ישנן תרופות רבות שמרדימים יכולים להשתמש בהן כדי לגרום לחוסר הכרה בחולים. כיצד בדיוק התרופות הללו גורמות למוח לאבד את ההכרה הייתה שאלה ארוכת שנים, אך מדעני מוח ב-MIT ענו כעת על השאלה הזו עבור תרופה אחת להרדמה נפוצה.
באמצעות טכניקה חדשה לניתוח פעילות נוירונים, החוקרים גילו כי התרופה פרופופול גורמת לחוסר הכרה על ידי שיבוש האיזון התקין של המוח בין יציבות לעוררות. התרופה גורמת לפעילות המוח להיות בלתי יציבה יותר ויותר, עד שהמוח מאבד את ההכרה.
המוח צריך לפעול על חוד הסכין הזה בין ריגוש לכאוס. זה צריך להיות מספיק מרגש כדי שהנוירונים שלו ישפיעו זה על זה, אבל אם זה נרגש מדי, זה מסתובב לכאוס. נראה שפרופופול משבש את המנגנונים השומרים את המוח בטווח הפעולה הצר הזה".
ארל ק. מילר, פרופסור פיקאוור למדעי המוח וחבר במכון פיקאוור ללמידה וזיכרון של MIT
הממצאים החדשים, שיופיעו ב עֲצָבוֹןיכול לעזור לחוקרים לפתח כלים טובים יותר לניטור חולים בזמן שהם עוברים הרדמה כללית.
מילר ואילה פייטה, פרופסור למדעי המוח והקוגניציה, מנהלת המרכז למדעי המוח האינטגרטיבי K. Lisa Yang (ICoN), וחברה במכון McGovern לחקר המוח של MIT, הם המחברים הבכירים של המחקר החדש. סטודנט לתואר שני ב-MIT אדם אייזן והפוסט-דוקטורט של MIT ליאו קוזצ'קוב הם המחברים הראשיים של המאמר.
איבוד הכרה
פרופופול היא תרופה שנקשרת לקולטני GABA במוח, ומעכבת נוירונים שיש להם את הקולטנים האלה. תרופות הרדמה אחרות פועלות על סוגים שונים של קולטנים, והמנגנון לאופן שבו כל התרופות הללו מייצרות חוסר הכרה אינו מובן במלואו.
מילר, פייטה ותלמידיהם שיערו כי פרופופול, ואולי תרופות הרדמה אחרות, מפריעים למצב מוחי המכונה "יציבות דינמית". במצב זה, לנוירונים יש מספיק ריגוש כדי להגיב לקלט חדש, אך המוח מסוגל להחזיר את השליטה במהירות ולמנוע מהם להתרגש יתר על המידה.
מחקרים קודמים על האופן שבו תרופות הרדמה משפיעות על האיזון הזה מצאו תוצאות סותרות: חלקם הציעו שבמהלך ההרדמה, המוח עובר לקראת יציב מדי ולא מגיב, מה שמוביל לאובדן הכרה. אחרים גילו שהמוח נרגש מדי, מה שמוביל למצב כאוטי שגורם לאיבוד הכרה.
חלק מהסיבה לתוצאות הסותרות הללו היא שקשה היה למדוד במדויק יציבות דינמית במוח. מדידת יציבות דינמית כאשר התודעה אובדת תעזור לחוקרים לקבוע אם חוסר הכרה נובע מיציבות רבה מדי או יציבות קטנה מדי.
במחקר זה, החוקרים ניתחו הקלטות חשמליות שבוצעו במוחם של בעלי חיים שקיבלו פרופופול במשך תקופה של שעה, במהלכה הם איבדו את הכרתם בהדרגה. ההקלטות בוצעו בארבעה אזורים במוח המעורבים בראייה, עיבוד קול, מודעות מרחבית ותפקוד ביצועי.
ההקלטות הללו כיסו רק חלק זעיר מהפעילות הכוללת של המוח, אז כדי להתגבר על כך, החוקרים השתמשו בטכניקה שנקראת עיכוב הטבעה. טכניקה זו מאפשרת לחוקרים לאפיין מערכות דינמיות מתוך מדידות מוגבלות על ידי הגדלת כל מדידה עם מדידות שנרשמו קודם לכן.
באמצעות שיטה זו הצליחו החוקרים לכמת כיצד המוח מגיב לתשומות חושיות, כגון צלילים, או להפרעות ספונטניות של פעילות עצבית.
במצב נורמלי, ער, הפעילות העצבית עולה לאחר כל קלט, ואז חוזרת לרמת הפעילות הבסיסית שלה. עם זאת, לאחר שהחל מינון פרופופול, למוח התחיל לקחת זמן רב יותר לחזור לקו הבסיס שלו לאחר כניסות אלה, ונשאר במצב נרגש מדי. אפקט זה הפך יותר ויותר בולט עד שהחיות איבדו את הכרתם.
זה מצביע על כך שעיכוב של פרופופול בפעילות הנוירונים מוביל לאי-יציבות מתגברת, מה שגורם למוח לאבד את ההכרה, אומרים החוקרים.
שליטה טובה יותר בהרדמה
כדי לראות אם הם יכולים לשחזר את האפקט הזה במודל חישובי, החוקרים יצרו רשת עצבית פשוטה. כשהם הגבירו את העיכוב של צמתים מסוימים ברשת, כפי שעושה פרופופול במוח, פעילות הרשת התערערה, בדומה לפעילות הלא יציבה שראו החוקרים במוחם של בעלי חיים שקיבלו פרופופול.
"הסתכלנו על מודל מעגל פשוט של נוירונים מחוברים, וכשהגברנו את העיכוב בזה, ראינו ערעור יציבות. לכן, אחד הדברים שאנחנו מציעים הוא שעלייה בעיכוב יכולה ליצור אי יציבות, וזה לאחר מכן. קשור לאובדן הכרה", אומר אייזן.
כפי שמסביר פייטה, "האפקט הפרדוקסלי הזה, שבו הגברת העיכוב מערערת את הרשת ולא משתיקה או מייצבת אותה, מתרחשת בגלל חוסר עיכוב. כאשר פרופופול מגביר את הדחף המעכב, הדחף הזה מעכב נוירונים מעכבים אחרים, והתוצאה היא עלייה כוללת ב פעילות מוחית."
החוקרים חושדים שתרופות הרדמה אחרות, הפועלות על סוגים שונים של נוירונים וקולטנים, עשויות להתכנס לאותה השפעה באמצעות מנגנונים שונים -; אפשרות שהם בודקים כעת.
אם זה יתברר כנכון, זה יכול להועיל למאמצים המתמשכים של החוקרים לפתח דרכים לשלוט בצורה מדויקת יותר על רמת ההרדמה שחולה חווה. מערכות אלו, שעליהן עובד מילר עם אמרי בראון, פרופסור אדוארד הוד טפלין להנדסה רפואית ב-MIT, פועלות על ידי מדידת הדינמיקה של המוח ולאחר מכן התאמת מינון התרופות בהתאם, בזמן אמת.
"אם אתה מוצא מנגנונים נפוצים בעבודה על פני חומרי הרדמה שונים, אתה יכול להפוך את כולם לבטוחים יותר על ידי כוונון של כמה כפתורים, במקום צורך לפתח פרוטוקולי בטיחות לכל חומרי ההרדמה השונים אחד בכל פעם", אומר מילר. "אתה לא רוצה מערכת שונה לכל חומר הרדמה שהם הולכים להשתמש בחדר הניתוח. אתה רוצה מערכת שתעשה הכל".
החוקרים מתכננים ליישם את הטכניקה שלהם למדידת יציבות דינמית במצבי מוח אחרים, כולל הפרעות נוירופסיכיאטריות.
"השיטה הזו היא די חזקה, ואני חושב שזה הולך להיות מאוד מרגש ליישם אותה במצבי מוח שונים, סוגים שונים של חומרי הרדמה, וגם מצבים נוירו-פסיכיאטריים אחרים כמו דיכאון וסכיזופרניה", אומר פייטה.
המחקר מומן על ידי המשרד למחקר ימי, המכון הלאומי לבריאות הנפש, המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ, המנהלת הלאומית למדע והנדסת מחשבים ומידע, מרכז סימונס למוח החברתי, משפחת סימונס. שיתוף פעולה בנושא המוח הגלובלי, קרן JPB, מכון מקגוברן ומכון פיקואר.
