麻醉剂能极大地转移脑电波的传播

想象一下，意识大脑就像一个海浪，在不同大小和形状的波浪碰撞和分散中翻滚，在许多不同的方向上旋转和流动。现在想象一下，一艘远洋客轮笨重地驶过，将身后的一切夷为平地。一项新的研究发现，由常用药物异丙酚引起的无意识对更高频率的脑电波有类似的隐喻效应，似乎把它们扫到一边，作为一个明显的结果，意识也被扫走了。

更直白地说，由麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的科学家们在《认知神经科学杂志》上发表的研究表明，异丙酚实质上改变了不同频率的脑电波在大脑表面或大脑皮层传播的方式。有意识的大脑呈现出各种频率的波的混合物，这些波沿着不同的方向旋转或直线传播，而在异丙酚麻醉下，大脑被强大的、低频的“德尔塔”波以相反的方向直向外滚动，而不是像有意识时那样缓慢地围绕中心点旋转。与此同时，频率更高的“贝塔”波变得更少，结构更不规则，只在不受汹涌的三角洲波支配的方向上传播。

行波被认为具有许多重要的功能，因为它们可以协调脑细胞在它们所覆盖的大脑区域的活动。这包括从记忆中读出信息，并将其保存在那里，等待被用于认知。它们也可能有助于感知，并作为一种在大脑中保持时间的手段。因此，研究结果说明，当麻醉诱导并保持无意识状态时，是如何深刻地改变大脑状态的，麻省理工学院大脑和认知科学系神经科学皮考尔教授、资深作者厄尔·k·米勒说。

米勒说:“异丙酚极大地改变了我们与更高认知相关的节律。”“在清醒状态下看到的β行波被推到一边，被delta行波重新定向，delta行波在麻醉剂的作用下被改变并变得更强大。三角洲就像一头闯进瓷器店的公牛。”

共同资深作者埃默里·n·布朗说，这些发现说明麻醉药物可以通过多种方式作用于大脑。

“异丙酚产生的行波帮助我们认识到麻醉药产生的许多动态现象可以改变觉醒状态，如无意识。”布朗说，他是麻省总医院的麻醉师，也是麻省理工学院计算神经科学和健康科学与技术的爱德华·胡德·塔普林教授。“因此，认为所有麻醉剂的作用机制都是单一的是不合理的。”

该研究的主要作者Sayak Bhattacharya是Miller实验室的皮考尔博士后研究员，他重新分析了两只动物在接受异丙酚麻醉后的数据集，它们在这种状态下呆了一段时间，然后又恢复了意识。巴塔查里亚说，这一点很重要，因为虽然在被麻醉的受试者中多次观察到行波，但这项研究是第一个对他们在失去和恢复意识的过程中进行全程跟踪的研究。

他说:“在同一实验中，还没有研究观察到行波是如何从清醒状态到麻醉状态，然后又直接回到清醒状态的。”“我们连续监测动物在清醒状态下这些波的表现，然后在意识丧失发生时它们如何变化，然后在意识恢复发生时它们又如何变化——所有这些都是在同一只动物身上进行的，在连续的实验过程中。这让我们能够实时探索产生这种波的神经通路是如何被改变的。”

该实验室于2021年发表了对数据集的第一次分析，记录了向delta波的深刻转变，但没有测量波的传播性质。

在新的分析中，Bhattacharya和他的合著者发现了显著的变化，不仅在频率上，而且在波的方向、速度、结构组织以及平面与旋转形式上。

作者写道:“慢频率δ (~ 1hz)波增加，而高频(8- 30hz)波减少。”“慢三角波加速，空间组织性更强。它们变得更平面(更少旋转)，增加了向相反方向传播的镜像波。在失去意识后，无论慢三角洲波流向哪个方向，它们都占主导地位。在意识丧失后，高频波减少并失去结构，尽管显示出了更高的[波]功率，并优先向慢δ波较少出现的方向流动。”

在动物恢复意识后，它们的波型都回到了异丙酚治疗前的水平。巴塔查里亚说，这两种机制(麻醉前后不受限制的β和麻醉期间的丁型脑区支配)与意识状态之间的明确联系强烈表明了两者之间的联系。

他说:“我们推测，在异丙酚麻醉下，贝塔波的剧烈分解和它们的定向可能会导致意识丧失。”

值得注意的是，这项研究的发现表明了麻醉与睡眠的一个重要区别(这是一种常见的误解，认为两种无意识状态是相似的)。在正常睡眠中，delta波以旋转的模式传播，可能会提供诱发“与脉冲时间相关的可塑性”的时间，这是巩固白天积累的经验记忆所需要的。然而，在异丙酚的作用下，delta波变得平面而不是旋转，扰乱了这种帮助记忆的机制，并剥夺了大脑睡眠的关键功能。

propofol anesthesia alters cortical traveling waves