Bilim İnsanları Bilinci Tanımlayan Kritik Beyin Bağlantılarına Yeni Işık Tutuyor…

Yeni bir çalışma, bilincin duyusal ve bilişsel beyin bölgeleri arasındaki senkronize iletişime dayandığını ve bunun genel anestezi altında bozulduğunu ortaya koyuyor. Duyusal alanlar sürprizleri tespit edebilirken, daha yüksek düzeyli bölgelerle koordinasyon eksikliği, beyni bu uyaranlardan habersiz bırakıyor.

Yeni bir araştırma, bilincin beyindeki korteksteki duyusal ve bilişsel bölgeler arasındaki iletişime bağlı olduğuna dair daha fazla kanıt sağlıyor.
Beyinlerimiz çevremiz hakkında sürekli tahminlerde bulunur ve bu da beklenmedik olaylara odaklanmamızı ve bunlara yanıt vermemizi sağlar. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, bu tahmin sürecinin bilinç sırasında nasıl işlediğini ve genel anestezi altında nasıl değiştiğini araştırıyor. Bulgular, bilinçli düşüncenin, belirli frekans bantlarındaki beyin ritimleri tarafından kolaylaştırılan temel duyusal alanlar ile beynin daha yüksek düzeyli bilişsel bölgeleri arasındaki senkronize iletişime dayandığı fikrini destekliyor.

Daha önce, MIT’deki Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü ve Vanderbilt Üniversitesi’ndeki araştırma ekibinin üyeleri, beyin ritimlerinin beynin sürprizlere hazır kalmasını nasıl sağladığını açıklamıştı . Biliş odaklı beyin bölgeleri (genellikle beynin ön tarafında), çevrede tanıdık ve sıradan hale gelen uyaranların (örneğin iş arkadaşınızın müziği) duyusal bölgeler (genellikle beynin arka tarafında) tarafından işlenmesini bastırmak için nispeten düşük frekanslı alfa ve beta ritimlerini kullanır. Duyusal bölgeler bir sürpriz algıladığında (örneğin ofis yangın alarmı), daha yüksek bölgelere bunu bildirmek için daha hızlı frekanslı gama ritimleri kullanır ve daha yüksek bölgeler ne yapacaklarına karar vermek için bunu gama frekanslarında işler (örneğin binadan çıkmak).

Anestezinin Beyin İletişimine Etkisi
7 Ekim’de Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri’nde yayımlanan yeni sonuçlar , hayvanlar propofol kaynaklı genel anestezi altındayken duyusal bir bölgenin basit sürprizleri tespit etme kapasitesini koruduğunu, ancak beynin ön tarafındaki daha yüksek bilişsel bölgeyle iletişimin kaybolduğunu, bu nedenle söz konusu bölgenin duyusal bölgenin aktivitesinin “yukarıdan aşağıya” düzenlenmesini gerçekleştiremediğini ve basit ve daha karmaşık sürprizlere karşı duyarsız kaldığını gösteriyor.

“Burada yaptığımız şey bilincin doğasını anlatıyor,” diyor ortak kıdemli yazar Earl K. Miller, Picower Öğrenme ve Bellek Enstitüsü’nde ve MIT Beyin ve Bilişsel Bilimler Bölümü’nde Picower Profesörü. “Propofol genel anestezisi, bilişin altında yatan yukarıdan aşağıya süreçleri devre dışı bırakıyor. Esasen beynin ön ve arka yarım küreleri arasındaki iletişimi kesiyor.”

önemli rolünü vurguladığını sözlerine ekledi.

Bastos, “Bu sonuçlar, bilincin mekanizmalarına ve bilincin beynin öngörülerde bulunma yeteneğiyle nasıl ilişkili olduğuna dair yeni keşfedilen bilimsel ilgi göz önüne alındığında özellikle önemlidir.” dedi.

Beynin tahmin etme yeteneği anestezi sırasında önemli ölçüde değişir. Bilişle ilişkili olan beynin ön kısmının, tahmin etme yeteneklerinin duyusal alanlardan daha güçlü bir şekilde azalması ilginçti. Bu, prefrontal alanların duyusal bilgilerin bilinçli hale gelmesini sağlayan bir ‘ateşleme’ olayını başlatmaya yardımcı olduğunu gösteriyor. Duyusal korteks aktivasyonu kendi başına bilinçli algıya yol açmaz. Bu gözlemler, bilincin mekanizmaları için olası modelleri daraltmamıza yardımcı oluyor.”

Çalışmayı yöneten Bastos’un laboratuvarındaki lisansüstü öğrencisi Yihan Sophy Xiong, anestezinin bölge içi iletişimin süresini azalttığını söyledi

Xiong, “Uyanık beyinde, beyin dalgaları nöronların optimum şekilde ateşlenmesi için kısa fırsat pencereleri sunar – tabiri caizse beynin ‘yenileme hızı’,” dedi. “Bu yenileme hızı, farklı beyin bölgelerinin etkili bir şekilde iletişim kurmasını organize etmeye yardımcı olur. Anestezi hem yenileme hızını yavaşlatır, bu da beyin bölgelerinin birbirleriyle konuşması için bu zaman pencerelerini daraltır, hem de yenileme hızını daha az etkili hale getirir, böylece nöronlar ne zaman ateşlenebilecekleri konusunda daha düzensiz hale gelir. Yenileme hızı artık amaçlandığı gibi çalışmadığında, tahmin yapma yeteneğimiz zayıflar.”

Tuhaf insanlardan öğrenmek

Araştırmayı yürütmek için, nörobilimciler, iki hayvanın beyninin yüzeyindeki veya korteksindeki iki alanda, ton dizilerini dinlerken, yüzlerce ayrı nöronun elektrik sinyallerini, “veya ani yükselmelerini” ve bunların bir araya gelmiş aktivitelerinin koordineli ritimlerini (alfa/beta ve gama frekanslarında) ölçtüler. Bazen dizilerin hepsi aynı nota olurdu (örneğin AAAAA). Bazen araştırmacıların “yerel tuhaf” (örneğin AAAAB) adını verdiği basit bir sürpriz olurdu. Ancak bazen sürpriz daha karmaşık veya “küresel tuhaf” olurdu. Örneğin, bir dizi AAAAB gördükten sonra, aniden AAAAA olurdu ki bu, küresel deseni ihlal eder ancak yerel deseni ihlal etmez.

Miller, önceki çalışmaların bir duyusal bölgenin (bu durumda temporoparietal alan veya Tpt) kendi başına yerel tuhaflıkları tespit edebileceğini öne sürdüğünü söyledi. Daha karmaşık küresel tuhaflığı tespit etmek, daha yüksek dereceli bir bölgenin (bu durumda Frontal Göz Alanları veya FEF) katılımını gerektirir.

Hayvanlar ton dizilerini hem uyanıkken hem de propofol anestezisi altındayken duydular. Uyanıklık durumuyla ilgili hiçbir sürpriz yoktu. Araştırmacılar, FEF’ten gelen yukarıdan aşağıya alfa/beta ritimlerinin Tpt’ye öngörüler taşıdığını ve Tpt’nin tuhaf bir şey ortaya çıktığında gama ritimlerini artıracağını ve FEF’in (ve prefrontal korteksin) gama aktivitesinde artışlarla yanıt vermesine neden olacağını yeniden doğruladılar.

Ancak bilim insanları, yaptıkları çeşitli ölçümler ve analizler sonucunda, hayvanların bilincini kaybetmesinin ardından bu dinamiklerin bozulduğunu gözlemleyebildiler.

Örneğin, propofol altında, diken aktivitesi genel olarak azaldı, ancak yerel bir tuhaflık ortaya çıktığında, Tpt dikeni hala belirgin şekilde arttı, ancak şimdi FEF’deki diken, uyanıklık sırasında olduğu gibi aynı şeyi takip etmedi.

Bu arada, uyanıklık sırasında küresel bir tuhaflık sunulduğunda, araştırmacılar FEF ve prefrontal korteksteki (başka bir biliş odaklı bölge) nöronlar arasında bunun temsilini “çözmek” için yazılım kullanabilirlerdi. Ayrıca Tpt’deki yerel tuhaflıkları da çözebilirlerdi. Ancak anestezi altında kod çözücü artık FEF veya prefrontal korteksteki yerel veya küresel tuhaflıkların temsilini güvenilir bir şekilde tespit edemezdi.

Dahası, uyanık ve bilinçsiz durumlar arasındaki bölgelerdeki ritimleri karşılaştırdıklarında belirgin farklılıklar buldular. Hayvanlar uyanıkken, tuhaf toplar hem Tpt hem de FEF’de gama aktivitesini artırdı ve alfa/beta ritimleri azaldı. Düzenli, tuhaf olmayan uyarım alfa/beta ritimlerini artırdı. Ancak hayvanlar bilincini kaybettiğinde, yerel bir tuhaf topun gama ritimlerindeki artış, hayvan uyanıkken olduğundan Tpt’de daha da fazlaydı.

Yazarlar, “Propofol kaynaklı bilinç kaybında, alfa/beta’nın inhibe edici işlevi azaldı ve/veya ortadan kalktı, bu da duyusal kortekste tuhaflıkların inhibisyonunun ortadan kalkmasına yol açtı” diye yazdı.

Bölge içi bağlantı ve senkronizasyona ilişkin diğer analizler, bölgelerin anestezi sırasında iletişim kurma yeteneğini kaybettiğini ortaya koydu.

Araştırmacılar, çalışmanın bulgularının, bilinçli düşüncenin beyin korteksinde önden arkaya doğru koordinasyon gerektirdiğini gösterdiğini yazdı.

Araştırmacılar, “Bu nedenle sonuçlarımız bilinçli algı için duyusal korteks aktivasyonuna ek olarak prefrontal korteks aktivasyonunun da önemli bir rol oynadığını gösteriyor” diye yazdı.