Bir hastanın bilinç düzeyi sağlık hizmetlerinde çok önemlidir ve bazen hastanın tıbbi veya nörolojik durumunu gösteren hayati bir işaret olarak kabul edilir. Bilinçsizliğin kritik olduğu ortamlardan biri, hastanın ağrı hissetmemesini ve hareketsiz kalmasını sağlamak için genel anestezinin kullanıldığı ameliyathanedir.
Her gün yüz binlerce kişiye genel anestezi uygulanmakta ve bir anestezik ve yatıştırıcı olan propofol yaygın olarak kullanılmaktadır. Propofolün etkileri iyi anlaşılmış olsa da, bilinç kaybına nasıl neden olduğu bilinmiyordu. Ancak, MIT araştırmacıları tarafından yapılan yeni bir çalışma, propofolün nöron aktivitesi üzerindeki etkisini inceleyerek cevaplar sağladı.
MIT'nin Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü'nde nörobilim profesörü ve çalışmanın eş yazarı Earl Miller, "Beyin, uyarılabilirlik ve kaos arasındaki bıçak sırtında çalışmak zorundadır" dedi. "Nöronlarının birbirini etkilemesi için yeterince uyarılabilir olması gerekir, ancak çok uyarılabilir hale gelirse kaosa dönüşür. Propofol beyni bu dar çalışma aralığında tutan mekanizmaları bozuyor gibi görünüyor."
Birçok bilinç teorisi beynin bilgiyi bütünleştiren ve organın farklı bölümlerini birbirine bağlayan ağ yapısına odaklanmaktadır. Öne çıkan teorilerden biri, farkındalığın bir 'ateşleme'den, yani beyin boyunca aktivite darbeleri — ya da sivri uçlar — üreten bir girdiden kaynaklandığını öne sürüyor. Burada araştırmacılar, bilinçlilikte kritik bir faktörün Miller'ın bahsettiği beynin çalışma aralığı olan 'dinamik stabilite' kavramı olduğunu ve propofolün ve muhtemelen diğer anesteziklerin bu stabiliteye müdahale ettiğini varsaymışlardır.
Bir kişi bilinçsizliğe girerken dinamik stabilitenin ölçülmesi, araştırmacıların bilinçsiz durumun çok fazla mı yoksa çok az stabiliteden mi kaynaklandığını belirlemelerini sağlayacaktır. Başka bir deyişle, genel anestezi beynin çok kararlı ve tepkisiz hale gelmesine neden olarak bilinçsizliğe mi yol açar, yoksa bilinçsizlik aşırı heyecan ve kaos halinin getirdiği anesteziden mi kaynaklanır? Önceki çalışmalar çelişkili sonuçlar ortaya koymuş, bazıları anesteziklerin stabiliteye, bazıları ise kaosa neden olduğunu söylemiştir.
Araştırmacılar hayvanlara bir saat boyunca propofol infüzyonu verdi ve bu süre zarfında yavaş yavaş bilinçlerini kaybettiler. Beynin görme, ses işleme, uzamsal farkındalık ve yürütme işleviyle ilgili dört bölgesindeki elektriksel aktivite kaydedildi ve analiz edildi. Araştırmacılar, verilerin kısmi gözlemlerinden genel beyin aktivitesini yeniden yapılandırmak için Takens teoremini kullanarak gecikme gömme adı verilen bir teknik kullandılar.
Bu teorem matematiğin dinamik sistemler teorisi adı verilen ve başlı başına ağır matematik gerektiren bir dalında kullanılıyor, bu yüzden mümkün olduğunca basit tutacağım. Takens'in gecikme gömme teoremi, doğrusal olmayan bir dinamik sistemi karakterize etmek için zaman (verilerin kısmi gözlemleri) ile uzayı (sistemin tam çekicisi) takas etmeyi mümkün kılar. Bir 'çekici', dinamik bir sistemin başlangıç koşullarına bakılmaksızın evrilme eğiliminde olduğu bir durum veya davranıştır.
Uyanık beyinde, nöral aktivite herhangi bir girdiden sonra temel aktivite seviyesine dönmeden önce ani artışlar gösterir. Ancak araştırmacılar, propofol verilmeye başlandığında, hayvanların beyinlerinin ses gibi girdilerden sonra taban çizgisine dönmesinin daha uzun sürdüğünü ve aşırı uyarılmış bir durumda kaldığını gözlemledi. Bu etki, hayvanlar bilinçlerini kaybedene kadar giderek daha belirgin hale geldi; bu da propofolün nöronal aktiviteyi inhibe ederek artan kararsızlığa ve nihayetinde bilinç kaybına yol açtığını düşündürüyor.
Araştırmacılar daha sonra hesaplamalı bir sinir ağı modeli kullanarak bu etkiyi tekrarladılar.
MIT yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın başyazarı Adam Eisen, "Birbirine bağlı nöronlardan oluşan basit bir devre modeline baktık ve bu modelde inhibisyonu artırdığımızda bir dengesizlik gördük" dedi. "Dolayısıyla, önerdiğimiz şeylerden biri, inhibisyondaki bir artışın istikrarsızlık yaratabileceği ve bunun daha sonra bilinç kaybına bağlı olduğudur."
Bunun sezgiye aykırı olduğunu düşünüyorsanız, öyle.
Beyin ve bilişsel bilimler profesörü ve çalışmanın diğer yazarı Ila Fiete, "İnhibisyonu artırmanın ağı susturmak veya stabilize etmek yerine istikrarsızlaştırdığı bu paradoksal etki, disinhibisyon nedeniyle ortaya çıkıyor" diye açıklıyor. "Propofol inhibitör dürtüyü artırdığında, bu dürtü diğer inhibitör nöronları inhibe eder ve sonuç beyin aktivitesinde genel bir artış olur."
Propofol bir tür nöron ve reseptör üzerinde etki gösterirken, diğer anestezikler diğer türler üzerinde etki gösterir. Araştırmacılar şu anda diğer anestezik ilaçların aynı etkiyi farklı yollarla elde edip etmediğini araştırıyor.
Miller, "Farklı anestezikler arasında ortak mekanizmalar bulursanız, tüm farklı anestezikler için teker teker güvenlik protokolleri geliştirmek yerine birkaç düğmeyi değiştirerek hepsini daha güvenli hale getirebilirsiniz" dedi. "Ameliyathanede kullanacakları her anestezik için farklı bir sistem istemezsiniz. Hepsini yapabilecek bir sistem istiyorsunuz."
Araştırmacılar dinamik stabilite ölçüm yöntemlerini nöropsikiyatrik bozukluklar da dahil olmak üzere diğer beyin durumlarına da uygulamayı planlıyorlar.
Fiete, "Bu yöntem oldukça güçlü ve bence bunu farklı beyin durumlarına, farklı anestezik türlerine ve ayrıca depresyon ve şizofreni gibi diğer nöropsikiyatrik durumlara uygulamak çok heyecan verici olacak" dedi.
Çalışma Neuron dergisinde yayımlandı.