اینکه چگونه پیش بینی حسی تحت بیهوشی تغییر می کند، به ما می گوید که شناخت آگاهانه چگونه کار می کند اخبار MIT

مغز ما دائماً در حال کار است تا در مورد آنچه در اطراف ما می گذرد پیش بینی کند تا مطمئن شود که می توانیم به عنوان مثال به موارد غیرمنتظره توجه کنیم. یک مطالعه جدید نحوه عملکرد این ماده در هوشیاری را بررسی می کند و همچنین تحت بیهوشی عمومی تجزیه می شود. نتایج شواهدی را به این ایده اضافه می‌کنند که تفکر آگاهانه نیازمند ارتباط هماهنگ – با واسطه ریتم‌های مغز در باندهای فرکانسی خاص – بین حوزه‌های حسی اولیه و شناختی مرتبه بالاتر مغز است.

پیش از این، اعضای تیم تحقیقاتی در موسسه یادگیری و حافظه Picower در MIT و دانشگاه Vanderbilt توضیح دادند که چگونه ریتم‌های مغز به مغز اجازه می‌دهد برای شگفتی‌ها آماده بماند. نواحی مغز با جهت گیری شناختی (معمولاً در جلوی مغز) از ریتم های آلفا و بتا با فرکانس نسبتاً پایین برای سرکوب پردازش توسط مناطق حسی (معمولاً به سمت پشت مغز) محرک هایی که در محیط آشنا و روزمره شده اند استفاده می کنند (مثلاً. موسیقی همکار شما). هنگامی که نواحی حسی یک غافلگیرکننده را تشخیص می‌دهند (مثلاً هشدار آتش در دفتر)، از ریتم‌های گامای با فرکانس سریع‌تر برای اطلاع دادن به مناطق بالاتر در مورد آن استفاده می‌کنند، و نواحی بالاتر آن را در فرکانس‌های گاما پردازش می‌کنند تا تصمیم بگیرند که چه کاری انجام دهند (مثلاً برای ترک دستگاه). ساختمان).

نتایج جدید، در 7 اکتبر در مجموعه مقالات آکادمی ملی علومنشان می دهد که وقتی حیوانات تحت بیهوشی عمومی ناشی از پروپوفول بودند، یک ناحیه حسی توانایی خود را برای تشخیص شگفتی های ساده حفظ کرد، اما ارتباط با یک ناحیه شناختی بالاتر در جلوی مغز از بین رفت و این ناحیه قادر به درگیر شدن با بالا به پایین خود نبود. تنظیم فعالیت ناحیه حسی و ناشناخته نگه داشتن آن برای شگفتی های ساده و پیچیده تر.

چیزی که ما در اینجا داریم یک شکست ارتباطی است

Earl K. Miller، یکی از نویسندگان ارشد، استاد Picower در موسسه یادگیری و حافظه Picower و بخش مغز و علوم شناختی MIT، می‌گوید: «کاری که ما در اینجا انجام می‌دهیم، ماهیت آگاهی را نشان می‌دهد. بیهوشی عمومی با پروپوفول فرآیندهای از بالا به پایین را که زیربنای شناخت هستند غیرفعال می کند. اساسا ارتباط بین نیمه جلو و عقب مغز را قطع می کند.

یکی از نویسندگان ارشد آندره باستوس، استادیار دپارتمان روانشناسی در واندربیلت و عضو سابق آزمایشگاه میلر در MIT، اضافه می کند که یافته های این مطالعه نقش کلیدی نواحی جلویی در هوشیاری را برجسته می کند.

باستوس می‌گوید: «این نتایج به‌ویژه با توجه به علاقه علمی جدید به مکانیسم‌های هوشیاری و چگونگی ارتباط هوشیاری با توانایی مغز برای پیش‌بینی اهمیت دارند.»

توانایی مغز برای پیش بینی در طول بیهوشی به طرز چشمگیری تغییر می کند. جالب اینجاست که قسمت جلویی مغز، نواحی مرتبط با شناخت، نسبت به نواحی حسی در توانایی های پیش بینی خود به شدت کاهش یافته است. این نشان می‌دهد که نواحی پیش‌پیشانی به ایجاد یک رویداد “شلیک” کمک می‌کنند که به اطلاعات حسی اجازه می‌دهد تا هوشیار شوند. فعال شدن حسی قشر به خودی خود منجر به ادراک آگاهانه نمی شود. این مشاهدات به ما کمک می کند تا مدل های ممکن برای مکانیسم های آگاهی را محدود کنیم.

Yihan Sophy Xiong، دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه Bastos که این مطالعه را رهبری کرد، می‌گوید که بیهوشی مدت زمان برقراری ارتباط بین منطقه‌ای در قشر مغز را کاهش می‌دهد.

شیونگ می‌گوید: «در مغز بیدار، امواج مغزی فرصت‌های کوتاهی را برای شلیک بهینه نورون‌ها فراهم می‌کنند – اصطلاحاً «نرخ تازه‌سازی» مغز. این نرخ تجدید به سازماندهی مناطق مختلف مغز برای برقراری ارتباط موثر کمک می کند. بیهوشی هم سرعت تازه‌سازی را کاهش می‌دهد، هم این پنجره‌های زمانی را برای نواحی مغز برای صحبت با یکدیگر محدود می‌کند و هم نرخ تازه‌سازی را کارآمدتر می‌کند، بنابراین نورون‌ها در مورد زمانی که می‌توانند شلیک کنند، بی‌سازمان‌تر می‌شوند. هنگامی که نرخ تازه سازی دیگر آنطور که در نظر گرفته شده کار نمی کند، توانایی ما برای پیش بینی ضعیف می شود.

یادگیری از افراد عجیب و غریب

برای انجام این مطالعه، دانشمندان علوم اعصاب سیگنال‌های الکتریکی صدها نورون منفرد و ریتم‌های هماهنگ فعالیت انباشته آنها (در فرکانس‌های آلفا/بتا و گاما) را در دو ناحیه روی سطح یا قشر مغز اندازه‌گیری کردند. مغز دو حیوان در حالی که به دنباله ای از آهنگ ها گوش می دهند. گاهی اوقات همه دنباله ها یک نت هستند (به عنوان مثال AAAAA). گاهی اوقات ممکن است یک شگفتی ساده وجود داشته باشد که محققان آن را “تعداد محلی” (به عنوان مثال، AAAAB) نامیده اند. اما گاهی اوقات غافلگیری پیچیده تر یا یک «عجیب جهانی» است. به عنوان مثال، پس از دیدن یک سری AAAAB، AAAAA به طور ناگهانی ظاهر می شود و الگوی جهانی را می شکند اما الگوی محلی را نمی شکند.

میلر می‌گوید، کار قبلی نشان می‌دهد که یک ناحیه حسی واحد (در این مورد، ناحیه گیجگاهی، یا Tpt) می‌تواند به تنهایی موارد عجیب و غریب محلی را تشخیص دهد. تشخیص عجیب و غریب جهانی پیچیده تر، مستلزم درگیری یک منطقه با مرتبه بالاتر (در این مورد، میدان های چشمی پیشانی یا FEF) است.

حیوانات توالی صدا را هم بیدار و هم تحت بیهوشی پروپوفول شنیدند. هیچ شگفتی برای حالت بیداری وجود نداشت. محققان تأیید کردند که نزولی ریتم‌های آلفا/بتا از FEF پیش‌بینی‌هایی را به Tpt انجام می‌دهد و اینکه Tpt ریتم‌های گاما را هنگام ظاهر شدن یک توپ عجیب و غریب افزایش می‌دهد و باعث می‌شود FEF (و قشر جلوی مغز) نیز با افزایش فعالیت گاما پاسخ دهند.

اما از طریق چندین اندازه گیری و تجزیه و تحلیل، دانشمندان توانستند ببینند که چگونه این پویایی پس از از دست دادن هوشیاری حیوانات شکسته شد.

به عنوان مثال، با پروپوفول، فعالیت اوج به طور کلی کاهش یافت، اما زمانی که یک لحظه عجیب و غریب محلی رخ داد، اوج Tpt همچنان به طور قابل توجهی افزایش یافت، اما اکنون اوج FEF مانند زمان بیداری پیروی نمی کند.

در همین حال، زمانی که یک عجایب جهانی در حین بیداری ارائه شد، محققان می‌توانند از نرم‌افزار برای «رمزگشایی» نمایش آن در میان نورون‌ها در FEF و قشر جلوی مغز (یکی دیگر از ناحیه‌های شناخت محور) استفاده کنند. آنها همچنین می توانند ویژگی های محلی را در Tpt رمزگشایی کنند. اما تحت بیهوشی، رمزگشا دیگر نمی تواند به طور قابل اعتماد بازنمایی عجیب و غریب محلی یا جهانی را در FEF یا قشر پیش پیشانی تشخیص دهد.

علاوه بر این، هنگامی که آنها ریتم ها را در مناطق بیدار و ناخودآگاه مقایسه کردند، تفاوت های زیادی پیدا کردند. هنگامی که حیوانات بیدار هستند، غیرعادی ها فعالیت گاما را در Tpt و FEF افزایش می دهند و ریتم آلفا/بتا کاهش می یابد. تحریک منظم و بی طرفانه، ریتم آلفا/بتا را افزایش می دهد. اما زمانی که حیوانات بیهوش بودند، افزایش ریتم گاما توسط یک غریبه محلی در Tpt حتی بیشتر از زمانی بود که حیوان بیدار بود.

نویسندگان نوشتند: «در از دست دادن هوشیاری با واسطه پروپوفول، عملکرد مهاری آلفا/بتا کاهش می‌یابد و/یا حذف می‌شود که منجر به مهار توپ‌های عجیب و غریب در قشر حسی می‌شود».

سایر تجزیه و تحلیل‌های ارتباط بین منطقه‌ای و همزمانی نشان داد که نواحی توانایی برقراری ارتباط در طول بیهوشی را از دست داده‌اند.

محققان نوشتند که به طور کلی، شواهد به دست آمده از این مطالعه نشان می دهد که تفکر آگاهانه نیاز به هماهنگی از جلو به پشت در قشر مغز دارد.

محققان نوشتند: «بنابراین، نتایج ما نقش مهمی را برای فعال‌سازی قشر جلوی پیشانی، علاوه بر فعال‌سازی قشر حسی، برای ادراک آگاهانه نشان می‌دهد.

علاوه بر ژیونگ، میلر و باستوس، نویسندگان دیگر مقاله عبارتند از ژاکوب دونوگهو، میکائیل لوندکویست، مردیث ماهنکه، الکس میجر و امری ان. براون.

مؤسسه ملی بهداشت، بنیاد JPB، و موسسه یادگیری و حافظه Picower بودجه این مطالعه را تامین کردند.