La anestesia no apaga simplemente el cerebro, sino que cambia sus ritmos

Los datos de la investigación muestran fuertes aumentos en la sincronía solo en frecuencias muy lentas (color rojo intenso) entre el tálamo y cuatro regiones corticales. Crédito: Miller/Brown labs Instituto Picower del MIT

En una mirada excepcionalmente profunda y detallada de cómo el anestésico de uso común propofol causa inconsciencia, una colaboración de los laboratorios del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT muestra que a medida que el fármaco se afianza en el cerebro, una amplia franja de regiones se coordinan mediante ritmos muy lentos que mantienen un ritmo de actividad neuronal proporcionalmente lánguido. La estimulación eléctrica de una región más profunda, el tálamo, restablece la sincronía de los ritmos y niveles de actividad normales de mayor frecuencia del cerebro, despertando al cerebro y restaurando la excitación.

«Existe una psicología popular o una suposición tácita de que lo que hace la anestesia es simplemente ‘apagar’ el cerebro», dijo Earl Miller, profesor de neurociencia de Picower y coautor principal del estudio en eLife. «Lo que mostramos es que el propofol cambia y controla drásticamente la dinámica de los ritmos del cerebro».

Las funciones conscientes, como la percepción y la cognición, dependen de la comunicación cerebral coordinada, en particular entre el tálamo y la superficie del cerebro. regiones, o corteza, en una variedad de bandas de frecuencia que van desde 4 a 100 Hz. El estudio muestra que el propofol parece reducir la coordinación entre el tálamo y las regiones corticales a frecuencias de alrededor de 1 Hz.

El laboratorio de Miller, dirigido por el postdoctorado Andre Bastos y el exestudiante graduado Jacob Donoghue, colaboró con el de el coautor principal Emery N. Brown, profesor Edward Hood Taplin de Ingeniería Médica y Neurociencia Computacional y anestesiólogo en el Hospital General de Massachusetts. Por lo tanto, la colaboración unificó poderosamente la experiencia del laboratorio de Miller sobre cómo los ritmos neuronales coordinan la corteza para producir una función cerebral consciente con la experiencia del laboratorio de Brown en la neurociencia de la anestesia y el análisis estadístico de las señales neuronales.

Brown dijo que los estudios que muestran cómo los anestésicos cambian los ritmos cerebrales puede mejorar directamente la seguridad del paciente porque estos ritmos son fácilmente visibles en el EEG en la sala de operaciones. El hallazgo principal del estudio de una firma de ritmos muy lentos en la corteza ofrece un modelo para medir directamente cuándo los sujetos han entrado en la inconsciencia después de la administración de propofol, qué tan profundamente se mantienen en ese estado y qué tan rápido pueden despertarse una vez que finaliza la dosis de propofol. .

«Los anestesiólogos pueden usar esto como una forma de cuidar mejor a los pacientes», dijo Brown.

Brown ha estudiado durante mucho tiempo cómo se ven afectados los ritmos cerebrales en humanos bajo anestesia general al hacer y analizar mediciones de ritmos utilizando electrodos de EEG en el cuero cabelludo y, hasta cierto punto, electrodos corticales en pacientes con epilepsia. Debido a que el nuevo estudio se realizó en modelos animales de esas dinámicas, el equipo pudo implantar electrodos que podían medir directamente la actividad o «picos» de muchas neuronas y ritmos individuales en la corteza y el tálamo. Brown dijo que los resultados, por lo tanto, profundizan y amplían significativamente sus hallazgos en las personas.

Por ejemplo, las mismas neuronas que midieron parloteando con picos de voltaje de 7 a 10 veces por segundo durante la vigilia se activaron de manera rutinaria solo una vez por segundo. o menos durante la inconsciencia inducida por propofol, una ralentización notable llamada «estado deprimido». En total, los científicos realizaron mediciones simultáneas detalladas de ritmos y picos en cinco regiones: dos en la parte frontal de la corteza, dos en la parte posterior y el tálamo.

«Lo que es tan convincente es que estamos obteniendo datos hasta el nivel de los picos», dijo Brown. «Las oscilaciones lentas modulan la actividad de picos en gran parte de la corteza».

Aunque el estudio explica cómo el propofol genera la inconsciencia, también ayuda a explicar la experiencia unificada de la conciencia, dijo Miller.

p>

«Toda la corteza tiene que estar en la misma página para producir conciencia», dijo Miller. «Una teoría sobre cómo funciona esto es a través de bucles tálamo-corticales que permiten que la corteza se sincronice. El propofol puede estar interrumpiendo el funcionamiento normal de esos bucles al hipersincronizarlos en estados de inactividad prolongados. Interrumpe la capacidad de comunicación de la corteza».

Por ejemplo, al realizar mediciones en distintas capas de la corteza, el equipo descubrió que los ritmos «gamma» de mayor frecuencia, que normalmente se asocian con nueva información sensorial como imágenes y sonidos, se redujeron especialmente en las capas superficiales. . Las ondas «alfa» y «beta» de baja frecuencia, que Miller ha demostrado que tienden a regular el procesamiento de la información transportada por los ritmos gamma, se redujeron especialmente en las capas más profundas.

Además de la sincronía predominante a muy frecuencias lentas, el equipo notó otras señales de inconsciencia en los datos. Como Brown y otros han observado antes en humanos, la potencia de los ritmos alfa y beta era notablemente más alta en las regiones posteriores de la corteza durante la vigilia, pero después de la pérdida de la conciencia, la potencia en esos ritmos cambió a ser mucho más alta en las regiones anteriores.

El equipo demostró además que estimular el tálamo con un pulso de corriente de alta frecuencia (180 Hz) anuló los efectos del propofol.

«La estimulación produjo un estado cortical similar al despierto al aumentar las tasas de picos y disminuir la potencia de baja frecuencia ”, escribieron los autores en el estudio. «En todas las áreas, hubo un aumento significativo en el pico durante el intervalo de estimulación en comparación con la línea de base previa a la estimulación».

Explore más

A medida que la información fluye a través de la jerarquía del cerebro, las regiones superiores utilizan ondas de mayor frecuencia. estimulación, eLife (2021). DOI: 10.7554/eLife.60824 Información del diario: eLife

Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: La anestesia no solo apaga el cerebro, sino que cambia su Rhythms (27 de abril de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-anesthesia-doesnt-simply-brain-rhythms.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.