Cosa succede nel cervello durante l’incoscienza

Una nuova ricerca esplora la rottura della comunicazione tra le regioni del cervello.

Sotto anestesia, la comunicazione tra le aree del cervello diventa più localizzata.

Fonte: iStock / torwai

La prima dimostrazione pubblica di chirurgia sotto anestesia avvenne nel 1846. Nel 1847, le persone stavano già teorizzando su cosa stesse succedendo nel cervello mentre una persona era incosciente. Più di 170 anni dopo, ci stiamo ancora chiedendo. I misteri rimangono su tutte le forme di incoscienza – sonno, sedazione, profonda anestesia e coma. Ma tre documenti recenti di un gruppo di ricercatori della Michigan Medicine hanno aggiunto un po ‘di ciò che sappiamo su come il nostro cervello risponde quando sprofondiamo nell’incoscienza.

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“Non è come un interruttore della luce che si spegne, è più un processo di disconnessione”, afferma l’anestesista George Mashour, autore di tutti e tre i lavori. “La natura di come vengono elaborate le informazioni è davvero fondamentale.” In altre parole, il cervello non si spegne in anestesia (anche se può essere fatto solo con dosi molto alte di farmaci). Invece, il modo in cui i neuroni comunicano e inviano segnali a vicenda diventa sempre più localizzato, creando isole isolate di attività. In quello stato, c’è molta meno connettività in tutto il cervello. Le conversazioni sono tutte locali, non a lunga distanza, secondo Mashour e il suo team, che comprende il neurofisiologo Anthony Hudetz e il fisico Uncheol Lee.

Come direttore del Center for Consciousness Science presso la University of Michigan Medical School, Mashour fa parte di una ricca tradizione di anestesisti che indagano la coscienza – non è un interesse sorprendente, dal momento che questi medici trascorrono le loro giornate mettendo le persone sotto e tirandole di nuovo fuori. Quando parla di coscienza, Mashour non significa libero arbitrio o autocoscienza: “Stiamo parlando principalmente dell’esperienza, e il pensiero generale che l’integrazione o la sintesi di informazioni è fondamentale per l’esperienza cosciente.”

Nel 2004, come residente ad Harvard, ha pubblicato una teoria che ha gettato i semi per il lavoro che sta facendo oggi: “Mi stavo ponendo la domanda, perché funzionano gli anestetici?” All’epoca, il ruolo dell’integrazione delle informazioni, anche noto come legame cognitivo, era una grande domanda nelle neuroscienze. Le persone volevano sapere come diverse aree del cervello elaborano le informazioni quando arrivano da diverse aree sensoriali come la visione e l’udito. “Come fa il cervello a riunire tutte queste informazioni in modo da avere questa esperienza unificata e senza soluzione di continuità?” Chiede Mashour. “Quello che ho ipotizzato è che forse gli anestetici funzionano non solo chiudendo tutto, ma piuttosto inibendo questi processi di integrazione. Forse l’anestesia è una specie di sciocchezza cognitiva. ”

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Mashour non era l’unico a pensare in questo modo. In particolare, il neuroscienziato Giulio Tononi dell’Università del Wisconsin, esperto di sonno e coscienza, ha messo in pratica una teoria importante quella relativa all’integrazione delle informazioni nel cervello. Mashour, che ha iniziato la sua vita accademica studiando filosofia, ha continuato a lavorare sulla questione da allora.

Tutti i lavori recenti del suo gruppo, pubblicati su Trends in Neurosciences, The Journal of Neuroscience e Frontiers in Human Neuroscience, affrontano una parte leggermente diversa della “rottura della comunicazione” nel cervello inconscio. Presi insieme, il lavoro ha analizzato diverse aree neurali durante la sedazione, l’anestesia chirurgica e uno stato vegetativo e ha mostrato non solo che la comunicazione diventa più localizzata, ma anche che l’elaborazione delle informazioni rallenta. Utilizzando l’EEG per intercettare l’attività elettrica del cervello, il team ha reso più gestibile il complesso compito di misurare l’integrazione delle informazioni nel cervello. Sono stati in grado di identificare i diversi stati di coscienza che stavano studiando in base alle loro misurazioni.

Essenzialmente, erano in grado di misurare quello che chiamano “lo stato di modularità” in una rete cerebrale. “La modularità è una misura di quanto sia connesso il cervello”, afferma Mashour. “Più isole hai, maggiore è la modularità e minore è la misura dell’integrazione.”

E il sonno? I ricercatori della coscienza pensano al sonno e all’anestesia come stati distinti che condividono determinati tratti, dice Mashour:

[Questo lavoro] suggerisce che una delle caratteristiche chiave dello stato anestetizzato o inconscio è che hai una rottura o una frammentazione della rete. Questo è stato anche dimostrato per dormire. È stato dimostrato per alcuni disturbi della coscienza. Penso che stia emergendo come un tema coerente.

Anche se tutti questi stati di incoscienza mostrano interruzioni della comunicazione simili nel cervello, una differenza importante e intrigante è come veniamo fuori da loro. “Perché è possibile invertire il sonno in un paio di secondi agitando qualcuno, è possibile invertire l’anestesia in pochi minuti dopo aver interrotto il farmaco, ma potrebbero volerci anni, se non del tutto, per riprendersi da uno stato patologico?” chiede Mashour. Lui e altri nel campo sperano che un giorno, se i ricercatori riescono a capire meglio cosa sottostà a queste differenze, tale conoscenza potrebbe essere utilizzata per aiutare le persone a uscire da coma o stati vegetativi. “Possiamo pensare all’ingegneria o reingegnerizzare un’emergenza da questo stato come fa il cervello quando esce dall’anestesia”, dice Mashour.

Al di là di tali implicazioni cliniche, Mashour spera che il suo lavoro continui ad aggiungere ciò che sappiamo dell’esperienza umana. “Stiamo cercando di capire come monitorare meglio l’anestesia”, dice Mashour, “ma l’altro lato della medaglia è che stiamo usando questi anestetici come strumenti per cercare di vedere in cosa consiste la coscienza nel cervello”.

Copyright: Lydia Denworth 2018.

Riferimenti

Huang, Zirui, et al. “Tempi di dinamica intrinseca del segnale BOLD e connettività funzionale negli stati di incoscienza farmacologici e neuropatologici.” Journal of Neuroscience (2018): 2545-17.

Mashour, George A. e Anthony G. Hudetz. “Correlazioni neurali di incoscienza nelle reti cerebrali su larga scala”. Tendenze nelle neuroscienze (2018).

Kim, Hyoungkyu, et al. “Stimare la misura di informazione integrata Phi dall’elettroencefalografia ad alta densità durante vari stati di coscienza negli esseri umani.” Frontiers in Human Neuroscience 12 (2018): 42.