Небольшой контур из клеток человека воспроизводит волны анестезии

Общая анестезия позволяет проводить операции, однако связать действие препарата на отдельные клетки с электрическими волнами в мозге под анестезией по-прежнему трудно. Дэниел Токер, Ранмал Самарасингхе и их коллеги из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) обнаружили такую связь в выращенной в лаборатории человеческой модели: после воздействия пропофола, анестетика, отдельные нервные клетки стали посылать сигналы реже, тогда как активность всего контура начала колебаться в виде медленных синхронных волн. Исследование опубликовано в British Journal of Anaesthesia; 1 октября Тиаре Данлап рассказала о его результатах в UCLA Newsroom.

Учёные создали небольшие трёхмерные контуры — ассемблоиды: объединённые участки ткани, полученные из взрослых клеток, которые перепрограммировали в состояние, подобное стволовым клеткам. Они соединили модели областей, образующих возбуждающие нейроны, которые передают сигналы дальше, и тормозные нейроны, которые ослабляют сигналы, а также вспомогательные глиальные клетки. Такие контуры позволяют одновременно наблюдать за активностью отдельных клеток и общим ритмом. Это упрощённые модели развивающейся ткани, а не полноценный мозг.

Исследователи обработали эти контуры пропофолом — препаратом для введения в общую анестезию — и записали их электрическую активность. Хотя каждый нейрон стал менее активным, многие начали менять свою активность согласованно, создавая широкие медленные волны, похожие на те, что видны в электрических записях у пациентов под анестезией. Именно согласованность, а не учащение сигналов отдельных клеток, объясняет, почему общий сигнал может усиливаться, когда клетки становятся менее активными.

Два контрольных опыта помогают уточнить механизм. Более простые модели без тормозных нейронов не создавали характерного рисунка активности. Когда исследователи блокировали клеточные рецепторы, на которые действует пропофол, эта реакция также исчезала. В ассемблоидах нет таламуса — глубинной структуры мозга, обменивающейся сигналами с корой, наружным слоем мозга. Поэтому опыт показывает, что минимального коркового контура может быть достаточно для возникновения такого электрического рисунка в лаборатории. Он не показывает, что таламус не участвует в анестезии у людей.

Результат даёт управляемую модель для изучения того, какие клетки и сигналы порождают ритмы, связанные с анестезией. Данные подтверждают воспроизведение электрического признака и роль тормозных нейронов в этой модели; они не доказывают наличие сознания у ткани и сами по себе не объясняют утрату сознания у человека. Сравнения с другими анестетиками и записями пациентов помогут определить, насколько широко применим этот механизм.