Ovo se dešava u tvom mozgu tokom anestezije

Prvobitno objavljeno na Tonic.

U Sjedinjenim Državama, svakoga dana pred operaciju opštu anesteziju primi skoro 60.000 ljudi. Putem injekcije ili udisanja anestetičkog gasa, oni bezbedno gube svest dok se njihova tela klinički ispituju ili otvaraju. Potom im se vraća njihova izgubljena svest. Velika većina probudi se više sati kasnije, zašivena, sa velikom rupom ali samo u njihovom sećanju.

"Ovo je verovatno najdrastičniji neuropsihološki eksperiment koji izvodimo na ljudima na dnevnoj bazi", kaže Divija Čender, lekarka, neuronaučnica i poslednjih sedam godina članica katedre za anesteziologiju na Univerzitetu Stenford. Kad je doktorirala iz neuronauke i odlučila da se bavi anesteziologijom, kaže da to nije bilo samo zbog nege pacijenata tokom operacija, već da bi odgovorila i na goruća pitanja koja su je mučila od detinjstva o samoj prirodi čoveka.

"Shvatila sam da će mi, ako postanem anesteziolog, biti ukazana velika privilegija da za život zarađujem proučavajući ljudsku svest i manipulišući njom", kaže ona.

Iako anesteziju upotrebljavamo više od 170 godina, najveći deo tog vremena proučavanje tih krupnijih pitanja koja se tiču naše svesti nije bilo moguće — zato što nismo znali kako anestezije zapravo funkcioniše. Anestezija je prvi put upotrebljena u Sjedinjenim Državama 1846. godine u Masačusetskoj opštoj bolnici. Droge po izboru u to vreme bile su etar, hloroform i azotni oksid, a za kratko vreme počele su naširoko da se koriste širom zemlje i u svim delovima sveta. Iako su olakšale izvođenje operacija — njihov mehanizam donekle je ostao misterija.

Hju Hemings, glavni anesteziolog u njujorškoj Prezbiterijanskoj bolnici /Medicinskom centru Vejl Kornel i profesor u Školi medicine Vejl Kornel, kaže da je koren misterije ležao u velikom broju različitih anestetika koji mogu da postignu isti rezultat.

"Ne postoji zajednička hemijska struktura uz čiju pomoć možete da predvidite da li će neko jedinjenje biti anestetik", kaže on. "To je neobično zato što većina droga za koje znamo imaju konkretnu interakciju sa receptorima droge ili mestom vezivanja, praktično kao ključ i brava." Kod anestetika, razna i veoma različita hemijska sredstva mogu da proizvedu isti efekat: gubitak svesti. Kako to postižu?

Jedna od prvih teorija krajem 19. veka pojavila se kad su naučnici otkrili da se snaga anestetika može predvideti po tome koliko je on rastvorljiv u maslinovom ulju. Pretpostavili su da anestetik ima interakciju sa masnim ili lipidnim membranama ćelija u mozgu. Ta teorija održala se decenijama, sve dok 1984. godine Nik Frenks i Bil Lib, sa londonskog Imperijalnog koledža i Kraljevskog koledža, nisu otkrili da anestetici mogu da funkcionišu i u odsustvu lipidnih membrana. U martu ove godine, Hemings i njegove kolege pružili su još dokaza koji su opovrgli lipidnu teoriju i potvrdili da anestetici zapravo imaju interakciju sa proteinima u mozgu.

Dalja studija pokazala je da anestetici imaju direktnu interakciju sa velikim brojem proteina ili ćelijskih receptora, obično kako bi promenili način na koji se aktiviraju neuroni. Od posebnog značaja za istraživanje su jonski kanali i receptori neurotransmitera, poput onih koji reaguju na GABA – jedan od primarnih inhibitorskih neurotransmitera. Kad se aktiviraju GABA receptori, mogu da izazovu reakciju u nervnoj ćeliji da bi se ona usporila ili potpuno ugasila.

Emeri Braun je anesteziolog u Masačusetskoj opštoj bolnici, ansteziolog u Školi medicine na Harvardu i profesor kompjuterske neuronauke na MIT-u. On misli da je sjajno što znamo odgovor na problem "lipidi ili proteini" i da svaki dan saznajemo sve više o osnovama biofizičkih mehanizama anestezije. Ali ovo saznanje samo po sebi nije dovelo do potpunog razumevanja kako sve to funkcioniše. "Ako vam kažem da se droga vezuje za određeni GABA receptor, i dalje morate da odgovorite na pitanje zašto gubite svest", kaže on. "Reći samo da se ona vezuje za GABA receptor ne može da bude čitavo objašnjenje."

Veliki broj novinskih članaka i naučnih pregleda podržavaju tu ideju: da i dalje ne znamo kako anestezija izaziva gubitak svesti, uprkos njenoj uobičajenoj i maltene banalnoj upotrebi. Jedan pregled iz 2014. godine kaže: "Uprkos svom ostvarenom napretku, i dalje nemamo jasan i sveobuhvatan uvid u konkretne neuropsihološke mehanizme opšte anestezije, od molekularnog nivoa do globalne moždane propagacije." Jedan drugi iz 2017. godine započinje rečenicom: "Trenutno ne razumemo kako anestezija dovodi do gubitka svesti."

Ali anesteziolozi kao što su Braun i Čender misle da ovaj stav proizlazi iz bavljenja samo molekularnim nivoom, umesto širim neuronaučnim pogledom. Braun mi kaže da sve veća grupa anesteziologa zauzima sve holističkiji pristup i radi to već nekoliko godina. Oni koriste činjenicu što anesteziju daju stotinama ljudi svake nedelje i mere moždanu aktivnost elektroencefalogramom, iliti EEG-om, koji kroz lobanju meri električne signale u mozgu. Sa tom informacijom, oni znaju više o anesteziji nego što smo znali ikada pre, i zajedno sa njom, ispituju jedan od najtežih i najzanimljivijih problema nauke: biologiju svesti.

Naučna strana anestezije i svesti deluju neodvojivo povezani, a opet, nisu uvek bili usaglašeni. Džordž Mašur, anesteziolog i neuronaučnik sa Univerziteta u Mičigenu, kaže da je tokom stažiranja u oblasti anestezije, prelistavao Milerovu anesteziju, ogroman osnovni udžbenik iz anestezije, tražeći odeljak o svesti i nije našao da je ona ijednom pomenuta.

"Od svih stvari o kojima se raspravlja u knjizi, ona se formalno nigde ne pominje", kaže on. Prema Mašuru, ranih 2000-ih, jedan neuronaučnik visokog ranga iz polja proučavanja svesti pripremao je govor pred publikom anesteziologa. Tokom predavanja napomenuo je da je i sam pretražio indeks udžbenika iz anesteziologije u potrazi za svešću – i pronašao samo konstipaciju.

Hemings, koji spada u molekularnu stranu proučavanja anestezije, kaže da su decenijama naučnici bili ograničeni u razumevanju nervnog sistema i fundamentalne neuronauke. Sada kada znamo više o tome kako mozak uopšteno funkcioniše, studija anestezije mogla bi da se proširi. "Ja sam više u rovovima na molekularnom nivou, a drugi više proučavaju bihevioralni nivo na elektrofiziološkim ili nivoima svesti", kaže on. "Jedan od naših velikih izazova je spajanje tih oblasti. Naši sastanci zaista spajaju naučnike iz oba ova sveta. Ali nismo još stigli do faze potpunog spajanja. Ali to je naš krajnji cilj."

Braun se slaže da, da bi došlo do tog spajanja, naučnici moraju da prouče celokupna nervna kola. "Anesteziolozi su godinama pokušavali da opišu mehanizam anestezije isključivo kroz perspektivu farmakologije", kaže on. "Dakle, dok god pokrivate neuronaučni aspekt, veći deo ovoga dramatično se simplifikuje i odjednom postaje sasvim jasno kako funkcionišu droge."

Uzmite, na primer, propofol — jedan od najčešćih anestetika koji se daju intravenozno. Ako nadgleda kako propofol ulazi u mozak, Braun kaže da vidi kako on putuje velikim krvnim sudom kroz mezencefalon, gde ima interakciju sa GABA receptorima i isključuje centre buđenja. "Sada govorimo o mehanizmu."

Braunov čest saradnik, Patrik Purdon, bioinženjer i neuronaučnik Masačusetske opšte bolnice i vanredni profesor anestezije u Školi medicine na Harvardu kaže da potom možete da pretpostavite da anestetici funkcionišu preko inhibicije mozga, preko GABA receptora i gašenja moždanih aktivnosti. " U odsustvu onoga što znamo danas, to je prilično dobra hipoteza", kaže on. "Ali na kraju ispadne malko komplikovanije od toga. Na kraju ispadne malko interesantnije."

Otkad su Purdon i Braun počeli da koriste EEG za nadgledanje moždanih aktivnosti, mogli su da provere da li se tokom anestezije mozak naprosto isključi. Umesto da prisustvuju umirenom mozgu, videli su veoma jak signal koji izgleda veoma drugačije od bilo kakvog budnog stanja. Kako se oblasti mozga postepeno inhibiraju, kroz mozak počinje da oscilira spori talas električnih aktivnosti. Ove oscilacije menjaju vremenski sled aktiviranja neurona i čini se da prekidaju normalne obrasce aktiviranja i sposobnost različitih oblasti mozga da komuniciraju jedni s drugima.

"Prekidanje signaliziranja između tih različitih oblasti, kao što možete da pretpostavite, ima remetilački efekat na to kako mozak funkcioniše u celini", kaže Purdon. "To izgleda kao glavni mehanizam. Dakle, pravimo te snažne promene u inhibitorskoj funkciji neurona, a onda ono što se dešava na višem nivou remeti način na koji različiti delovi mozga funkcionišu i kako imaju interakciju jedni s drugima."

Purdon i Braun su 2012. godine detaljnije pokazali ove oscilacije mereći ih direktno kod pacijenata sa epilepsijom koji već imaju elektrode prikačene na mozak da bi se beležili napadi. Kad su ovi bili anestezirani, mogli su direktno da im snime moždane talase i aktivnosti neurona. "Postaje jasno kad aktivnost neurona skače", kaže Braun. "To ometa komunikaciju, dakle, ako je komunikacija neophodna za svest, vi je gubite."

Braun i Purdon misle da su ti EEG signali ključni za razumevanje anestezije. Otkrili su da svaki tip anestetika proizvodi neznatno drugačije oscilacije u mozgu, a oscilacije mogu da se promene i u zavisnosti od godišta pacijenata. Braun je naučio da primećuje te razlike i šta one znače u vezi s tim koliko su njegovi pacijenti besvesni, u smislu da ne mora da im daje više anestetika nego što je potrebno. On takođe može da proceni ako su oni budniji nego što bi trebalo da budu.

Problem je, kaže Braun, što većina anesteziologa ne koristi EEG tokom operacija; koriste samo otkucaje srca, krvni pritisak i pokrete kao pokazatelje anestetičkog stanja. Neki koji koriste EEG ne motre sirove nerve, već samo koriste komercijalne monitore sa karakterističnim algoritmima da bi dobili sumiranje EEG podataka, što ume da bude preterano pojednostavljivanje.

"Tužna ironija je da su EEG signali pod anestezijom najjači EEG signali koji postoje", kaže Braun. On je čuo da se anesteziolozi žale da dodatna merenja zahtevaju previše vremena ili su suviše komplikovana za tumačenje. Ali on misli da je ključno uvrstiti EEG u standardnu negu, kao što je to on učinio. Od 2011. godine, sačinio je bazu podataka EEG signala svih svojih pacijenata i tako uspeo da razluči konkretne talase i šta oni znače.

"Propustili smo ogromnu priliku da uradimo neuronaučno istraživanje fenomena koji izričito kontrolišemo", kaže on. "Niko drugi u neuronauci nema dozvolu da proučava ovo. Ja anesteziram i vraćam iz stanja nesvesti i anestezije pet do šest ljudi dnevno. Neurolog ne može to da proučava, psihijatar ne može to da proučava, neurofiziolog ne može to da proučava. Pomislite samo na sve propuštene prilike jer to nismo iskoristili."

Na Stenfordu, Čender je obučila svoje lekare da koriste EEG. (Braun je bio prvi koji ju je podstakao da koristi EEG u operacionoj sali.) Njeni lekari naučili su da lako tumače sirove EEG talase, kaže ona, ali imaju poteškoća kad odu i otvore sopstvenu praksu. "Ne mogu da nađu uređaj ili im ljudi stalno govore: 'Zašto biste to radili?'", kaže ona. "Mislim da je to velika šteta."

Čender, kao i Braun, sastavlja bazu podataka. Do sada je sakupila EEG očitavanja oko 700 svojih pacijenata, zajedno sa "dubokim fenotipovanjem" — beleškama o svakoj radnji u operacionoj sali, bilo da se radi o rezu tokom zahvata ili drogi koju je dobio pacijent, i efektu koji to proizvede na mozak i njegovu aktivnost. Trenutno poredi anestetizovane moždane talase sa onima tokom sna, kome ili epileptičnog napada, a poredi i razlike među moždanim talasima pacijenata kad ulaze u anesteziju ili izlaze iz nje. Postoji jedno neobično svojstvo, kaže ona, prema kom "ne odlazite na isti način na koji se vraćate".

Čender misli da ne samo da bi te oscilacije mogle da nas odvedu do bolje nege pacijenata, već i do onih velikih pitanja od kojih je za nju sve započelo. Kako se čitav mozak usaglašava sa tim sporim talasima i kako to ometa komunikaciju u mozgu, uklapa se u neke aktuelne teorije o svesti: da svest ne postoji samo u jednom konkretnom delu mozga, već je nešto što se dešava globalno, uključujući lokalnu aktivnost u različitim oblastima mozga i njihovu međusobnu komunikaciju.

"Šta ja to primećujem kao neuronaučnik?", ona ima običaj da pita samu sebe. "Ako je naš mozak praktično uređaj koji, kad je u stanju pune svesnosti, izračunava više informacija, funkcionalnije je uvezan, deluje manje sinhronizovano, šta to zapravo govori o sveprisutnoj biološkoj pozadini koja je sve to proizvela?”

Ona se i pita: da li mozak proizvodi svesnost samo zato što je dovoljno povezan i složen? Je li to suština našeg bića? Možete li da izgradite mašinu koja će biti jednako složena? Ako jednog dana budemo povezali svoj mozak sa mašinama ili drugim mozgovima – hoće li to za posledicu imati višu svest, zato što podrazumeva veću povezanost?

"Razne se stvari krčkaju u mojoj svesti o svemu ovome", kaže ona. "Volim ideju da je anestezija polazište koje sam dobila za proučavanje ovih fenomena u ljudskom mozgu a da ne moram da ih oštetim."

Može li opšta anestezija zaista da odgovori na sva ta pitanja? Možda ne do kraja, misli Braun, ali može da pruži neke nove uvide koji pre toga nisu bili dostupni. "Ako uradimo svoj posao dobro i izvedemo precizne zaključke o tome kako anestetici i nervna kola deaktiviraju mozak, onda će ljudi koji to proučavaju, ono što smatram težim problemom naše svesnosti, moći da koriste naše informacije da bi rekli: 'Oh, pa to rade ta kola i evo uloge koje ona imaju", kaže on.

Do tada, Čender kaže da će nastaviti da se iščuđava nad gubitkom i povratkom svesti koje svakog dana ne samo da posmatra, već i kontroliše. Ona mi opisuje kako daje anestetike svojim pacijentima, dodajući da voli sporo da im daje droge. To izbegava brze promene u njihovim srcima i njihovim respiratornim sistemima, ali i omogućuje Čenderovoj da posmatra kako se njihovi mozgovi sporije gase.

"Možete prosto da vidite kako se delovi mozga isključuju jedan po jedan", kaže ona. "Počev od dela mozga koji donosi odluke i odgovara na komande, pa ide sporo od moždane kore do talamusa, i do mezencefalona. Možete to da posmatrate zato što oči počinju da im se menjaju i zatvaraju, a isto se dešava i sa njihovim disanjem. To je naprosto jedna predivna stvar."

JOŠ NA VICE.COM:

Porodica koja ne oseća bol

Razgovor o smrti i egzistencijalnoj muci sa bolničarem na urgentnom

Koliko bi trebalo da se plašim bolnica?