Naukowcy manipulują stanem świadomości szczurów

Badacze odkryli, że mogą zmieniać aktywność mózgu szczurów i budzić je lub wprowadzać w stan nieświadomości, zmieniając częstotliwość generowania potencjałów czynnościowych (ang. firing rate) neuronów centralnego wzgórza.

Nasze wyniki sugerują, że centralne wzgórze działa jak pokrętło radia, które dostraja mózg do różnych stanów aktywności i pobudzenia - wyjaśnia dr Jin Hyung Lee z Uniwersytetu Stanforda.

Wzgórze działa jak stacja przekaźnikowa, wysyłająca sygnały z ciała do kory. Uszkodzenie neuronów środkowej jego części może prowadzić do problemów ze snem, uwagą i pamięcią. Wcześniejsze badania sugerowały, że stymulacja komórek nerwowych wzgórza może wyprowadzić pacjentów z łagodnym pourazowym uszkodzeniem mózgu ze stanu minimalnej świadomości (ang. minimally conscious state, MCS).

Podczas najnowszych eksperymentów Amerykanie oddziaływali pulsami lasera na światłoczułe neurony centralnego wzgórza śpiących szczurów. Okazało się, że stymulacja o dużej częstotliwości (rzędu 40 lub 100 pulsów na sekundę) budziła zwierzęta. Dla odmiany stymulacja o niskiej częstotliwości (10 pulsów na sekundę) wprowadzały gryzonie w stan przypominający napad nieświadomości, przez co zastygały i patrzyły się przed siebie przed ponownym zapadnięciem w sen.

Za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) akademicy wykazali, że stymulacja o dużej i niskiej częstotliwości wprowadzała szczury w zupełnie inne stany aktywności; obszary korowe, których aktywność była podwyższona w czasie stymulacji o dużej częstotliwości, ulegały hamowaniu podczas stymulacji o niskiej częstotliwości. Potwierdziły to zapisy czynności elektrycznej, które wykazały, że neurony kory czuciowo-somatycznej wyładowywały się silniej w czasie stymulacji o wysokiej częstotliwości.

W jaki sposób zmiana częstotliwości potencjałów czynnościowych tych samych neuronów w jednym regionie prowadzi do różnych skutków w odniesieniu do reszty mózgu? Dalsze eksperymenty sugerowały, że może to wynikać z unikatowego wzorca wyładowań neuronów hamujących sąsiedniej warstwy niepewnej w czasie stymulacji o niskiej częstotliwości (wcześniej wykazano, że komórki warstwy niepewnej wysyłają sygnały hamujące do komórek kory czuciowej).

Zapis czynności elektrycznej wykazał, że w czasie stymulacji o niskiej częstotliwości neurony warstwy niepewnej generowały wrzeciona snu. Nie pojawiały się one nigdy w czasie stymulacji o dużej częstotliwości. Gdy przy stymulacji centralnego wzgórza o niskiej częstotliwości naukowcy blokowali potencjały czynnościowe warstwy niepewnej, średnia aktywność komórek kory czuciowej wzrosła.

Wykazaliśmy, jak obwody w mózgu mogą regulować stany pobudzenia. Mamy nadzieję wykorzystać tę wiedzę do opracowania lepszych metod leczenia urazów mózgu oraz innych zaburzeń neurologicznych - podsumowuje Lee.

wzgórze warstwa niepewna laser puls światłoczułe komórki potencjał czynnościowy Jin Hyung Lee