Esileht > aju ja teadvus, ajuteadus, erilised teadvusseisundid > Üldnarkoosi uurimine heidab valgust teadvuse neuronaalsetele alustele

Üldnarkoosi uurimine heidab valgust teadvuse neuronaalsetele alustele

Teadvuse probleem on piisavalt krõbe, et teda mitte alahinnata: kui me tahame mõista seda, mis on teadvus ja millised ajuprotsessid on teadvuse jaoks tarvilikud, siis tasub teadvust kui uurimisobjekti vaadelda mitmest eri suunast. Üks lähenemisviis on uurida, missugused ajuprotsessid eristavad katsekordi, kus stiimulit teadvustati, nendest katsekordadest, kus seda ei tehtud. Kuid sellises olukorras on katseisik ju mõlemal juhul teadvusseisundis, mistõttu paljud ongi endalt ja teistelt küsinud, kui palju selline lähenemisviis meile ikkagi teadvuse kohta ütleb. Osati seetõttu ongi viimastel aastatel üha enam esile kerkinud ka teine suund – uurida erinevusi teadvusseisundite vahel. Kõige lihtsam manipulatsioon, mille meist igaüks oma teadvusega ette võtab, on magamine, kuna teatud unefaasides teadvuselamus puudub. Teadvusseisundit saab aga mõjutada ka kontrollitumalt: andes katseisikule anesteetikumi, kaob ta teadvus. Niisiis saame tekitada teadvusseisundi kõrvale mõne keemilise kokteili abil ka teadvuseta seisundi, et küsida, missugused erinevused on mõõdetavad ajuprotsessides, kui katseisik on kas teadvusseisundis või üldnarkoosi all.

Anthony Hudetz on üks nendest teadlastest, kes on viimastel aastatel üritanud sellele küsimusele vastata ja kahtlemata on tema tööd toonud palju huvitavaid fakte teadvuseteaduse jaoks. Nii näiteks on ta oma kolleegidega korduvalt näidanud, et gamma-ostsillatsioonid võivad üldnarkoosi all teatud tingimustes olla hoopiski tugevamad kui teadvusseisundis. See tähendab otse loomulikult, et lihtsad ideed selle kohta, et gamma-ostsillatsioonid on teadvuseloleku tähis, ei saa kuidagi tõele vastata. Seega on Hudetzi tööd aidanud muuhulgas kaasa ka sellele, et tänapäeva ajuteadlased mõtlevad gamma-sagedusribas toimuvate protsesside üle põhjalikumalt ja kriitilisemalt, mitte nii nagu teatud perioodidel, kus gamma-sageduslikke võnkeid seoti pikalt mõtlemata teadvuse, tähelepanu, sõlmimisprotsesside ja praktiliselt kõige muu huvitavaga.

Käesolev töö, mis ilmus hiljuti ajakirjas Anesteshiology, lisab kogu sellele arutlusele veel ühe dimensiooni. Nimelt on antud tööst välja kooruv kõige olulisem uus fakt see, et gammasageduslik aktiivsus võib olla teadvusega seotud küll, kuid see seos ilmneb vaid siis, kui uurida gamma-sagedusribas toimuvaid protsesse, mille sagedus on kõrgem kui klassikalistel (ca 40 Hz) gamma-ostsillatsioonidel. Lisaks sellele, et uuriti laiemat sagedusriba kui senini, tasub mainida, et selles töös uuriti spontaanset aktiivsust, st katseloomadele ei esitatud mitte stiimuleid, vaid mõõdeti nende ajus „niisama“ toimuvat, ning lisaks on oluline teada, et mõõtmisi tehti mitte ainult ühest ajupiirkonnast, vaid korraga frontaalsest korteksist, visuaalsest korteksist ja hippokampusest. Katse ise seisnes selles, et seitsme roti vastavatest ajupiirkondadest mõõdeti lokaalseid väljapotentsiaale, samal ajal kui rottidele manustati õhusegus anesteetikum isofluraani, mille kogust suurendati järk-järgult. Analüüsiti 3-6 minuti pikkuseid andmejuppe, millele rakendati tavapäraseid sagedusanalüüsiks loodud meetodeid. Uuriti anesteetikumi mõju gammasageduslikule aktiivsusele, kusjuures gammasageduslik aktiivsus oli jagatud kaheks: madal klassikaline gamma (30-50 Hz) ja kõrge gamma (70-140 Hz).

Leiti väga selge tulemustemuster: klassikalises gamma-sagedusribas (30-50 Hz) ei omanud anesteetikum ja selle doosi suurendamine mitte mingit mõju, samas kui kõrge gamma (70-140 Hz) järgis väga täpselt roti üldnarkoosi tugevust, olles kõigis kolmes ajupiirkonnas madalaim siis, kui anesteetikumi doos oli suurim, ning kõrgeim siis, kui loom oli ärkvel. Ehk siis, teisisõnu, klassikalises gamma-sagedusribas toimuv aktiivsus ei olnud seotud teadvusseisundiga, samas kui kõrgesageduslik gamma aktiivsus oli hea indikaator teadvusseisundi jaoks. (Otse loomulikult võib arutleda selle üle, kas rottidel üldse on teadvusseisund või mitte, kuid lähtun siin kirjelduses autorite enda sõnastusele ja terminoloogiale – Hudetzil ei näi olevat kahtlust, et me võime roti erinevaid ajuseisundeid uurides saada tõepoolest teadmisi ka teadvusseisundi kohta.)

Seega mingil põhjusel on teadvus seotud just kõrgesagedusliku gamma-aktiivsusega. Lugedes Hudetzi jt tööd võib kujuneda arusaam, et see kõrgesageduslik gamma-aktiivsus on tõepoolest ostsillatsioon, kõrgesageduslik rütm, mis koordineerib ajupiirkondade sisest ja nende vahelist tööd. Kuid, nagu ma juba mitmes eelnevas postituses toonitanud olen, on üha enam esile kerkimas arvamus, et sellises sagedusribas (70-140 Hz) ei mõõda me tegelikult mitte aju rütme, vaid mitterütmiliste protsesside töö tulemusena tekkivaid signaale, mis esialgu jätavad mulje, justkui oleksid nad rütmilised. Minu enda teadustöö on mind viinud lähemale arusaamale, et see, kui mingi protsess avaldub aeg-sagedus teisenduse tagajärjel gammasagedusliku protsesssina, ei tähenda sugugi, et ta päriselt, ajus, peakski olema rütmiline gammasageduslik protsess. Hetkel näib olevat üsna hea tööhüpotees see, et selline kõrge gamma sagedusribas mõõdetav aktiivsus väljendab lihtsalt elektroodi all neuronite laenglemise tulemusena tekkivaid mitterütmilisi postsünaptilisi potentsiaale. Selle idee jaoks on kogutud ka korralikku tõendusmaterjali (ehkki arutluse lõplik lahendus seisab veel ees) ning koos minust targematega oleme isegi modelleerimise abil leidnud, et tõepoolest – palju palju mitterütmilisi postsünaptilisi potentsiaale võivad tekitada summeerudes protsessi, mida tavapärase aeg-sagedus teisenduse abil võiks pidada gamma-rütmiks.

Niisiis, ehk on põhjust kaaluda võimalust, et antud töö ei näita mitte seda, et gamma-ostsillatsioonid on seotud teadvusseisundiga, vaid et teadvusseisund on lihtsalt seotud tugevama neuronaalse aktiivsuse ja neuronipopulatsioonide laenglemisega. Muidugi kõlab see pisut „igavamalt“, kuna gamma-rütmid justkui sisaldaksid mingit mehhanismi, kuidas aju võiks töötada (ehkki see „mehhanism“ on hiljuti korduvalt kahtluse alla seatud), kuid teaduse eesmärk ei ole mitte pakkuda välja võimalikult „ägedaid“ selgitusi fenomenidele nagu teadvus (sel juhul võiks ju siiski pöörduda kvantfüüsika poole!), vaid lihtsalt aru saada, kuidas üks või teine nähtus looduses toimib. Kui teadvus on seotud tugevama neuronite laenglemisega, siis tuleb küsida, miks see nii on. Ja tegelikult pakuvad eelnevad teadustööd meile juba ka potentsiaalse vastuse: teadvuseta seisund on seotud laiade neuronipopulatsioonide perioodilise aktiivsuse puudumisega, kus antud neuronigrupid on mõneks hetkeks praktiliselt vait ja ei laengle; kui arvesse võtta seda, et ärkveloleku (teadvuse) seisundis sellised vaikimisperioodid puuduvad, siis on ju loogiline, et võrreldes omavahel teadvusseisundit ja järk-järgulist üldnarkoosi, leiame, et teadvusseisundis on rohkem kõrget gammat (= rohkem neuronaalset aktiivsust), sest üldnarkoosi all on ju järk-järgult rohkem neid perioode, kus neuronid ei ole aktiivsed. Vaadates sellele tulemusele niimoodi, tuleb teadvuse mõistmiseks ehk sõnastada küsimus hoopis nõnda: millised ajuprotsessid ei saa toimida siis, kui mitmed neuronipopulatsioonid on eri aegadel mõneks hetkeks vaiki? Tononi idee on, et need teadvuse jaoks kriitilised protsessid on kuidagi seotud informatsiooni integratsiooniga, kuid me tahame tegelikult sellest asjast täpsemalt aru saada – mis on informatsioon ajus ja aju jaoks? Kuidas toimub ajus mingite protsesside integreerimine? Mida tähendab ja kuidas teaduslikult mõõta informatsiooni integreerimist ajus? Aga mõistlik oleks kaaluda ka teisi võimalusi ja ideid seoses küsimusega, miks teadvusseisund on seotud suuraju neuronite pideva ühtlase tööga ja miks teadvus kaob, niipea kui see pidev ühtlane töö saab segatud regulaarsete vaikimisperioodide poolt.

Allikas:
Hudetz jt (2011). Differential effects of isoflurane on high-frequency and low-frequency gamma osctillations in the cerebral cortex and hippocampus in freely moving rats. Anesthesiology.

  1. Kommentaare veel pole.
  1. No trackbacks yet.

Lisa kommentaar

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Muuda )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Muuda )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Muuda )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Muuda )

Connecting to %s