Ett team av forskare har hittat en "medvetenhetsmotor" i hjärnan - en region där, åtminstone i apor, till och med en liten hoppstart får dem att vakna upp från anestesi.
Medvetande är ett mysterium. Vi vet inte med säkerhet varför varelser ibland är vakna och ibland sovande, eller vilka mekanismer i hjärnan som är viktigast för ett medvetet tillstånd. I den här nya artikeln visade dock forskare några viktiga ledtrådar. Med hjälp av elektroder över hjärnorna av vakna och sovande makaker, liksom makaker under olika former av anestesi, hittade teamet två viktiga vägar i apornas hjärnor för medvetande. Forskarna fann också en specifik hjärnregion som verkar få de vägarna att gå, som en motor som de kunde börja använda mycket högt specialiserade bygelkablar. Den regionen är känd som den centrala sidotalamusen.
Men det betyder inte att de har hittat sitt medvetande i hjärnan.
"Det är osannolikt att medvetandet är specifikt för en plats i hjärnan," sade Michelle Redinbaugh, en doktorand i psykologi vid University of Wisconsin-Madison och huvudförfattare till tidningen, publicerad 12 februari i tidskriften Neuron.
Tidigare forskning har redan visat att förbli medveten innebär aktivitet spridd över hela hjärnan, men hennes lags arbete visar att den centrala laterala talamusen troligen spelar en nyckelroll, sade hon.
Vad "medvetande" betyder
Det är viktigt att förstå att "medvetande" i samband med denna studie hänvisar mer eller mindre till att vara vaken.
"Ordet 'medvetande' har många definitioner," säger Michael Graziano, en neurovetenskapsman vid Princeton University som inte var involverad i studien. "Ett sätt att tänka på medvetande är från ett kliniskt perspektiv av vakenhet, upphetsning och lyhördhet för stimuli. I den meningen är sovande människor inte medvetna, och människor i koma är inte heller."
Och det är inte helt klart varför eller hur människor växlar fram och tillbaka mellan dessa stater. Denna studie representerar "elegant arbete" om det svåra ämnet, enligt universitetet i Minnesota neurovetenskapspecialist Sarah Heilbronner, som inte heller var involverad i forskningen.
Detta arbete är fokuserat på en smal fråga: Vad får människor att bli medvetna?
"Det finns emellertid en annan uppfattning av medvetande som är mycket svårare att studera: den subjektiva upplevelsen som följer med vissa fall av informationsbearbetning i hjärnan," hur det känns "del av vårt inre liv," sa Graziano till Live Science . "Studier som den nuvarande behandlar inte denna typ av medvetande."
En trigger i hjärnan
Heilbronner sade att apaundersökningen följer upp en övertygande tidigare studie som involverade människor.
I augusti 2007 publicerade forskare från Weill Cornell Medical College i New York City en banbrytande studie i tidskriften Nature. En av deras patienter tillbringade månader på ett sjukhus i ett "minimalt medvetet tillstånd" efter en traumatisk hjärnskada. Mannen var mestadels omedveten om sina omgivningar men blev ibland mer medveten och aktiv. De spekulerade i att hans tillstånd kan innebära en viss "underaktivering" av viktiga nätverk i hans hjärna och implanterade elektroder som stimulerade hans centrala talamus - och rapporterade betydande förbättringar i hans medvetenhetsnivå.
I den nya apaundersökningen tog Redinbaugh och hennes team saker mycket längre.
Med hjälp av elektroder skickade forskarna små elektriska impulser till olika områden i apornas hjärnor när de sov eller lugnade med flera typer av anestesi. Oftast sov aporna. Men att skicka en impuls med en specifik frekvens till den centrala laterala thalamusen väckte aporna - till och med från djup anestesi - och tillät dem att uppleva världen.
"De konvergerande bevisen från sömn och flera former av anestesi är särskilt imponerande, eftersom vi vet att dessa har olika handlingsmekanismer," sade Heilbronner.
Med andra ord, du somnar inte av samma anledningar till att du tappar medvetandet under anestesi och olika former av anestesi fungerar på olika sätt.
Men olika former av anestesi och sömn "konvergerar tydligen i denna krets i deras effekter på medvetandet", sade Heilbronner.
Inspelningen från aporna hjärnor när de gick fram och tillbaka mellan medvetna och omedvetna tillstånd, minskade medvetandet till två viktiga ingredienser.
"Medvetandet sammanföll alltid med två aktiverade vägar," berättade Redinbaugh till Live Science.
En av dessa kritiska kretsar innehåller sensorisk information från talamus till hjärnbarken, hjärnregionen som gör många former av komplext tänkande. Både den kretsen och en annan väg - en som "ger feedback om förutsägelser, uppmärksamhetsprioriteringar och mål i omvänd riktning" - behövde vara aktiva för att medvetandet ska fungera, sade Redinbaugh.
Forskarnas slutsats av den centrala laterala talamusen spelar troligen en nyckelroll för att aktivera och underhålla dessa två vägar. Det verkar fungera som en trigger.
Denna forskning är inte användbar endast ur ett rent vetenskapligt perspektiv, sade Redinbaugh. Att räkna ut exakt hur medvetandet fungerar kan hjälpa till att förbättra anestesin och leda till nya behandlingar för personer med medvetenhetsstörningar, som mannen i Weill Cornell Medical College-studien.
Denna koppling mellan aktiviteten i talamus och cortex är särskilt intressant för medicinsk behandling, sade Heilbronner.
Jämfört med thalamus, "hjärnbarken är också ett mer tilltalande mål", sade hon. Det beror på att icke-invasiva behandlingar, såsom transkraniell magnetisk stimulering, kan nå ytan på cortex, men de kan inte nå thalamus, som ligger begravd djupt i hjärnan, precis ovanför hjärnstammen. "Kanske genom att bygga en kretsmodell som den här, kan vi påverka båda båda oinvasivt," sade Heilbronner.
Trots möjligheterna finns det anledning att dubbelkontrollera resultaten, sa Laura Fernandez, en neurovetenskapsman vid Université de Lausanne i Schweiz.
"Det görs i två apor. Mycket litet prov", sa Fernandez till Live Science. Det "skulle vara trevligt att prova med gnagare med ett prov med högre antal." Forskare bör också dubbelkontrollera platsen för elektroderna placerade i hjärnan för att se till att de verkligen aktiverade den centrala laterala talamusen och inte andra närliggande hjärnregioner, tillade Fernandez.
Ändå, påpekade hon, så passar resultaten fint med resultaten från en nyligen genomförd studie av gnagare. det uppsatsen, som publicerades i juni 2018 i tidskriften //vanilla.tools/livescience/articles/YGExvsCXa4AWnp5ubygZY9Nature Neuroscience, föreslog att det finns en vakenhet "switch" någonstans i thalamus.
