研究揭示我們的大腦如何產生意識并失去意識

麻醉過程中藥物引起的意識喪失(mLOC)與大腦在解剖學上的宏觀連接(跨皮質區域)的破壞有關，但大腦微電路在LOC中扮演何種角色仍不清楚。我們的大腦是如何產生意識的?為什么我們在麻醉過程中會失去它呢?有影響力的理論認為，意識依賴于大腦區分特定感官輸入和大量備選方案的能力，類似于能夠從眾多結果中選擇一種。

事實上，利用fMRI在人類身上進行的幾項研究已經在解剖學的宏觀尺度上，也就是在大腦大區域的水平上，確定了一系列豐富的皮層活動的休息狀態。然而，哥倫比亞大學(Columbia University)領導的一個研究小組認為，一個人在任何時候都能辨別一組備選方案的能力應該來源于局部神經元整體(神經回路的功能構建模塊)水平上的微觀活動模式或微觀狀態。

哥倫比亞大學Rafael Yuste實驗室的研究人員**在小鼠體內使用細胞分辨率雙光子鈣成像技術研究了麻醉過程中神經元微狀態的局部變化。研究小組發現，麻醉通過減少大腦皮層的網絡微觀狀態和神經元整體來破壞神經模式的數量，并在兩名受試者的微電極陣列記錄中證實了他們的發現。

他們近日發表在《Cell Systems》雜志上的研究結果表明，在mLOC過程中，大腦的功能連接在微觀和宏觀解剖尺度上都被破壞了。哥倫比亞大學Yuste實驗室主任、生物科學和神經科學教授Rafael Yuste說:“這項研究很重要，因為它把意識的本質問題提到了神經元回路的層面。它提供了一條線索可以解釋由病理學或麻醉藥引起的小群神經元協調能力的改變，以及如何導致意識的改變。”Yuste也是哥倫比亞大學數據科學研究所的成員，也是“大腦計劃”的發起者之一。

一種主流的觀點認為，盡管mLOC與功能連接的宏觀破壞有關，但局部網絡仍在顯示類似于清醒狀態的動態，但是是以一種孤立的方式顯示的，論文的**作者Michael Wenzel說道：“雖然這表明LOC是由大腦各區域神經活動不協調引起的，但我們發現，在mLOC過程中，局部網絡動態發生了顯著變化。我們的研究結果表明，意識的喪失可能源于局部微電路的改變，這將在宏觀連接方面產生缺陷。”他當時是Rafael Yuste實驗室的一名副研究員。

這項研究題為“Reduced Repertoire of Cortical Microstates and Neuronal Ensembles in Medically Induced Loss of Consciousness”，為理解局部神經元整體的動態如何導致意識狀態的喪失或出現提供了一個基礎。

作者指出，盡管他們希望他們的研究能對神經回路的基礎科學有所幫助，但是關于局部回路在意識喪失或獲得過程中所起作用的機制研究仍然具有挑戰性。