Триггер для сознания? 25-летнего парня вывели из комы, фокусируя ультразвук на небольшом участке в центре мозга

Главный герой фильма «Помни» тоже страдал от повреждения таламуса

Группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе опубликовала отчёт о первом в истории медицины случае выведения пациента из комы неинвазивными методами. Пациента удалось привести в сознание, воздействуя импульсами ультразвука на маленький участок мозга под названием таламус. На третий день после воздействия пациент начал понимать речь и полностью вышел из комы, а на пятый день попытался ходить.

Пока это единичный случай. Возвращение сознания пациенту может быть совпадением или случайностью. Может быть связано с его юным возрастом. Учёные теперь готовят более масштабные клинические испытания прибора.

Если теория получит подтверждение, то экспериментальный ультразвуковой генератор могут одобрить для использования всеми медицинскими учреждениями. Он может вывести из вегетативного состояния и бодрствующей комы десятки тысяч людей. В то же время учёные немного приблизятся к пониманию феномена сознания — фундаментального способа, каким человек соотносится с миром.

Результаты эксперимента могут быть случайностью. Но учёные давно исследуют эту область мозга, и ранее были получены доказательства, что таламус имеет отношение к сознанию.

В 2007 году произвели первую такую операцию с воздействием на таламус. 38-летнему пациенту, который шесть лет находился в бодрствующей коме (минимально сознательное состояние), удалось вернуть частичную функциональность, воздействуя электродами на таламус [1]. Ведущий исследователь, который провёл ту операцию, считает ультразвуковое воздействие перспективным: «Это интригующая и интересная возможность», — сказал доктор Николас Шифф (Nicholas Schiff), нейробиолог из биомедицинского научно-исследовательского центра Weill Cornell Medicine при Корнелльском университете (США).

Таламус — область головного мозга, отвечающая за перераспределение информации от органов чувств, за исключением обоняния, к коре головного мозга. После того как информация о каком-либо ощущении поступила в ядро таламуса, там происходит её первичная обработка. В таламусе есть четыре основных ядра: группа нейронов, перераспределяющая зрительную информацию; ядро, перераспределяющее слуховую информацию; ядро, перераспределяющее тактильную информацию и ядро, перераспределяющее чувство равновесия и баланса. Находится в центральной части мозга.



Лимбическая система

Повреждение таламуса может привести к нарушениям сна, непроизвольному дрожанию рук в сознательном состоянии, а также к антероградной амнезии, когда пациент помнит все события до травмы, но больше ничего не может запомнить. От повреждения таламуса страдал главный герой знаменитого фильма «Помни» (Memento) Кристофера Нолана — один из лучших фильмов в истории кинематографа.

Ясно, что таламус связан с формированием воспоминаний. Но связано ли наличие памяти и воспоминаний с наличием сознания? Возможно, связано напрямую.

В первой истории операции по неинвазивному выведению человека из комы учёные из Калифорнийского университета использовали экспериментальное устройство, похожее на блюдце диаметром 71,5 мм, в пластиковом корпусе, заполненном деионизированной дегазированной водой и запечатанном тонкой полиэтиленовой мембраной, прозрачной для ультразвука. Передатчик фокусирует ультразвуковое излучение на частоте 650 кГц точно в центральной области мозга, где располагается таламус. Конкретно, использовался излучатель BXPulsar 1001 производства компании Brainsonix Inc.



Экспериментальное устройство для ультразвукового стимулирования таламуса. Изображение: Martin M. Monti / Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе

Как выяснилось, метод сфокусированной пульсации ультразвуком низкой интенсивности (low intensity focused ultrasound pulsation (LIFUP)), способен неинвазивно воздействовать на область глубоко внутри мозга, не влияя на соседние отделы. Эта техника была проверена раньше на людях и животных — и великолепно проявила себя с точки зрения безопасности [2][3]. Ранее воздействие LIFUP на таламус лабораторных мышей помог ускорить возвращение функциональности мозга после его повреждения [3]. Те результаты стали основанием для первого эксперимента на человеке.

Для первого в истории клинического эксперимента LIFUP на человеке (NCT02522429 в базе клинических испытаний) был выбран 25-летний пациент, находящийся в коме 14 дней после получения черепно-мозговой травмы в дорожно-транспортном происшествии.

Проведённая компьютерная томография выявила у него бифронтальные ушибы головного мозга и субдуральную гематому (кровоизлияние между твёрдой и паутинной мозговыми оболочками). Во время эксперимента пациенту продолжали вводить те же седативные препараты, что и раньше.

Во время процедуры LIFUP импульсы подавались с повторением 100 Гц (100 раз в секунду), продолжительность каждого импульса 0,5 мс. Всего было выполнено 10 ультразвуковых воздействий дефорсированной пространственно-временной интенсивностью 720 мВт/см², каждое продолжительностью 30 с, с интервалами между ними по 30 с. Процедура контролировалась на мощном томографе 3 Тесла (Magnetom Tim Trio производства Siemens), установленном в научно-исследовательском медицинском центре Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.



Ультразвуковая нейромодуляция устройством BXPulsar производства компании Brainsonix Inc. Фото: Brainsonix Inc.

До проведения процедуры пациент в течение 14 дней демонстрировал устойчивое состояние бодрствующей комы. Через три дня после проведения сеанса пациент продемонстрировал полное понимание речи, устойчивый отклик на команды и устойчивую коммуникацию «да/нет» кивками головы. Врачи диагностировали выход из состояния бодрствующей комы. На пятый день после LIFUP пациент попытался ходить.

Успешный эксперимент по выведению пациентов из комы станет долгожданным спасением для многих людей. Авторы изобретения упоминают, что эта технология поможет снять огромное эмоциональное и финансовое бремя с родственников пациентов, уменьшит нагрузку на медицинскую инфраструктуру и на национальный бюджет. Сейчас пациентов годами поддерживают в состоянии комы, что очень дорого и к тому же поднимает ряд непростых юридических и этических вопросов [4].

Исследование имеет большую практическую пользу, а также даёт пищу для размышлений о природе сознания. Эти дискуссии обострились в последние годы, после того как в научной литературе был описан клинический случай одного очень интересного пациента. Он много лет жил нормальной и здоровой жизнью, даже не подозревая об отсутствии у него 90% мозга. У мужчины измерили интеллект, который оказался ниже среднего: IQ 75, но это не мешало ему работать госслужащим, жениться и завести двоих детей.



Магнитно-резонансная томограмма пациента с практически отсутствующим мозгом, но ведущим нормальную социальную жизнь. Фото: Feuillet et al./The Lancet

До этого случая учёные предполагали, что сознание может быть связано с различными специфическими областями мозга, такими как клауструм (ограда) — тонкая (толщиной около 2 мм) нерегулярная пластинка, состоящая из серого вещества и расположенная под корой больших полушарий головного мозга в глубине белого вещества. Ещё одна группа исследователей из Принстонского университета выдвигала теорию, что сознание связано со зрительной корой. Но анамнез французского пациента поставил под большое сомнение обе эти теории.

Появились даже новые теории, такие как «положение о радикальной пластичности» мозга. Эта теория постулирует: наличие сознания означает, что человек не просто обладает информацией, но ещё и знает о том факте, что он обладает информацией. Мозг непрерывно и бессознательно обучается заново описывать собственную активность самому себе, и эти отчёты «самодиагностики» формируют основу сознательного опыта. Получается, что для наличия сознания критически важно наличие памяти.

Сейчас появились новые свидетельства, что природа сознания связана с работой таламуса и природой памяти.

В конце концов, как говорил главный герой фильма Memento, всем нам нужны воспоминания, чтобы напоминать нам о том, кто мы такие.

Отчёт медиков из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе опубликован 24 августа 2016 года в журнале Journal of Brain Stimulation
(doi:10.1016/j.brs.2016.07.008, pdf).

Литература

<sup>[1] Schiff ND, Giacino JT, Kalmar K, Victor JD, Baker K, Gerber M, Fritz B, Eisenberg B, O’connor J, Kobylarz EJ, Farris S. Behavioural improvements with thalamic stimulation after severe traumatic brain injury. Nature 2007;448(7153):600-3. Вернуться к статье

[2] Yoo SS, Kim H, Min BK, Franck SP. Transcranial focused ultrasound to the thalamus alters anesthesia time in rats. Neuroreport 2011;22(15):783. Вернуться к статье

[3] Bystritsky A, Korb AS, Douglas PK, Cohen MS, Melega WP, Mulgaonkar AP, DeSalles A, Min BK, Yoo SS. A review of low-intensity focused ultrasound pulsation. Brain stimul 2011;4(3):125-36. Вернуться к статье

[4] Monti MM, Sannita WG. Brain Function and Responsiveness in Disorders of Consciousness. Springer International Publishing: Switzerland; 2016. Вернуться к статье</sup>

Источник: geektimes.ru/post/279850/