Гиппокамп человека под общим наркозом продолжает обрабатывать речь

Люди под общим наркозом находятся в бессознательном состоянии, при котором отключаются их память и восприятие боли. Однако опубликованное в Nature исследование показало, что гиппокамп человека под общим наркозом остается активным — он продолжает обрабатывать звуковые сигналы, реагировать на семантическую нагрузку и даже «ожидать» будущих слов, исходя из контекста услышанного. 

С помощью кремниевых зондов Neuropixels (каждый содержал 384 рабочих канала записи), исследователи регистрировали активность гиппокампа семи человек. В исследование набрали пациентов, проходивших переднюю височную лобэктомию; в качестве основного средства наркоза все они получили пропофол. Записи проводились прямо во время операции, после резекции боковой части височной доли и до резекции медиальных височных структур, таких как парагиппокампальная извилина и амигдала. После регистрации фонового сигнала пациентам предъявляли слуховые стимулы — троим проигрывали чистый тон, а четверым фрагменты подкаста. 

В ходе первого опыта трем пациентам включали одинаковые звуковые сигналы длительностью 100 мс, перемежавшиеся тонами другой высоты. Вызванные тоном потенциалы наблюдались в 70,9% нейронов, причем на уровне отдельных клеток и всей популяции реакция на стандартные и нетипичные звуковые стимулы отличалась. В течение 10 минут опыта ответ на нетипичный стимул усиливался, то есть на уровне гиппокампа происходило обучение. 

Чтобы проверить, может ли гиппокамп под общим наркозом выполнять еще более сложные функции — обработку естественной речи, — ученые воспроизводили четырем пациентам фрагменты подкастов длительностью 10–20 минут. Сперва они предположили, что реакция гиппокампа будет зависеть от лексической частоты слова (ее определяли по стандартной базе данных). Авторы обнаружили статистически значимую корреляцию между распространенностью слова и активностью гиппокампа, кроме того, ответ нейронов зависел и от длины слова. 

Более того, исследователи выяснили, что гиппокамп под наркозом может обрабатывать семантическую информацию, заключенную в словах. Это показал регрессионный анализ частоты активации нейронов в ответ на семантически близкие (например, «собака» и «кошка») или далекие («собака» и «ручка») слова. 

Затем авторы сгруппировали слова, звучавшие в записи, по 12 семантическим категориям. Почти все нейроны (85,6%, 321 из 375) были так или иначе специфичны к семантической категории. Схожий уровень специфичности характерен для бодрствующих людей (76,1%, 271 из 356). При этом 239 из 375 (63,7%) нейронов различали как минимум две из 12 категорий, а 54 из 375 (14,4%) различали как минимум четыре. Соответствующие значения у бодрствующих пациентов составили 232 из 356 и 139 из 356.

Кроме того, ученые показали, что как части речи, так и семантические категории декодируются на уровне отдельных слов. 

Наконец, исследователи обучили линейную регрессионную модель предсказывать предыдущие и будущие слова по активности гиппокампа в конкретный момент времени. Ответ нейронов коррелировал с семантическими характеристиками недавно не только прозвучавших недавно, но и будущих слов. Такая форма контекстуализации имеет ключевое значение для понимания речи, и гиппокамп пациентов, находившихся под общим наркозом, сохранял способность к ней. 

Таким образом, ученые выявили в гиппокампе человека под общей анестезией признаки нейропластичности, связанной с обучением, и семантической обработки. Более простые механизмы, например, адаптация к повторяющемуся стимулу, не объясняют полученных закономерностей. Обнаруженные семантические реакции оказались подобны тем, что наблюдаются у бодрствующих людей, и сопровождались как минимум некоторой обработкой контекста. Это, по словам авторов, поднимает вопрос, насколько далеко в принципе может зайти языковая обработка в отсутствие осознания.

Пропофол отключает сознание, нарушая связь матричных нейронов таламуса с корой