Что происходит с мозгом во время наркоза

Что такое общий наркоз

Общий наркоз (общая анестезия) — это контролируемое медикаментозное состояние, при котором человек временно теряет сознание, перестаёт ощущать боль и не формирует воспоминаний о происходящем во время операции. Для этого используются специальные препараты, воздействующие на различные нейронные сети мозга.

Анестезия бывает нескольких типов — от частичной и локализованной до общей, охватывающей весь организм Изображение: © Валентина Межецкая / «Сириус(Журнал»

Хотя внешне наркоз может напоминать глубокий сон, с точки зрения нейробиологии это другое состояние. Во время сна мозг сохраняет циклическую активность и способен относительно быстро вернуться к бодрствованию. При общей анестезии изменяется активность работы нейросетей, а связь между различными отделами мозга существенно ослабляется.

Во время операции анестетики одновременно воздействуют на несколько систем организма. Одни препараты подавляют передачу болевых сигналов, другие препятствуют формированию воспоминаний, третьи поддерживают состояние бессознательности. Особую роль играет нарушение взаимодействия между корой головного мозга и более глубокими структурами. Даже если отдельные сигналы продолжают поступать в мозг, они не объединяются в целостное осознанное восприятие. Именно поэтому человек не ощущает происходящее вокруг и не помнит события операции после пробуждения.

Какие функции мозга сохраняются под наркозом

Результаты недавнего исследования американских учёных, опубликованные в журнале Nature, заставляют по-новому взглянуть на работу мозга под наркозом. Впервые были использованы высокоточные электроды Neuropixels для регистрации активности отдельных нейронов в гиппокампе — области мозга, играющей важную роль в процессах обучения и формирования памяти. В исследовании участвовали семь пациентов, которым проводили операции, связанные с лечением эпилепсии. Анестезию им проводили с помощью пропофола — мощного седативного препарата. 

Гиппокамп продолжает «работать» даже во время общего наркоза Изображение: © Qwen / промт Валентина Межецкая / yusupovs.com / «Сириус(Журнал»

Оказалось, что даже в состоянии полной потери сознания нейроны гиппокампа продолжают реагировать на звуки. Более того, мозг различает повторяющиеся сигналы и необычные звуки среди них. По мере продолжения эксперимента чувствительность к таким «нестандартным» сигналам даже возрастала, что указывает на сохранение элементов обучения и нейронной пластичности. 

«Согласно современным представлениям, гиппокамп действительно способен самостоятельно получать информацию извне (звуковую, тактильную и т. д.) и обрабатывать её. Но этого недостаточно для консолидации памяти и перевода её в долговременную. Дело в том, что пропофол гиперактивирует ГАМК-систему. Гамма-аминомасляная кислота — нейромедиатор, который является главным тормозом в нервной системе. Это приводит к асинхронной работе главного круга лимбической системы: гиппокамп — свод — сосцевидные тела — таламус — поясная извилина — энторинальная кора — снова гиппокамп. Этот круг ответственен за множество функций — в частности, за эмоции и консолидацию памяти. Без совместной работы гиппокампа с корой посредством промежуточных вышеназванных структур никакой памяти образовываться не может, поэтому человек после наркоза ничего не помнит. Если говорить по-простому, под воздействием пропофола происходит изоляция гиппокампа от коры», — поясняет Александр Чесноков, аспирант и младший научный сотрудник направления «Нейробиология» Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус».

Электроэнцефалография — один из самых распространённых методов исследования активности головного мозга Фото: © Roman Zaiets / Shutterstock / FOTODOM

Во второй части эксперимента пациентам воспроизводили записи разговорной речи, фрагменты подкастов и образовательных лекций. Анализ активности нейронов показал, что гиппокамп продолжал обрабатывать языковую информацию в реальном времени. Исследователи обнаружили признаки распознавания грамматических и семантических особенностей речи. Более того, некоторые нейронные сигналы свидетельствовали о том, что мозг пытался предсказывать последующие слова в предложении — процесс, известный как предиктивное кодирование. Ранее подобные механизмы связывали преимущественно с состоянием бодрствования и сознательной обработкой информации. 

Как работает предиктивное кодирование?

Предиктивное кодирование — это теория, согласно которой мозг постоянно строит прогнозы о том, что он увидит, услышит или почувствует в следующий момент, а затем сравнивает эти ожидания с реальными сигналами, поступающими от органов чувств. Вместо того чтобы просто пассивно обрабатывать всю входящую информацию, мозг передаёт вверх по иерархии главным образом сигналы о несовпадении между ожиданием и реальностью — так называемые ошибки предсказания. Если прогноз оказывается точным, требуется минимальная дополнительная обработка; если же возникает расхождение, мозг обновляет свои внутренние модели мира или, наоборот, меняет поведение, чтобы привести восприятие в соответствие с ожиданиями. Такой механизм позволяет быстрее и экономнее обрабатывать огромные объёмы информации, облегчает обучение и адаптацию к изменяющейся среде.

При этом важно понимать, что способность мозга анализировать отдельные звуки или элементы речи не означает, что человек находится в сознании или способен осознавать происходящее вокруг. Учёные не обнаружили свидетельств формирования осознанного опыта во время анестезии. 

«Результаты данного исследования значительно дополняют и углубляют данные о сознании. Раньше считалось, что бессознательное состояние ассоциировалось с хаосом, тишиной или примитивными рефлексами, однако под наркозом мозг демонстрирует колоссальную скрытую когнитивную работу. Он продолжает ежесекундно сканировать и структурировать полученную информацию», — делает вывод Александр Чесноков.

Под наркозом снижается способность разных систем мозга обмениваться данными и объединять их в единое целое Фото: © Gorodenkoff / Shutterstock / FOTODOM

Исследования в этой области также помогают лучше понять другие состояния нарушения сознания — вегетативное, кому или глубокий сон. Пока не известно, насколько похожие механизмы работают в этих случаях, однако новые технологии регистрации активности отдельных нейронов открывают возможности для дальнейших исследований. Изучение скрытой обработки информации в бессознательном мозге также может иметь практическое значение для нейрореабилитации. В перспективе подобные знания могут использоваться при разработке речевых нейропротезов и технологий восстановления функций мозга после инсульта или травм. Однако пока подобное применение остаётся предметом будущих исследований.