Ученые определили «неврологические паттерны» сознания
Новое исследование с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI) показывает, что картина мозга человека, находящегося в вегетативном состоянии или состоянии минимального сознания отличается от картины активности мозга человека, находящегося в сознании, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances международной командой нейробиологов. Результаты их работы показывают, что в отличии от пациентов, находящихся в полубессознательном состоянии, мозг здорового человека демонстрирует высокую динамику и существенно более сложную коннективность.
«Результаты исследования демонстрируют существенный прогресс в определении «отпечатков» сознания в мозге», — говорит нейробиолог Анил Сет из Сассекского университета, не принимавший участие в этом исследовательском проекте. – «Эта работа открывает новые двери в определении сознательных и бессознательных состояний при различных условиях».
Человек может находиться в состоянии временной потери сознания (например, во время сна или анестезии) или в полном бессознательном состоянии, например, при получении травмы мозга. Но несмотря на то, что бессознательность определяется как неспособность мозга реагировать на раздражители, подобное поведение не всегда является результатом бессознательного состояния, говорят результаты некоторых исследований. Например, в практике медицины наблюдались случаи, когда мозг пациентов, на первый взгляд никак не реагирующий на раздражители, на самом деле демонстрировал активность аналогичную той, что свойственна мозгу человека, находящегося в сознании – им говорили представить, как они выполняют какую-нибудь физическую задачу, например, играют в теннис. Такая психическая реакция при отсутствии физического ответа носит название когнитивно-моторного диссонанса.
Подобные наблюдения заставляет ученых продолжать исследования, направленные на понимание того, что происходит с человеческим мозгом во время сознательного и бессознательного состояния.
В некоторых более ранних исследованиях мониторинг электрической активности мозга с помощью электроэнцефалографии у людей, находившихся в состоянии сна, под воздействием анестезии или после испытанной черепно-мозговой травмы, выявлял в мозговых волнах определенные паттерны, которые ученые связывают с сознанием. Однако электроэнцефалография не дает возможности получить полную пространственную информацию об активности мозга, говорит Джакобо Ситт из Парижского института исследований головного и спинного мозга. В свою очередь с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии «теперь мы знаем, откуда появляются эти паттерны», говорится в новом исследовании.
Ситт с коллегами при поддержке трех медицинских учреждений в Париже, Нью-Йорке и бельгийском Льеже провели МРТ-сканирование 47 здоровым людям, а также 78 пациентам, находящимся в вегетативном состоянии (unresponsive wakefulness syndrome, UWS), при котором наблюдается отсутствие реакций с сохранностью цикла сна-бодрствования (человек лежит с открытыми глазами, но совершенно не реагирует на раздражители), а также с состоянием минимального сознания (MCS), когда человек может следить глазами за объектами, но не может передавать свои чувства и мысли.
Компьютерный анализ данных МРТ-сканирования, полученных на основе около 400 изображений продолжительностью около 20 минут каждое для каждого участника наблюдений, выявил четыре закономерности (паттерна) или характера активности мозга. При этом, как отмечают исследователи, вероятность проявления двух определенных паттернов при сканировании напрямую зависела от установленного человеку диагноза.
К примеру, у здоровых людей существенно чаще, чем у пациентов проявлялся «первый характер активности», характеризующийся высокой пространственной сложностью и межрегиональной коннективностью отделов мозга, что свидетельствует о координации работы всего мозга. С другой стороны, у пациентов с диагнозом UWS первый паттерн активности проявлялся очень редко, а вот «четвертый», характеризующийся пониженной пространственной сложностью и межрегиональной коннективностью, наоборот, наблюдался чаще всего. Пациенты с состоянием минимального сознания (MSC) в целом демонстрировали усредненную активность мозга, находясь где-то посередине между двумя группами. Проявления второго и третьего паттерна активности наблюдались среди всех групп участников исследования.
После этого ученые провели анализ активности мозга другой группы людей, состоявшей из 11 пациентов одной из канадских больниц. И опять же МРТ-сканирование показало наличие определенных характеров мозговой активности. У шести пациентов с UWS чаще всего наблюдался четвертый паттерн активности, у оставшихся пяти, у которых отмечался когнитивно-моторный диссонанс, чаще всего проявлялся первый паттерн активности, подтверждая тем самым выводы предыдущих исследований (о которых говорилось в начале статьи), указывавших на наличие сознания у таких пациентов.
Первый (слева) и четвертый (справа) паттерны мозговой активности, выявленные с помощью МРТ-сканирования
По словам нейробиолога Тристана Бекинштейна из Кембриджского университета, при такой сложной выборке (пациенты с разным состоянием активности мозга, разные медицинские учреждения, разное оборудование, которое использовалось для исследования) «вероятность неудачи исследования была очень высокой». Однако результаты оказались «предельно последовательными», отмечает ученый.
Возможность идентификации сигнатур сознания и бессознательности может помочь медикам и родственникам принять сложный выбор в пользу продолжения или отказа от поддержки жизни тяжелобольных пациентов, считает анестезиолог Энтони Хадец из Мичиганского университета. Кроме того, такая возможность позволит быстрее понять эффективность или неэффективность тех или иных методов лечения и реабилитации.
«В конечном итоге все это ведет к лучшему понимаю того, что происходит в мозге таких пациентов в сравнении с мозгом здоровых людей и тех, кто находится в состоянии сознания. С этой позиции данное исследование делает большой шаг вперед», — добавляет Хадец.