，以及一旦丙泊酚给药结束他们可能醒来的速度如何。

长期以来，通过使用头皮脑电图电极和在有限的范围内使用癫痫患者的皮质电极对节律进行测量和分析，研究了人类在全身麻醉下的大脑节律如何受到影响。由于新的研究是在这些动态的动物模型中进行的，该团队能够植入电极，直接测量大脑皮层和丘脑中许多单个神经元的活动或 "尖峰"，以及节奏。令人信服的是，得到的数据可以达到尖峰的水平。慢速振荡调节了整个大脑皮层大部分地区的尖峰活动。

清醒和无意识状态下丘脑-皮质相同步的变化。

研究人员发现所有的大脑皮层都必须在同一个页面上才能产生意识。关于这种工作方式的一个理论是通过丘脑-皮层环路，使皮层同步化。丙泊酚可能通过在长时间的下降状态下使它们过度同步而破坏了这些环路的正常运作。它破坏了大脑皮层的沟通能力。

除了在非常缓慢的频率上普遍存在的同步性外，研究小组还注意到数据中的其他无意识的标志。在清醒状态下，阿尔法和贝塔节律的功率在大脑皮层的后部区域明显较高，但在失去意识后，这些节律的功率在前部区域翻转得更高。

研究小组进一步表明，用高频率的电流脉冲（180Hz）刺激丘脑可以消除丙泊酚的影响。异丙酚给药后所观察到的广泛动力学表明，异丙酚所致的无意识是一个多因素的过程。脑干的神经解剖学研究表明，异丙酚在GABA能抑制性突触上的直接作用也是异丙酚引起的意识丧失的重要原因之一。

 原始出处:

 André M Bastos et al, Neural effects of propofol-induced unconsciousness and its reversal using thalamic stimulation,eLife (2021). DOI: 10.7554/eLife.60824