Das Gehirn hat ein ausgeprägtes Aktivitätsmuster beim Verlust des Bewusstseins während der Anästhesie

Eine neue Studie aus den USA zeigt zum ersten Mal, dass das Gehirn ein ausgeprägtes elektrisches Aktivitätsmuster aufweist, wenn Patienten während der Narkose das Bewusstsein verlieren. Das Muster zeigt sehr langsame Oszillationen, die einen Zusammenbruch der Kommunikation zwischen den verschiedenen Regionen des Gehirns widerspiegeln, von denen jedes kurze Aktivitätsstöße zeigt, die sich mit längeren Schweigen abwechseln.
Die Forscher schreiben in einem am 5. November im Internet veröffentlichten Papier über ihre Ergebnisse Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Sie hoffen, dass die Studie den Anästhesisten hilft, das richtige Gleichgewicht zwischen zu wenig und zu viel Betäubung zu halten, indem sie das Verständnis dessen verbessert, was im Gehirn passiert, wenn sie das Bewusstsein verliert.
Der leitende Autor Patrick Purdon, ein Anästhesist für Anästhesie am Massachusetts General Hospital (MGH) und der Harvard Medical School, sagt in einer Stellungnahme, dass Ärzte jetzt wissen, worauf sie beim Elektroenzephalogramm (EEG) achten sollten, wenn sie einen Patienten unter Narkose setzen:
"Wir haben jetzt endlich ein objektives physiologisches Signal zur Messung, wenn jemand unter Narkose bewusstlos ist."

EEG-Muster bei epileptischen Patienten

Ein EEG ist eine Maschine, die elektrische Aktivität des Gehirns durch Elektroden auf der Kopfhaut aufzeichnet. Es misst Spannungsänderungen, die sich aus den verschiedenen Strömen zwischen Neuronen oder Gehirnzellen ergeben.
Für ihre Studie untersuchten Purdon und Kollegen epileptische Patienten, bei denen Elektroden in ihren Gehirnen implantiert waren, um Krampfanfälle zu überwachen, und sie operiert wurden, um sie zu entfernen.
Die Patienten erhielten eine gemeinsame Anästhesie namens Propofol und ihre Hirnaktivität wurde durch EEG überwacht.
Propofol aktiviert Rezeptoren auf Neuronen, auf eine Weise, die die Gehirnzellen weniger aktiv macht, obwohl genau, wie dies geschieht, ist nicht klar.
Die Forscher bemerkten das EEG zeigte ein deutliches Muster an dem Punkt, an dem das Bewusstsein verloren ging. Dies war etwa 40 Sekunden nach dem Anästhetikum und wurde durch den Moment definiert, in dem die Patienten nicht mehr auf die Geräusche reagierten, die sie alle vier Sekunden hörten.

Eindeutiges Muster der allgemeinen und lokalen Gehirnaktivität

Um die Gehirnaktivität aufzuzeichnen, verwendeten Purdon und Kollegen zwei Elektroden unterschiedlicher Größe, wobei jede Größe eine andere Ablesung der Gehirnaktivität vornahm. Die größeren Elektroden, etwa so groß wie eine große Münze, wurden etwa 1 cm voneinander entfernt platziert und zeichneten das gesamte EEG- oder Gehirnwellenmuster auf.
Die kleineren, stärker lokalisierten Elektroden waren in einer Gruppe von Reihen von etwa 4 mm Breite konzentriert. Zwischen 50 und 100 davon wurden bei jedem Patienten in verschiedenen Hirnregionen implantiert.
Diese kleineren Elektroden zeichneten Aktivität von einzelnen Neuronen auf und diese Studie gilt als die erste, die Neuronenaktivität bei Patienten aufzeichnet, wenn sie das Bewusstsein verlieren.
Die großen Elektroden zeigten, dass das EEG-Muster innerhalb von ein oder zwei Sekunden, in denen das Bewusstsein des Patienten verloren ging, plötzlich zu niederfrequenten Schwingungen mit etwa 1 Zyklus pro Sekunde (etwa 1 Hz) überging.

Dies stimmte mit den kleinen Elektroden überein, die ein "flackerndes" Muster auf individueller Neuronenebene zeigten. Einzelne Neuronen innerhalb lokalisierter Hirnregionen waren einige hundert Millisekunden lang aktiv und wurden dann einige hundert Millisekunden lang still. Dies habe das Schwingungsmuster des EEG geschaffen, so die Forscher.
"Wir zeigen, dass Propofol-induzierte Bewusstlosigkeit innerhalb von Sekunden nach dem abrupten Einsetzen eines langsamen (Periodic Silencing verhindert Kommunikation in Gehirn Eine der führenden Autoren, Laura Lewis, ein Doktorand in der Abteilung für Gehirn-und Kognitionswissenschaften (BCS) in Massachusetts Institut für Technologie (MIT), sagt:
"Innerhalb eines kleinen Bereichs können die Dinge ziemlich normal aussehen, aber aufgrund dieses periodischen Stummschaltens wird alles alle paar hundert Millisekunden unterbrochen, und das verhindert jegliche Kommunikation."
"Wenn ein Bereich aktiv war, war es wahrscheinlich, dass ein anderer Gehirnbereich, mit dem er kommunizieren wollte, nicht aktiv war. Selbst wenn die Neuronen eingeschaltet waren, konnten sie immer noch keine Informationen an andere Gehirnregionen senden", erklärt sie.

Verlust des Bewusstseins könnte "Versagen der Informationsintegration" sein

Michael Avidan ist Professor für Anästhesiologie an der Washington University School of Medicine und war nicht an der Studie beteiligt. Er beschreibt die Ergebnisse als "aufregend" und schlägt vor, dass sie neurobiologische Beweise für die "Informationsintegrationstheorie" des Bewusstseins liefern. Diese Theorie legt nahe, dass große Gehirnnetzwerke Informationen von den Sinnen integrieren, um unseren Gesamteindruck von der Welt um uns herum zu erzeugen.
Wenn wir das Bewusstsein verlieren, könnte es immer noch Informationen geben, die "ins Gehirn kommen, aber diese Informationen bleiben lokalisiert und werden nicht in ein zusammenhängendes Bild integriert", erklärt er.
Ein weiterer Hauptautor, Emery Brown, Professor für Gehirn- und Kognitionswissenschaften und Gesundheitswissenschaften und Technologie am MIT und Anästhesist am MGH, sagt, dass dieser Mechanismus des "Versagens der Informationsintegration" als mögliche Erklärung für den Verlust des Bewusstseins vorgebracht wurde, aber es war nicht klar, wie es funktionierte.
"Dieser Befund verengt es wirklich ein wenig. Es ist wirklich sehr grundlegend, was die Möglichkeiten der Mechanismen einschränkt", fügt er hinzu.

Erfolgreiche Anästhesie: Aufrechterhaltung einer empfindlichen Balance

Die Forscher hoffen, dass das Muster Anästhesisten dabei helfen wird, die Überwachung der Patienten während der Narkose zu verbessern und so seltenen Fällen vorzubeugen, in denen Patienten während der Operation aufwachen oder wenn zu viel Narkose sie zum Atmen bringt.
Gegenwärtig überwachen Anästhesisten Patienten unter Narkose mit Aufzeichnungen, die einen Index aus dem EEG berechnen. Aber dieser Index kann die zugrunde liegende Physiologie verbergen, die direkt in den langsamen Wellen zu sehen ist.
Brown sagt, ihre Ergebnisse deuten darauf hin Sie sollten die Oszillationen in den Roh-EEG-Messungen betrachten und interpretieren.
"Wenn Sie das tun, haben Sie eine physiologisch verbundene Art zu wissen, wenn jemand bewusstlos ist. Wir können dies heute in den Operationssaal bringen und eine bessere Patientenversorgung bieten", fügt er hinzu.
Das Team wird nun untersuchen, was im Gehirn passiert, wenn es wieder zu Bewusstsein kommt. Sie haben bereits begonnen, die Auswirkungen anderer Anästhetika zu untersuchen, um zu sehen, ob sie die gleichen Gehirnmuster erzeugen.
Purdon sagt, basierend auf EEG-Studien scheint es viele andere Medikamente zu geben, die die gleichen langsamen Oszillationen produzieren. Aber es gibt auch eine Zahl, die "etwas völlig anderes macht", fügt er hinzu.
Mittel der National Institute of Health (NIH), der Canadian Research Foundation und des National Institute of Neurological Disorders and Stroke halfen bei der Finanzierung der Studie.
Geschrieben von Catharine Paddock