Пропофол отключает сознание, нарушая связь матричных нейронов таламуса с корой

В последние десятилетия много внимания уделяется роли взаимодействия таламуса и коры головного мозга в формировании сознания. При этом большинство исследований рассматривали таламус как единое целое или фокусировались на его отдельных ядрах, и в обоих случаях специфика клеточных популяций оставалась неохарактеризованной. Ученые из Медицинской школы Мичиганского университета представили работу, посвященную функциональным клеточным популяциям внутри таламуса. Им удалось показать, что глубокая анестезия с помощью пропофола нарушает функцию матричных нейронов таламуса, что значительно расширяет существующие представления о механизмах формирования сознания.

Нейроны таламуса представлены преимущественно двумя типами клеток — матричными (matrix) и ядерными (core). Ядерные нейроны связаны в основном с зернистыми слоями коры, в то время как матричные в основном иннервируют другие слои в более диффузной манере. Так называемые специфические ядра таламуса, формирующие прочные связи с конкретными участками коры, обычно богаты ядерными нейронами, в то время как неспецифические ядра, для которых характерны более диффузные связи, чаще обогащены матричными нейронами. Для последних ранее уже была показана связь с сознанием. Так, электрическая стимуляция неспецифических ядер, располагающихся во внутренней медуллярной пластинке таламуса, способствовала пробуждению обезьян от анестезии.

Авторы работы разработали новый метод анализа результатов функциональной МРТ, который позволяет картировать функциональные характеристики регионов мозга в виде единого градиента, не полагаясь на заранее разбитые области. При помощи нового алгоритма исследователи сначала определяли, какие области коры относятся к унимодальным (обрабатывающим сигналы от одной сенсорной системы, а также двигательные сигналы), а какие к трансмодальным (отвечающим за сложные когнитивные функции, не ограничивающиеся одной сенсорной системой). Затем авторы определяли, какие зоны таламуса функционально связаны преимущественно с унимодальными, а какие с трансмодальными зонами коры. Методологию проверили на данных, полученных из разных исследовательских центров и включающих более тысячи пациентов. Она показала стабильные результаты вне зависимости от используемого оборудования и параметров сканирования.

Непосредственно в самом исследовании тридцати здоровым добровольцам проводили функциональную МРТ до, во время и после анестезии пропофолом. Оказалось, что под действием пропофола все исследованные зоны таламуса демонстрируют значительное снижение связей с трансмодальными зонами. Эти результаты были также подтверждены на независимых опубликованных ранее данных.

Анализ функциональной принадлежности нейронов таламуса по уровню мРНК кальций-связывающих белков: кальбиндина (CALB1, маркер матричных нейронов) и парвальбумина (PVALB, маркер ядерных нейронов) показал, что наибольшие функциональные изменения при анестезии происходят в регионах таламуса, богатых матричными нейронами. Уровень CALB1 также лучше предсказывал, будет регион таламуса связан с уни- или трансмодальными зонами коры (R² = 0,395 против 0,072 для PVALB).

Таким образом, полученные результаты указывают на то, что анестезия пропофолом вызывает нарушения в работе матричных нейронов, изменяя баланс функциональной архитектуры таламуса. Статья усиливает представления о ключевой роли матричных нейронов в формировании сознания. Тем не менее, авторы считают, что дальнейшие исследования с привлечением разнообразных методов и большего числа участников необходимы для углубления понимания такой сложной системы, как сознание.