Oamenii de ştiinţă au descoperit că creierul uman poate continua să îndeplinească sarcini lingvistice surprinzător de avansate chiar și atunci când o persoană este complet inconștientă sub anestezie generală. Descoperirile, publicate în jurnalul ştiinţific Nature, pun sub semnul întrebării ipoteze de lungă durată privind relația dintre conștiință și cogniție. În același timp, ele oferă perspective noi care ar putea modela cercetările viitoare privind memoria, limbajul și interfețele creier-computer. Deși pacienții nu au nicio amintire a procedurii chirurgicale, cercetarea demonstrează că, la nivel de activitate cerebrală sub anestezie, rețelele neuronale rămân surprinzător de vigilente.
„Descoperirile noastre arată că creierul este mult mai activ și mai capabil în timpul stării de inconștiență decât se credea anterior. Chiar și atunci când pacienții sunt complet anesteziați, creierul lor continuă să analizeze lumea din jur.”, a declarat dr. Sameer Sheth, profesor și titular al catedrei de neurochirurgie finanțate de Fundația Cullen, precum și bursier McNair la Baylor, citat de publicaţia Science Daily.
Înregistrarea activității cerebrale în timpul anesteziei
Pentru a investiga de ce este capabil creierul în stare de inconștiență, Sheth și colegii săi au înregistrat activitatea a sute de neuroni individuali din O structură a creierului fundamentală pentru procesarea memoriei, învățare și orientare spațială. Deși procesează sunete sub anestezie, lipsa comunicării cu restul creierului previne formarea amintirilor. o regiune cerebrală implicată în memorie. Înregistrările au fost realizate în timp ce pacienți supuși unei intervenții chirurgicale pentru epilepsie se aflau sub anestezie generală. Aceste proceduri le-au oferit cercetătorilor o ocazie rară de a studia direct această parte a creierului.
Echipa a utilizat Micro-dispozitive de ultimă generație, extrem de subțiri, capabile să înregistreze simultan activitatea electrică a mii de neuroni individuali cu o precizie fără precedent. o tehnologie avansată care nu mai fusese folosită niciodată până atunci în hipocamp pentru acest tip de cercetare. Acest lucru le-a permis să observe modul în care creierul răspundea la sunete și la limbaj chiar și atunci când pacienții nu aveau conștiință.
Ce se întâmplă în creier sub anestezie? Procesarea ascunsă a limbajului
Primul experiment a expus pacienții la o serie de tonuri repetitive, printre care se amestecau ocazional sunete neașteptate. Cercetătorii au descoperit că neuronii din hipocamp detectau în mod constant aceste tonuri neobișnuite. Și mai interesant, creierul a devenit mai priceput în a le recunoaște în timp, ceea ce sugerează că învățarea sau Capacitatea creierului de a-și modifica structura, formând noi conexiuni și rețele în timp real, ca răspuns la stimuli noi, învățare sau experiențe. (neuroplasticitatea) încă aveau loc în timpul anesteziei.
Cercetătorii au sporit apoi complexitatea experimentului redând povestiri scurte, în timp ce continuau să înregistreze activitatea cerebrală. Hipocampul a arătat dovezi clare de procesare a limbajului în timp real. Modelele de activitate neuronală au revelat că creierul putea distinge diferite părți de vorbire, inclusiv substantive, verbe și adjective. Așadar, deși conștiența este complet oprită, creierul sub anestezie continuă să asculte și să clasifice informația fonetică exact cum ar face-o în starea de veghe.
Dar dacă mintea aude, de ce nu ne amintim nimic la trezire? Explicația constă în modul în care acționează anestezicele: deși permit procesarea senzorială locală, ele blochează comunicarea pe scară largă între diferitele regiuni ale creierului. Fără această sincronizare globală, informațiile procesate de hipocamp nu pot fi integrate și consolidate în amintiri pe termen lung, lăsând pacientul cu iluzia unui somn instantaneu și fără vise.
Echipa de cercetare a făcut, de asemenea, o altă descoperire surprinzătoare. Semnalele neuronale puteau fi folosite pentru a prezice cuvintele următoare înainte ca acestea să fie rostite.
„Creierul pare să anticipeze ce urmează într-o poveste, chiar și fără conștientizare”, a spus Sheth, care este și director al Laboratoarelor Fundației de Cercetare în Neurologie Pediatrică Gordon și Mary Cain din cadrul Institutului de Cercetare Neurologică Duncan de la Spitalul de Copii din Texas.
„Acest tip de Mecanism cognitiv prin care creierul nu așteaptă pasiv informația, ci generează constant predicții și anticipează activ următorul cuvânt sau eveniment pe baza tiparelor cunoscute. este ceva ce asociem cu starea de veghe și atenție, și totuși se întâmplă aici într-o stare inconștientă”, a spus dr. Benjamin Hayden, profesor de neurochirurgie la Baylor.
Regândirea conștiinței
Descoperirile sugerează că abilități cognitive importante, inclusiv înțelegerea limbajului și predicția, s-ar putea să nu depindă de conștientizare. În schimb, conștiința însăși ar putea rezulta din comunicarea între mai multe regiuni ale creierului, mai degrabă decât din activitatea dintr-o singură zonă, cum ar fi hipocampul.
Cercetătorii au remarcat, de asemenea, similitudini între comportamentul predictiv al creierului și inteligența artificială (IA). La fel cum modelele lingvistice de mare anvergură generează text anticipând cuvântul următor, hipocampul părea să facă predicții similare în timpul procesării limbajului. Înțelegerea acestor principii comune ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă mai bine atât inteligența biologică, cât și pe cea artificială.
Importanţa acestei descoperiri depășește granițele sălii de operație. Această cercetare ar putea contribui, de asemenea, la dezvoltarea viitoarelor tehnologii de comunicare, inclusiv a protezelor vocale concepute pentru persoanele care și-au pierdut capacitatea de a vorbi.
„Putem folosi aceste semnale pentru a implementa și opera o proteză vocală pentru anumite părți ale creierului afectate de accident vascular cerebral sau leziuni? Acestea sunt întrebări pe care le putem lua acum în considerare în legătură cu această parte a creierului”, a declarat dr. Vigi Katlowitz, primul autor și rezident în neurochirurgie la Baylor.
Dar de ce este această descoperire atât de importantă dincolo de granițele sălii de operație? În primul rând, ne obligă să înțelegem că starea de conștiență nu este un simplu comutator de tip «Pornit/Oprit», ci o rețea complexă care rămâne parțial activă chiar și în cel mai profund somn artificial. În al doilea rând, capacitatea creierului de a anticipa cuvinte în timp ce este sedat oferă cercetătorilor „cheia” pentru a decoda limbajul la nivel neuronal. Pe viitor, folosind exact aceste tipare predictive ascunse, oamenii de știință ar putea crea interfețe creier-computer capabile să le redea vocea pacienților paralizați, traducându-le gândurile direct în cuvinte.
Sunt necesare mai multe cercetări
Cercetătorii avertizează că rezultatele trebuie interpretate cu prudență. Studiul a examinat doar un singur tip de anestezie generală, astfel încât rezultatele s-ar putea să nu se aplice și altor stări de inconștiență, precum somnul sau coma. În plus, cercetarea s-a concentrat asupra unei singure regiuni cerebrale, iar amploarea cu care aceste procese au loc în întregul creier rămâne neclară.
„Această lucrare ne determină să regândim ce înseamnă să fii conștient. Creierul face mult mai multe lucruri în culise decât înțelegem noi pe deplin.”, a spus Sheth.
Acest studiu demonstrează că granița dintre conștiență și inconștiență este mult mai fluidă, deschizând un nou capitol în modul în care știința medicală înțelege activitatea creierului uman.
Studiul a fost publicat în revista de specialitate Nature.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Urcatul frecvent al scărilor, asociat cu un risc cu 39% mai mic de deces cardiovascular
Mișcarea ajută neuronii să-și repare ADN-ul. Suplimentele antioxidante ar putea slăbi acest efect
Un conservant alimentar, asociat cu decese prin sinucidere în rândul tinerilor din Marea Britanie
Oamenii de știință au topit un diamant și au descoperit altceva decât prezicea teoria
