Bewustzijn: baanbrekende hersenstudie toont hoop voor onbewuste patiënten

Menselijk bewustzijn, de lens waardoor we het leven ervaren, is een moeilijk ding om vast te pinnen in de hersenen - vooral bij mensen die traumatisch hersenletsel hebben meegemaakt en ons niet kunnen vertellen dat hun hersenen nog steeds die essentiële functie uitvoeren.

Nieuw onderzoek vrijgegeven woensdag in Science Advances zet een grote stap voorwaarts in het identificeren van hersenpatronen die fungeren als aanwijzingen voor de vraag of iemand nog steeds het bewustzijn kan ervaren, zelfs als ze ons dat zelf niet kunnen vertellen.

Wetenschappers hopen dat ze, door deze hersenpatronen te identificeren, op een dag in staat kunnen zijn om niet-reagerende patiënten weer bij bewustzijn te brengen.

Dit artikel, voor het eerst geschreven door de cognitieve en klinische neurowetenschapper Athena Demertzi, Ph.D., is gebaseerd op bestaande theorieën over hoe de hersenen bewustzijn produceren. Bewustzijn lijkt op een bepaald niveau in verband te staan Hersenen connectiviteit. Wanneer we ons niet bewust zijn, geven eerdere onderzoeken aan dat hersengebieden naar binnen draaien, waardoor de communicatie-inspanningen met andere, afgelegen gebieden afnemen. Wanneer we LSD gebruiken, produceert het brein verschillende soorten verbindingen, waarbij er veel signalen tussen regio's worden verzonden, een fenomeen dat sommigen verklaren als "gewijzigd bewustzijn".

Maar tijdens eenvoudig, nuchter bewustzijn, stuurt het brein gestaag signalen tussen hersengebieden en creëert het een ervaring van het leven die veel groter is dan de som van de delen.

Dit artikel identificeert verschillende patronen van hersenactiviteit die samenhangen met bewustzijn, wat kan helpen verlichten wanneer niet-reagerende patiënten daadwerkelijk schakelen tussen bewuste en onbewuste toestanden:

"Werken met families en mantelzorgers van patiënten al die jaren, ik besef dat er een constante vraag is naar informatie over wat er gebeurt met hun geliefde," vertelt Demertzi Inverse. "Ik beschouw de klinische relevantie van onze huidige bevindingen die veelbelovend zijn om informatie te verschaffen over de bewustzijnsstaat bij patiënten, maar ik vind dat ze verdere validatie verdienen voordat we ze als een klinische biomarker gebruiken."

Demertzi, werkzaam aan de Universiteit van Luik in België, begon haar onderzoek met het nemen van fMRI-afbeeldingen van 159 mensen, waaronder gezonde personen, mensen onder narcose en patiënten met niet-reagerend waaksyndroom - een vegetatieve toestand waarin iemands ogen open zijn, maar ze laten geen tekenen van bewustzijn. Demertzi analyseerde de activiteit en verbondenheid van 42 verschillende hersengebieden om de patronen te verlichten. Over het algemeen identificeerde ze vier verschillende patronen, maar ontdekte dat twee het meest bruikbaar lijken om het bewustzijn te bepalen.

De eerste hiervan is patroon één, dat zij beschrijft als "het meest complexe patroon in termen van rijkdom in de manier waarop regio's met elkaar communiceren." Patroon één, legt ze uit, is indicatief voor bewustzijn in gezonde hersenen. Het andere patroon dat ze zag, was patroon vier, een patroon met een "lage coherentie", wat betekent dat de 42 regio's die ze volgde niet erg goed communiceerden. Patroon vier, suggereert ze, duidde op bewusteloosheid (het werd vaak aangetroffen bij mensen onder anesthesie) - wat goed past bij eerdere bevindingen.

Het nieuwe deel over de studie van Demertzi is dat ze opmerkte dat sommige niet-reagerende patiënten de neiging hebben om over te schakelen van het niet-reagerend patroon vier naar het zeer responsieve patroon - zelfs gedurende de kortste seconden.

"Wat onze studie aangeeft, is dat niet-reagerende patiënten, hoewel ze overwegend het lage coherentiepatroon 4 laten zien waaruit ze zelden vertrekken, ze ook voorbeelden hebben van het complexe patroon 1", legt ze uit. "We vragen ons dan ook af of we op een dag in staat zullen zijn om deze tijdelijke hersenconfiguraties op tijd te herkennen, zodat onze keuzes voor interventies op specifiekere manieren worden gericht, door deze upstates van hersenconfiguratie te stimuleren en dus te behouden."

Kortom, ze ziet dat moment waarop iemands brein schakelt van het niet-reagerende patroon vier naar het potentieel gezonde patroon, één als een unieke en belangrijke kans. Als artsen op dat moment kunnen ingrijpen, hoopt ze dat we patiënten in een niet-reagerende staat kunnen helpen wacht even naar dat patroon van hersenactiviteit dat geassocieerd is met bewustzijn.

Of dat hen daadwerkelijk zal helpen om volledig terug te keren naar een wakkere, geëngageerde staat is nog steeds moeilijk te zeggen, erkent Demertzi. Ze voegt er ook aan toe dat sommige gezinnen die proberen te beslissen hoe ze met geliefden in deze staten moeten doorgaan, haar bevindingen anders zouden kunnen interpreteren. "Sommige families zouden de 'aanwezigheid van bewustzijn' hoopvol vinden en ze zouden de inspanningen om het te herstellen intensifiëren," voegt ze eraan toe. "Terwijl anderen het kunnen vinden als een ernstig gecompromitteerde staat, zodat het leven niet de moeite waard is om te leven."

In beide gevallen biedt deze studie een basis waarop anderen kunnen bouwen in de zoektocht naar herstel blijvend bewustzijn voor degenen die het hebben verloren.

Abstract:

Door het raamwerk van hersendynamica als een hoeksteen van het menselijk bewustzijn aan te nemen, bepaalden we of dynamische signaalcoördinatie specifieke en generaliseerbare patronen oplevert die betrekking hebben op bewuste en niet-bewuste toestanden na hersenbeschadiging. Een dynamisch patroon van gecoördineerde en gecoördineerde functionele magnetische resonantie beeldvormingssignalen kenmerkte gezonde individuen en minimaal bewuste patiënten. De hersenen van niet-reagerende patiënten vertoonden voornamelijk een patroon van lage interareale fase-coherentie, voornamelijk gemedieerd door structurele connectiviteit, en hadden kleinere kansen op overgang tussen patronen. Het complexe patroon werd verder bevestigd door patiënten met geheime cognitie, die neuroimaging mentale imagiatietaken konden uitvoeren en de implicatie van dit patroon in het bewustzijn konden valideren. Anesthesie verhoogde de waarschijnlijkheid van het minder complexe patroon tot gelijke niveaus, waardoor de implicatie ervan voor bewusteloosheid werd gevalideerd. Onze resultaten bevestigen dat het bewustzijn berust op het vermogen van de hersenen om een ​​rijke hersenendynamiek te ondersteunen en de weg vrij te maken voor het bepalen van specifieke en generealiseerbare vingerafdrukken van bewuste en onbewuste staten.