Nieprzytomny hipokamp rejestruje dźwięki. Czy w trakcie operacji mózg zachowuje świadomość?

Rejestracja aktywności na poziomie pojedynczych neuronów

Zespół badawczy, którego pracami współkierował doktor Sameer Sheth z ośrodka Baylor St. Luke's Medical Center, zrealizował inwazyjny eksperyment z udziałem siedmiu pacjentów poddawanych chirurgicznemu leczeniu wczesnego stadium padaczki. Zastosowano mikroelektrody o wysokiej gęstości z systemu Neuropixels, implementując je bezpośrednio do hipokampa, czyli regionu mózgowia odpowiedzialnego fizjologicznie za fundamentalne procesy pamięciowe. Zastosowana technologia umożliwiła precyzyjne odczytywanie sygnałów elektrycznych z poszczególnych komórek u pacjentów znajdujących się pod wpływem pełnego farmakologicznego znieczulenia ogólnego.

W pierwszej fazie procedury badawczej, znieczulonym pacjentom odtwarzano serię powtarzalnych tonów z wplecionymi nieregularnie dźwiękami o odmiennej częstotliwości, aplikując sprawdzony w kognitywistyce paradygmat oddball. Pomiary z wprowadzonych mikroelektrod dowiodły z całkowitą pewnością, że neurony hipokampa bezbłędnie rejestrowały i oddzielały nietypowe sygnały foniczne od tła. Anomalią względem dotychczasowej wiedzy medycznej okazał się fakt, że precyzja tej dyskryminacji statystycznie rosła w czasie, osiągając wyraźne maksimum po zaledwie dziesięciu minutach naświetlania na zdefiniowany bodziec.

Tego rodzaju liniowa poprawa wskaźników detekcji stanowi niepodważalny dowód na operacyjność mechanizmów uczenia się oraz neuroplastyczności w układzie nerwowym, pomimo utraty przytomności indukowanej preparatami anestetycznymi. Wyniki zgromadzone i udokumentowane przez Baylor College of Medicine weryfikują negatywnie klasyczne teorie fizjologiczne, według których w stanie wyłączonej świadomości analityczna obróbka jakichkolwiek nowych danych napływających z otoczenia zostaje bezwzględnie i kategorycznie wstrzymana.

Przetwarzanie gramatyki i przewidywanie ciągów słownych

Drugi etap badań zdefiniowano przez ekspozycję znieczulonych pacjentów na złożony strumień językowy, na który składały się odtwarzane historie w postaci krótkich podcastów. Analiza aktywności neuronalnej zweryfikowała, że nieświadomy hipokamp nie poprzestaje na niskopoziomowej obróbce akustycznej fali dźwiękowej, lecz operuje stale na zaawansowanym poziomie lingwistycznym. Układ nerwowy zademonstrował udokumentowaną badaniami zdolność do kategoryzacji strumienia audio w oparciu o wysoce precyzyjne kryteria:

• identyfikacja poszczególnych części mowy, z ostrym wyodrębnieniem różnic w szlakach przetwarzania czasowników, rzeczowników oraz przymiotników,
• obliczeniowa ocena prawdopodobieństwa wystąpienia danego wyrazu poprzez analizę jego naturalnej częstotliwości lingwistycznej,
• zautomatyzowane katalogowanie słów do zdefiniowanych abstrakcyjnych kategorii semantycznych, obejmujących jednoznacznie wymiar emocjonalny oraz lokalizacyjny.

Fundamentalnym przełomem okazało się udokumentowanie zjawiska kodowania predykcyjnego u pacjentów całkowicie pozbawionych świadomości z racji zabiegu. Wybrane populacje neuronów w obszarze hipokampa aktywowały specyficzne schematy wyładowań, które antycypowały i dopasowywały kategorię zbliżającego się słowa na ułamki sekund przed jego sprzętowym odtworzeniem z głośników. Udowadnia to trwającą w czasie rzeczywistym, aktywną oraz wyprzedzającą analizę syntaktyczną struktury odbieranego przez aparat słuchowy tekstu.

Autorzy publikacji, powołując się na analizę danych z czasopisma Nature, otwarcie kategoryzują ten neuronalny proces jako bezpośredni neurobiologiczny ekwiwalent działania współczesnej sztucznej inteligencji, w szczególności zaawansowanych systemów bazujących na architekturze wielkich modeli językowych (LLM). Mózg w skrajnych warunkach anestetycznych zachowuje podstawową funkcjonalność potężnego generatywnego modelu predykcyjnego, bez żadnych przerw kalkulując rozkłady prawdopodobieństwa dla nadchodzących elementów języka bez jakiegokolwiek udziału ludzkiej woli czy intencji.

- Nasze odkrycia pokazują, że mózg jest znacznie bardziej aktywny i zdolny do działania podczas nieświadomości, niż wcześniej sądzono. Nawet gdy pacjenci są w pełni znieczuleni, ich mózgi nadal analizują otaczający ich świat.

Wpływ narkozy na integralność świadomości

Pomimo skutecznego wykazania twardych dowodów empirycznych potwierdzających, że zaawansowane funkcje poznawcze funkcjonują pod narkozą nieprzerwanie, kliniczna odpowiedź medycyny na pytanie o realny stan świadomości pacjenta w trakcie operacji jest stanowczo negatywna. Opisane uprzednio zaawansowane procesy kategoryzacji semantycznej oraz predykcji lingwistycznej toczą się tu na wyłącznym, ściśle wyizolowanym poziomie podświadomości. Odwołując się rygorystycznie do założeń Teorii Globalnej Przestrzeni Roboczej (Global Workspace Theory), aby bazowa informacja zaowocowała powstaniem zjawiska świadomego doświadczenia, musi najpierw zostać wyemitowana z lokalnego ośrodka i zintegrowana w szerokich obszarach kory mózgowej.

Środki farmakologiczne stosowane rutynowo w znieczuleniu ogólnym najwyraźniej nie mają w ogóle na celu deaktywacji lokalnego przetwarzania bodźców w głębokich strukturach takich jak hipokamp, lecz działają w taki sposób, aby skutecznie i trwale rozrywać globalną komunikację korową. Ustalony mechanizm skutkuje stanem, w którym podświadomy układ nerwowy analizuje otoczenie i poprawnie ekstrahuje semantykę bodźców środowiskowych, jednak dana jednostka zostaje całkowicie odcięta od subiektywnej percepcji przeżywanych bodźców. Znieczulenie z definicji zatrzymuje newralgiczne obwody kluczowe dla konsolidacji pamięci długotrwałej, przez co operowana osoba nie rejestruje po wybudzeniu absolutnie żadnych śladów pamięciowych.

Zespoły badawcze jednoznacznie podkreślają konieczność przeprowadzenia replikacji udokumentowanych badań, na co wskazują także osobiście niezależni eksperci pracujący w strukturach Baylor St. Luke's Medical Center. Bezpośrednią przyczyną tego stanu rzeczy jest relatywnie niewielka pula pacjentów objętych obecnymi eksperymentami oraz zastosowanie tylko jednego, bardzo specyficznego protokołu w obrębie podaży leków anestetycznych. Kluczową potrzebą środowiska medycznego pozostaje zwięzła weryfikacja, czy zbliżona mechanika podświadomych skomplikowanych obliczeń lingwistycznych zachowuje identyczną formę w trakcie naturalnego zapadania ludzkiego ciała w sen lub długoterminową śpiączkę fizjologiczną, trwale oddzielając w ten sposób neurologiczną definicję ciągłego przetwarzania informacji od definicji posiadania świadomości.

- Ta praca zmusza nas do ponownego przemyślenia, co to znaczy być świadomym. Mózg robi za kulisami znacznie więcej, niż w pełni rozumiemy.

Źródło: Pacjenci.pl