Probing the (Un)Conscious Brain : EEG and PET Studies on Healthy Human Subjects Using Propofol, Dexmedetomidine and Natural Sleep
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Consciousness cannot be objectively measured. By employing anesthesia and
neurophysiologic measurements to study human consciousness, unconsciousness
has been found to associate with suppression of regional brain activity and with
breakdown of communication between different brain areas. However, due to
conceptual and methodological heterogeneity, a unified theory on the “mechanisms”
of (un)consciousness is lacking. Many anesthesia studies have employed arbitrary
dosing schemes and disregarded the pharmacologic effects of the used drugs. Thus,
many inferences on human consciousness have been premature.
The aim of this study was to use rigorous experimental protocols to study human
consciousness in healthy subjects. Two anesthetics (propofol and dexmedetomidine)
and natural sleep were used. First, we explored EEG changes in association to
different states of consciousness during increasing doses and a steady-state infusion
of two anesthetics. Second, by measuring N400 event related potentials, we explored
whether or not sematic processing persists during an unresponsive state induced by
the two drugs. Finally, positron emission tomography (PET) imaging was conducted
to reveal brain activity alterations between connected and disconnected states
(confirmed by subjective reports of mental content) induced by anesthesia and sleep.
Based on EEG and PET findings, we discovered that the state-related changes were
distinct and separable from the overall effects of the different interventions. At
awakening from steady-state anesthesia, spectral EEG patterns only partially
reverted towards baseline values despite a restored conscious state, illustrating the
multifaceted nature of anesthesia-EEG. PET imaging revealed that activity of a core
brain network correlated best to the connected state per se. Furthermore,
unresponsiveness and sleep rarely depicted unconsciousness (i.e., complete absence
of subjective experiences) and semantic processing was partly preserved during
dexmedetomidine-induced unresponsiveness. This study highlights the multidimensional
nature of human consciousness and the related experimental challenges.
Tietoisuutta ei voi mitata objektiivisesti. Anestesia- ja neurofysiologiset tutkimukset
ovat osoittaneet tajuttomuuden liittyvän eri aivoalueiden aktiivisuuden
vaimenemiseen sekä niiden välisten yhteyksien heikkenemiseen. Käsitteellisen ja
metodologisen monimuotoisuuden vuoksi yhtenäinen tajuttomuuden ”mekanismi”
on kuitenkin vielä löytämättä. Monissa anestesiatutkimuksissa lääkkeiden annostelu
on umpimähkäistä ja lääkkeiden farmakologiset vaikutukset on jätetty huomiotta.
Näin ollen monet johtopäätökset tietoisuudesta ovat olleet ennenaikaisia.
Tämän työn tavoitteena oli käyttää tarkkoja koeasetelmia ja terveitä koehenkilöitä
ihmisen tietoisuuden tutkimiseen. Tutkimuksessa käytettiin kahta anestesia-ainetta
(propofoli ja deksmedetomidiini) sekä luonnollista unta. Ensimmäiseksi tutkimme
aivosähkökäyrämuutoksia eri tajunnantiloissa nousevien ja tasaisten
lääkepitoisuuksien aikana. Toiseksi tutkimme aivojen kielellistä prosessointia (N400
herätevasteet) kahdella lääkkeellä aiheutetun reagoimattoman tilan aikana. Lopuksi,
aivojen aktiivisuusmuutoksia tutkittiin positroniemissiotomografia (PET) -
kuvauksilla, erityisesti vertaamalla kytkeytyneitä sekä lääkkeellisesti ja
fysiologisesti aiheutettuja irtikytkeytyneitä tiloja keskenään. Tajunnantilat
varmistettiin subjektiivisin haastatteluin.
EEG ja PET tulokset osoittivat että tajunnantilan vaihteluun liittyvät aivotoiminnan
muutokset ovat erillisiä ja eroteltavissa eri interventioiden kokonaisvaikutuksista.
Koehenkilön herättäminen tasaisen lääkeannostelun aikana palautti vain osittain
EEG:n spektrimuutokset, ja tämä osoittaa anestesia-EEG:n moniulotteisen luonteen.
PET-kuvaukset osoittivat että aktiivisuusmuutokset aivojen syvien rakenteiden
verkostossa korreloivat parhaiten tajunnantilan vaihteluun. Lisäksi, reagoimaton tila
ja luonnollinen uni merkitsi vain harvoin tajuttomuutta (subjektiivisten kokemusten
puuttumista). Kielellinen prosessointi säilyi osittain deksmedetomidiinin
aiheuttaman reagoimattomuuden aikana. Tutkimuksemme havainnollistaa ihmisen
tietoisuuden moniulotteisuuden ja kokeellisen tietoisuustutkimuksen sudenkuopat.
Sarja
Turun yliopiston julkaisuja. Sarja D, Medica – Odontologica|1652
Saavutettavuusominaisuudet
Ei tietoa saavutettavuudesta