Ритмическая активность одного из слоев нейронов вызывает диссоциацию — изменение состояния, связанное с чувством оторванности от окружающего мира. Это возникает у людей с психическими расстройствами, во время анестезии или же под воздействием определенных препаратов. Т&Р перевели статью научного медиа Nature, в котором рассказывают о результатах исследования Стэнфордского университета о диссоциации.
Как происходит диссоциация
Диссоциация обычно описывается как «чувство оторванности от реальности» или опыт нахождения «вне тела». Это измененное состояние возникает у людей, которые страдают психическими расстройствами, возникшими в результате тяжелой травмы. Вызвать диссоциацию также могут анестетики. Неврологическая основа диссоциации оставалась загадкой, но группа ученых из Стэнфордского университета сумела описать мозговой ритм, по которому происходят изменения.
Авторы рассмотрели нейронную активность мозга мышей, используя метод, называемый «визуализацией кальция» (этот метод позволяет нейробиологам визуализировать активность в отдельных нейронах одновременно с помощью датчиков активности — Прим. ред.). Они изучали изменения этих ритмов мозга в ответ на ряд препаратов, обладающих седативными, анестезирующими или галлюциногенными свойствами, в том числе те вещества, которые вызывают диссоциацию (кетамин, фенциклидин (PCP) и дизоцилпин (MK801).
Только диссоциативные препараты вызывали колебания нейрональной активности в области мозга, называемой «ретроспленальной корой». Она важна для выполнения когнитивных функций, включая эпизодическую память и навигацию. Колебания происходили с низкой частотой, порядка 1–3 герц. Напротив, недиссоциативные препараты, такие как анестетик пропофол и диэтиламид лизергиновой кислоты (ЛСД), не вызывали ритмическую ретроспленальную активность.
Авторы изучали активные клетки более подробно, используя подход с высоким разрешением, называемый двухфотонной визуализацией. Этот анализ показал, что колебания ограничивались клетками пятого слоя ретроспленальной коры. Затем авторы записали нейронную активность во многих областях мозга. Обычно другие части коры и подкорки функционально связаны с нейрональной активностью в ретроспленальной коре, однако кетамин вызвал разрыв связи, так что многие из этих областей мозга больше не взаимодействовали с ретроспленальной корой.
Затем исследователи спросили, может ли индукция ретроспленального ритма вызвать диссоциацию. Они использовали мышей, у которых клетки слоя пять были модифицированы для одновременной экспрессии двух белков ионных каналов, чувствительных к свету. Первый, канал родопсин-2, вызывает возбуждение нейронов в ответ на синий свет. Второй, eNpHR3.0, заставляет нейроны «останавливаться» на желтый свет. Освещение клеток чередующимся синим и желтым светом, чтобы вызвать искусственный ритм 2 Гц, спровоцировало поведение, указывающее на диссоциированное состояние, аналогичное тому, которое вызывается кетамином. Например, животные не пытались убежать, когда их подвешивали за хвост, но обычно реагировали на боль.
Притупленные реакции на угрозы предполагают диссоциацию от окружающей среды
Затем авторы удалили два гена, которые кодируют белки ионных каналов в ретроспленальной коре. Исследователи обнаружили, что индуцированный кетамином ритм был снижен у мышей, лишенных какого-либо гена. Однако только один канал был необходим, чтобы вызвать диссоциацию.
Применимы ли результаты эксперимента к людям
Исследователи записали электрическую активность в нескольких областях мозга человека, страдающего эпилепсией. Ранее ему были имплантированы электроды в череп для определения судорожной активности. Перед началом судорог человек находился в состоянии диссоциации. Она коррелирует с ритмом 3 Гц в глубокой заднемедиальной коре — области мозга человека, аналогичной ретроспленальной коре мышей. Когда команда электрически стимулировала эту кору во время процедуры картирования мозга, человек снова испытал диссоциацию.
Пока рано делать окончательные выводы по одному человеку. Тем менее данное исследование предоставляет убедительные доказательства того, что низкочастотный ритм в глубокой заднемедиальной коре является эволюционно законсервированным механизмом, который лежит в основе диссоциации.
Успех исследования основан на обратимых диссоциативных эффектах кетамина. В субанестетических дозах это лекарство вызывает диссоциацию и обезболивание, а также обладает антидепрессивными и антисуицидными свойствами. В этих дозах электроэнцефалограммы (ЭЭГ, которые определяют активность нейронов на поверхности головного мозга) показывают, что кетамин в значительной степени подавляет колебания 8–12 Гц3. При более высоких дозах, вызывающих бессознательное состояние, ЭЭГ выявляет ритм в лобной доле мозга человека, чередующийся между низкими (1–4 Гц) и высокими (27–40 Гц) частотами. Учитывая, что эти изменения происходят на больших участках поверхности мозга, только небольшой слой глубоких клеток отвечает за диссоциацию.
Быстрый технический прогресс приводит к появлению все более сложных методов управления нейронными цепями с точностью и высоким временным разрешением. Эти достижения позволяют исследовать природу самого сознания. Они также помогают в сфере анестезиологии, позволяя исследователям лучше понять, как анестетики вызывают бессознательное состояние, как эти механизмы пересекаются с естественным сном и как люди восстанавливают сознание после анестезии.
Исследования сознания и анестезии также частично совпадают, потому что анестетики являются мощным и надежным средством выявления обратимых состояний измененного сознания. Понимание нейронных механизмов этих измененных состояний может привести к новым подходам к модуляции сознания и контролю боли без нежелательных побочных эффектов, которые приводят к изменению частот сердечных сокращений и артериального давления, остановке дыхания, тошноте.
Сложное состояние диссоциации может быть полностью описано только людьми, которые могут сообщить о своем опыте. Например, исследование на людях необходимо, чтобы доказать, что диссоциативные и обезболивающие свойства кетамина независимы. Лучшее понимание того, как кетамин изменяет ритмы мозга и связанные с ними поведенческие состояния, может привести к терапевтическим средствам для людей, испытывающих хроническую боль, депрессию и, возможно, диссоциативные расстройства.
Эти анализы будет очень сложно выполнить, потому что для изучения глубоких корковых ритмов требуются люди, которым были имплантированы внутричерепные электроды. По этическим соображениям в таких исследованиях могут участвовать только люди, которым требуются электроды для терапевтических целей.