Отключенная от остального мозга кора находится в состоянии, похожем на глубокий сон

Хирургическая процедура, известная как гемисферотомия (не путать с гемисферэктомией), применяется для лечения тяжелых случаев эпилепсии структурного генеза у детей, когда медикаментозная терапия оказывается неэффективной. В ходе операции пораженная часть коры (от одной доли до целого полушария) полностью изолируется от остального мозга, оставаясь при этом в черепе с сохраненным кровоснабжением. Такая процедура предотвращает эпилептические приступы и улучшает качество жизни пациентов, однако до сих пор оставался открытым вопрос, сохраняют ли отключенные зоны мозга какие-либо признаки сознания.

Ученые из Италии и коллабораторы проанализировали электроэнцефалограммы (ЭЭГ) 10 детей до и после гемисферотомии с полной дисконнекцией (разобщением) коры. В 7 случаях речь шла об изоляции всего полушария, в 3 случаях — об изоляции крупного участка коры (височно-теменно-затылочная дисконнекция). Исследователи сосредоточились на фоновых ритмах, свободных от эпилептиформной активности (спайков, полиспайков и др.). Особое внимание уделялось медленным волнам, поскольку известно, что прекращение подачи входящих (афферентных) импульсов к коре приводит к возникновению таких колебаний, напоминающих активность мозга в состоянии глубокого сна. Кроме того, медленные волны на ЭЭГ уже используются в исследованиях для оценки уровня сознания.

Авторы показали, что после операции в отключенном полушарии наблюдались высокоамплитудные медленные волны (частота 0,5–2 Гц), которые не возникали в здоровом контрлатеральном полушарии. Эти волны сопровождались перераспределением энергии от высоких частот к низким и возникновением асимметрии между полушариями. При этом паттерн изменений в изолированной коре был одинаковым как у детей после височно-теменно-затылочной дисконнекции, так и у детей после отключения целого полушария, а также не зависел от причины возникновения эпилепсии (различные варианты нарушения развития коры, перинатальное нарушение мозгового кровообращения).

Показатели ЭЭГ детей после операции также сравнили с показателями здоровых детей во время бодрствования и медленного сна (NREM-сна). До операции паттерн волн в пораженной коре демонстрировал сходство с паттернами бодрствования и фазы засыпания (N1 фаза NREM-сна). После операции показатели отключенной коры были похожи на промежуточное состояние между легким и глубоким сном (N2 и N3 фазы NREM-сна) у здоровых детей, несмотря на то что пациенты находились в состоянии бодрствования.

Медленные волны в отключенной коре имели особенности: амплитуда была меньше, а период — дольше по сравнению с физиологическим NREM-сном здоровых детей, также полностью отсутствовали так называемые «сонные веретена». Это связано с утратой регулирующего влияния таламуса на изолированную кору. Исследователи интерпретируют появление такого режима как «унигемисферический сон» — состояние, в котором отключенное полушарие демонстрирует EEG-паттерны, сходные с глубоким сном, несмотря на бодрствование организма в целом.

Эти наблюдения также имеют последствия для дискуссий о так называемых «островках сознания». Ранее функциональная МРТ показывала сохранение связей в отдельных сетях мозга отключенного полушария, включая сеть пассивного режима (default mode network, DMN). Высказывались предположения о возможном внутреннем опыте, так как DMN может активироваться в процессе мечтания или саморефлексии. Однако результаты данного исследования показывают, что отключенное полушарие находится в состоянии, близком к таким формам физиологической бессознательности, как NREM-сон, вегетативное состояние и нахождение под общей анестезией, которые характеризуются минимальной вероятностью «сновидческих» переживаний.

Авторы подчеркивают, что медленные волны сохраняются месяцами и даже годами после операции (записи ЭЭГ выполнялись в промежутке от 6 до 36 месяцев после операции), что поднимает вопросы об их функциональном значении: выполняют ли они нейропластическую, гомеостатическую роль или представляют собой возврат к режиму работы коры «по умолчанию».

Исследование позволяет лучше понять долгосрочные последствия дисконнекции коры. Дальнейшие работы, включая многоканальную ЭЭГ, инвазивные записи и стимулирующие подходы, помогут уточнить, может ли отключенное полушарие демонстрировать какие-либо признаки переживания внутреннего опыта.

Болезнь Альцгеймера сопровождается рассинхронизацией нервной и сосудистой систем