全身麻醉过程,大脑是『平稳滑向』还是『一跃进入』虚无状态
01 麻醉和意识
作为麻醉医生应该认识到,已经没有反应的病人可能仍然有一些正在进行的意识活动(部分断开)。
“不要紧张,我们现在给你麻醉。你的胳膊可能开始会感到冷和疼。醒醒,睁开眼睛……[没有反应]……。阿姨,我们先来做一下深呼吸。”这些类似的对话每天都在世界各地的手术室中上演。
通常当病人对口头指令没有反应时,人们就假定她失去知觉了。但对麻醉医生而言,即使病人已经停止回应,麻醉医生仍然要继续安慰她,向他们解释此刻是如何支持呼吸的,因为病人可能是『表面上被麻醉,头脑上还清醒』。
02 感觉断开和意识丧失
『无意识状态』 包括了意识正常的做梦 (感 觉断开) 和真正的无意识 (意识丧失) 。感觉与外部世界断开的过渡以广泛的脑电图变化为标志,使用麻醉药物或在非快速眼动睡眠期间,可以观察到低频delta和慢波活动弥漫性增加,以及高频gamma和beta带的广泛抑制。 由于缺乏主观报告,这些阻碍大脑回路正常运转的改变通常被认为是意识丧失,然而研究数据表明,这些意识抑制应该更准确地描述为感觉断开。相比之下,真正的无意识状态与扣带皮层活动的减少最为密切相关。
03 自由提问
丙泊酚可导致大范围的大脑功能连接/耦合的改变,似乎与意识水平的变化密切相关。在全身麻醉诱导过程中,大脑是否经历了一个『平稳滑向』遗忘深处的过程?还是有一种进入『虚空的量子跳跃』?
04 一探究竟
研究人员分析了英国牛津大学16名健康志愿者的数据,志愿者接受了非常缓慢的麻醉诱导,静脉注射丙泊酚至大约4 μg/ml浓度(40分钟左右),同时记录31通道脑电图(精确到毫秒),然后随着丙泊酚浓度的降低志愿者被动苏醒。
实验结束后,研究人员使用脑电图数据来评估功能连接,也就是说:一个电极周围的神经生理活动如何与更远处的电极相关联或相一致。
05 结果分析
研究人员发现的结果是『相变的证据』(即从网络的一种状态跳转到另一种状态,对应于系统行为的急剧和突然变化)。这一量子飞跃不能简单地归因为分子目标的微观水平事件的总和,相反它反映了系统作为一个整体的突发和集体动态。这表明大脑并没有以一种平滑的线性指数的方式进入全身麻醉状态。
研究还发现,在行为反应丧失前后,神经网络连通性方面出现了一系列复杂动态变化,而这个过程中丙泊酚效应(部位浓度)的前后变化非常小,只大约相差0.2~0.4µg/ml。这种从无反应过渡到真正无意识的过程是突然发生的,表现出神经网络是一种有序-相变无序的模式。
在行为反应性的丧失/恢复过程中存在着某种神经网络状态的转变:在行为反应性丧失前,观察到长时程交互信息的短暂增加,接着是相关性的突然丧失,研究人员将其解释为『临界慢化现象』的证据,即失去和恢复意识的滞后现象。
该现象是神经网络接近相变的征兆,而且经历严重减速的系统比被破坏时需要更长的时间来恢复。随着丙泊酚浓度的增加,大脑似乎同时表现出alpha波的超同步和delta波去同步,这种低频功率的损失与高频波相位矩阵相关性的增加共存,表明正在发生一种复杂的相变。
想象一下,你和一位外科医生陷入了一场激烈的争论,同时大声地对彼此说话,手术室里的其他人员也正开启另外无关的谈话。此时,你和外科医生将异常同步(尽管处于不peace的状态),而与其他人员将不同步,整个手术室团队的整体效率会直线下降,团队成员之间的信息交换也会中断。
换句话说,一系列事件的戏剧性转变将同时产生一系列随之而来的后果。这就是Pullon等人提出的在全身麻醉诱导过程中大脑网络发生的变化。
06 精彩讨论
在临床上,这项研究不免让我们质疑『麻醉深度』的线性概念,例如神经生理指标会随着意识水平的逐渐下降而平稳下降。
就脑电双频指数BIS而言,在麻醉诱导过程中,似乎也常可以观察到指数一旦低于某个高位数值后就发生快速的大幅度下跌,这是否是一种相变的暗示?这项研究值得让我们重新思考『意识是一个分级现象』的命题。
以上说明从无反应过渡到真正无意识的过程是突然发生的,然而对于正在进行诱导的麻醉医生而言,仍然不知道正在经历麻醉诱导的病人是否只是与环境分离(如在梦中)但仍然有意识,还是到了真正无意识的状态。
脑电图的相变有没有可能仅仅是行为反应能力丧失的标志,而意识体验的能力继续保持不受干扰?
或许,下一个前沿领域是了解『麻醉后的意外苏醒』,特别是当受到伤害性刺激时,是否也由这些神经网络状态的突然逆转驱动?以及这些分析技术是否可以用来快速识别或预测麻醉状态不稳定的阶段。
曾被单独研究的众多神经网络特征(alpha的超同步、delta的去同步、降低的效率等等)似乎代表着一组相同属性的归类,它们沿着大脑网络一起移动开启一场旅行,使人们的意识从临界的关键边缘一跃进入麻醉的虚空。
参考文献
[1] Pullon RM, Warnaby CE, Sleigh JW. Propofol-induced Unresponsiveness Is Associated with a Brain Network Phase Transition. Anesthesiology. 2022;136(3):420-433.
[2] Mashour GA, Sanders RD, Lee U. Propofol Anesthesia: A Leap into the Void?. Anesthesiology. 2022;136(3):405-407.
[3] Hight D, Sleigh J. Consciousness and the outside world: is there anyone listening?. British journal of anaesthesia. 2022;S0007-0912(22)00067-8.
[4] Casey CP, Tanabe S, Farahbakhsh Z, et al. Distinct EEG signatures differentiate unconsciousness and disconnection during anaesthesia and sleep. British journal of anaesthesia. 2022;S0007-0912(22)00018-6.
不感兴趣
看过了
取消
不感兴趣
看过了
取消
精彩评论
相关阅读