Health

Anesthesie leidt de beweging van hersengolven drastisch af

Overzicht: Nieuwe bevindingen onthullen hoe anesthesie-geïnduceerde bewusteloosheid verschilt van normale slaap als het gaat om deltagolfactiviteit in de hersenen.

Bron: Picower Instituut voor Leren en Geheugen

Stel je het bewuste brein voor als een ruige zee van botsende en uiteenspattende golven van verschillende groottes en vormen, wervelend en stromend in veel verschillende richtingen. Stel je nu een oceaanstomer voor die er doorheen vaart en het achterliggende spoor platmaakt met zijn machtige afscheidskielzog.

Een nieuwe studie onthult dat bewusteloosheid veroorzaakt door het veelgebruikte medicijn propofol zoiets als dit metaforische effect heeft op hoogfrequente hersengolven, die ze lijken weg te vegen en, als een schijnbaar gevolg, ook het bewustzijn wegvagen.

Meer prozaïsch, de studie in de Journal of Cognitive Neuroscience door MIT-wetenschappers van het Picower Institute for Learning and Memory laat zien dat propofol de manier waarop verschillende frequenties van hersengolven door het oppervlak van de hersenen of de cortex reizen drastisch verandert.

Terwijl bewuste hersenen een mengsel van golven van verschillende frequenties vertonen die direct in verschillende richtingen roteren of reizen, werden hersenen onder propofolanesthesie gedomineerd door krachtige zeer laagfrequente “delta”-golven die direct naar buiten rollen in tegenovergestelde richtingen in plaats van langzaam rond centrale punten te roteren terwijl ze doen tijdens het bewustzijn.

Hoogfrequente “bèta” -golven daarentegen werden kleiner in aantal en kregen een grilliger patroon, en bewogen alleen in richtingen die niet gedomineerd werden door opgaande deltagolven.

Van reizende golven wordt aangenomen dat ze veel belangrijke functies vervullen, omdat ze de activiteit van hersencellen coördineren over de hersengebieden die ze bedekken. Deze omvatten het lezen van informatie uit het geheugen en het bewaren ervan in afwachting van gebruik in cognitie. Ze kunnen ook helpen bij perceptie en fungeren als een manier om de tijd in de hersenen bij te houden.

De bevindingen illustreren daarom hoe diepgaand anesthesie de toestand van de hersenen verandert, aangezien het bewusteloosheid induceert en in stand houdt, zei hoofdauteur Earl K. Miller, Picower Professor of Neuroscience in MIT’s Department of Brain and Cognitive Sciences.

“De ritmes die we associëren met hogere cognitie worden drastisch veranderd door propofol,” zei Miller. “De bèta-reizende golven die worden waargenomen tijdens het wakker zijn, worden afgestoten, omgeleid door delta-reizende golven die zijn aangepast en krachtiger zijn gemaakt door anesthesie. De delta’s lopen als een stier door een porseleinkast.

Mede-hoofdauteur Emery N. Brown zei dat de bevindingen illustreren dat er veel manieren zijn waarop anesthetica de hersenen kunnen beïnvloeden.

“Door propofol gegenereerde reizende golven helpen ons te begrijpen dat er veel dynamische verschijnselen zijn die worden veroorzaakt door anesthetica die kunnen bijdragen aan veranderde waaktoestanden, zoals bewusteloosheid”, aldus Brown, een anesthesist in het Massachusetts General Hospital en Edward Hood Taplin, hoogleraar Computational Neuroscience en Gezondheid. Wetenschap en technologie aan het MIT.

“Het is daarom onredelijk om te denken dat er één enkel werkingsmechanisme is voor alle anesthetica.”

Hoofdauteur Sayak Bhattacharya, een postdoctoraal onderzoeker van Picower in het laboratorium van Miller, leidde het onderzoek door een dataset opnieuw te analyseren die was vastgelegd op twee dieren terwijl ze propofol-anesthesie ondergingen, gedurende een bepaalde tijd in die toestand bleven en vervolgens werden teruggebracht naar bewustzijn.

Dit is belangrijk, zei Bhattacharya, want hoewel reizende golven herhaaldelijk zijn waargenomen bij proefpersonen onder narcose, is deze studie een van de eersten die ze bij proefpersonen volgt door het proces van verlies en herwinnen van bewustzijn.

“Geen enkele studie heeft waargenomen hoe reizende golven direct van ontwaken naar anesthesie gaan en vervolgens terug naar ontwaken in hetzelfde experiment,” zei hij.

“We hebben continu gevolgd hoe deze golven zich gedroegen wanneer de dieren wakker waren, hoe ze veranderden toen het bewustzijnsverlies optrad, en dan weer wanneer het bewustzijn terugkwam – alles in dezelfde dieren, in een continue staat. experimentele sessie. Hierdoor konden we in realtime onderzoeken hoe de neurale paden die de golven produceren, werden gewijzigd.

De eerste analyse van de dataset door het lab, gepubliceerd in 2021, documenteerde een diepgaande verschuiving naar deltagolven, maar mat niet de rondtrekkende aard van de golven.

In de nieuwe analyse vonden Bhattacharya en zijn co-auteurs significante veranderingen, niet alleen in frequentie, maar ook in golfrichting, snelheid, structurele organisatie en vlakke versus roterende vorm.

“Laagfrequente (~1 Hz) deltagolven namen toe, terwijl hoogfrequente (8-30 Hz) golven afnamen”, schreven de auteurs.

“De langzame deltagolven versnelden en werden ruimtelijker georganiseerd. Ze werden vlakker (en minder roteerbaar) en er kwamen meer spiegelbeeldgolven in tegengestelde richtingen. In welke richting de langzame deltagolven ook stroomden na bewusteloosheid, ze domineerden.

“Hoogfrequente golven namen af ​​en verloren hun structuur na bewustzijnsverlies, ondanks een toename [wave] kracht, en stroomde bij voorkeur in richtingen waar langzame deltagolven minder frequent waren.

Hoogfrequente “bèta” -golven daarentegen werden kleiner in aantal en kregen een grilliger patroon, en bewogen alleen in richtingen die niet gedomineerd werden door opgaande deltagolven. Afbeelding is in het publieke domein

Zodra de dieren weer bij bewustzijn kwamen, keerden hun golfpatronen allemaal terug naar waar ze waren vóór toediening van propofol. De duidelijke associatie tussen deze twee regimes (ongebonden bèta voor of na anesthesie versus delta-dominantie tijdens anesthesie) en bewustzijnstoestand suggereert sterk een verband, zei Bhattacharya.

“We veronderstellen dat de drastische verstoring van bèta-reizende golven en hun omleiding kan bijdragen aan bewustzijnsverlies onder propofol-anesthesie,” zei hij.

Met name suggereren de onderzoeksresultaten een belangrijke manier waarop anesthesie verschilt van slaap (het is een veel voorkomende misvatting dat de twee staten van bewusteloosheid vergelijkbaar zijn).

Zie ook

Het toont een huilend meisje

In normale slaap bewegen deltagolven zich in een roterend patroon dat timing kan bieden die de “piektijdafhankelijke plasticiteit” induceert die nodig is om herinneringen aan ervaringen die gedurende de dag zijn verzameld te consolideren.

Onder propofol worden deltagolven echter vlak in plaats van roterend, waardoor dit geheugenondersteunende mechanisme wordt verstoord en de hersenen een belangrijke slaapfunctie krijgen.

Naast Bhattacharya, Miller en Brown zijn de andere auteurs van het artikel Jacob Donoghue, Meredith Mahnke en Scott Brincat.

Financiering: De JPB Foundation, het National Institute of General Medical Sciences en het Office of Naval Research financierden het onderzoek.

Over dit nieuws over bewustzijnsonderzoek

Schrijver: David Orenstein
Bron: Picower Instituut voor Leren en Geheugen
Contact: David Orenstein – Picower Instituut voor Leren en Geheugen
Afbeelding: Afbeelding is in het publieke domein

Originele onderzoek: Toegang gesloten.
“Anesthesie met propofol verandert corticale lopende golven” door Sayak Bhattacharya et al. Journal of Cognitive Neuroscience


Abstract

Propofol-anesthesie verandert corticale lopende golven

Oscillerende dynamiek in de cortex lijkt zichzelf te organiseren in reizende golven die verschillende functies vervullen.

Recente studies tonen aan dat propofol, een veelgebruikt anestheticum, de corticale oscillaties drastisch verandert door het oscillerende vermogen en de coherentie van de langzame delta te vergroten. Het is niet bekend hoe dit van invloed is op lopende golven.

We vergeleken reizende golven door de cortex van niet-menselijke primaten voor, tijdens en na door propofol geïnduceerd bewustzijnsverlies (LOC). Na LOC namen lopende golven in het langzame deltabereik (∼1 Hz) toe, werden ze meer georganiseerd en bewogen ze in verschillende richtingen ten opzichte van de waaktoestand. De hogere frequentie lopende golven (8-30 Hz), aan de andere kant, verminderden, verloren hun structuur en verschoven in richtingen waar langzame deltagolven minder frequent waren.

De resultaten suggereren dat LOC gedeeltelijk te wijten kan zijn aan toenames in de sterkte en richting van lopende golven met een lage delta, die op hun beurt lopende golven in de hogere frequenties geassocieerd met cognitie wijzigen en verstoren.

About the author

samoda

Leave a Comment