El anestésico desvía drásticamente el viaje de las ondas cerebrales
Un ejemplo de una onda viajera de frecuencia delta medida por una matriz de electrodos 8X8. El rojo indica el pico de la onda, que pasa por debajo del electrodo en el transcurso de 240 milisegundos. Crédito: Miller Lab/MIT PIcower Institute
Imagínese el cerebro consciente como un mar agitado con las colisiones y dispersiones de olas de diferentes tamaños y formas, girando y fluyendo en muchas direcciones diferentes. Ahora imagine que un transatlántico avanza pesadamente, aplastando todo lo que sigue con su poderosa estela de despedida. Un nuevo estudio encuentra que la inconsciencia inducida por el fármaco de uso común propofol tiene algo así como ese efecto metafórico en las ondas cerebrales de alta frecuencia, aparentemente barriéndolas a un lado y, como consecuencia aparente, barriendo también la conciencia.
Dicho de manera más prosaica, el estudio en el Journal of Cognitive Neuroscience realizado por científicos del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT muestra que el propofol altera sustancialmente cómo las diferentes frecuencias de las ondas cerebrales viajan a través de la superficie del cerebro o corteza. Mientras que los cerebros conscientes exhiben una mezcla de ondas de varias frecuencias que giran o viajan directamente en varias direcciones, los cerebros bajo anestesia con propofol se vuelven dominados por poderosas ondas «delta» de muy baja frecuencia que ruedan directamente hacia afuera en direcciones opuestas en lugar de girar lentamente alrededor de los puntos centrales como lo hacen durante la conciencia. Mientras tanto, las ondas «beta» de mayor frecuencia se volvieron menos y más erráticamente estructuradas, viajando solo en direcciones no dominadas por las ondas delta crecientes.
Se supone que las ondas viajeras realizan muchas funciones importantes, ya que coordinan la actividad de células cerebrales sobre las áreas del cerebro que cubren. Estos incluyen leer información de la memoria y mantenerla allí mientras espera ser utilizada en la cognición. También pueden ayudar en la percepción y actuar como un medio para medir el tiempo en el cerebro. Por lo tanto, los hallazgos ilustran cuán profundamente la anestesia altera el estado del cerebro, ya que induce y mantiene la inconsciencia, dijo el autor principal Earl K. Miller, profesor Picower de Neurociencia en el Departamento de Ciencias del Cerebro y Cognitivas del MIT.
«Los ritmos que asociamos con la cognición superior se alteran drásticamente por el propofol», dijo Miller. «Las ondas viajeras beta que se ven durante la vigilia se hacen a un lado, redirigidas por ondas viajeras delta que han sido alteradas y hechas más poderosas por el anestésico. Los deltas aparecen como un toro en una tienda de porcelana».
Co El autor principal, Emery N. Brown, dijo que los hallazgos ilustran que hay muchas formas en que los fármacos anestésicos pueden actuar sobre el cerebro.
«Las ondas viajeras generadas por el propofol nos ayudan a apreciar que hay muchos fenómenos dinámicos que crean los anestésicos que pueden contribuir a estados alterados de excitación, como la inconsciencia», dijo Brown, anestesiólogo del Hospital General de Massachusetts y profesor Edward Hood Taplin de Neurociencia Computacional y Ciencias y Tecnología de la Salud en el MIT. «Por lo tanto, no es razonable pensar que existe un único mecanismo de acción para todos los anestésicos».
El autor principal, Sayak Bhattacharya, becario postdoctoral de Picower en el laboratorio de Miller, dirigió el estudio volviendo a analizar un conjunto de datos registrados de dos animales mientras se sometían a anestesia con propofol, permanecían en ese estado durante un tiempo y luego fueron devueltos a la conciencia. Eso es importante, dijo Bhattacharya, porque aunque se han observado ondas viajeras en sujetos bajo anestesia muchas veces, este estudio es uno de los primeros en rastrearlas en sujetos durante todo el proceso de pérdida y recuperación de la conciencia.
«Ningún estudio ha observado cómo las ondas viajeras cambian directamente de vigilia a anestesia y luego de vuelta a vigilia en el mismo experimento», dijo. «Supervisamos continuamente cómo se comportaban estas ondas cuando los animales estaban en estado de vigilia, y luego cómo cambiaban cuando se producía la pérdida del conocimiento, y luego nuevamente cuando se producía la recuperación del conocimiento, todo en los mismos animales, en una sesión experimental continua. Esto nos permitió explorar en tiempo real cómo se alteraron las vías neuronales que producen las ondas».
El primer análisis del laboratorio del conjunto de datos, publicado en 2021, documentó un cambio profundo hacia las ondas delta, pero no había ‘t midió la naturaleza de viaje de las ondas.
En el nuevo análisis, Bhattacharya y sus coautores encontraron cambios significativos no solo en la frecuencia, sino también en la dirección de la onda, la velocidad, la organización estructural y la forma plana frente a la rotacional.
«Las ondas delta de baja frecuencia (~1 Hz) aumentaron mientras que las ondas de alta frecuencia (8-30 Hz) disminuyeron», escribieron los autores. «Las ondas delta lentas se aceleraron y se organizaron más espacialmente. Se volvieron más planas (y menos giratorias) y aumentaron las ondas de imagen especular que viajaban en direcciones opuestas. Cualquiera que sea la dirección en la que fluyeron las ondas delta lentas después de la pérdida de la conciencia, dominaron. Las ondas de mayor frecuencia disminuyeron y perdieron estructura después de la pérdida de la conciencia, a pesar de mostrar un aumento de la potencia [de la onda], y fluían preferentemente en direcciones donde las ondas delta lentas eran menos frecuentes».
Después de que los animales recuperaron la conciencia, sus todos los patrones de onda regresaron a donde estaban antes de la administración de propofol. La clara asociación entre estos dos regímenes (beta sin restricciones antes o después de la anestesia versus dominancia delta durante la anestesia) y el estado de conciencia sugiere fuertemente una conexión, dijo Bhattacharya.
«Nuestra hipótesis es que la ruptura drástica de beta las ondas viajeras y su redirección podrían contribuir a la pérdida del conocimiento bajo la anestesia con propofol», dijo.
Notablemente, los hallazgos del estudio sugieren una forma importante en la que la anestesia difiere del sueño (es un error común pensar que los dos estados de inconsciencia son similares). En el sueño normal, las ondas delta viajan en un patrón giratorio que puede proporcionar el tiempo que induce la «plasticidad dependiente del tiempo de pico» necesaria para consolidar los recuerdos de las experiencias acumuladas durante el día. Sin embargo, con propofol, las ondas delta se vuelven planas en lugar de rotativas, lo que interrumpe este mecanismo de ayuda a la memoria y priva al cerebro de una función clave del sueño.
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La naturaleza ‘viajera’ de las ondas cerebrales puede ayudar a la función de la memoria de trabajo Más información: Sayak Bhattacharya et al, Propofol Anesthesia Alters Cortical Traveling Waves, Journal of Cognitive Neuroscience (2022) . DOI: 10.1162/jocn_a_01856 Información de la revista: Journal of Cognitive Neuroscience
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: El anestésico desvía drásticamente el viaje de las ondas cerebrales (2022, abril 27) obtenido el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-04-anesthetic-drastically-brain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.