Lacroix
L’anesthésie générale évoque un double mystère : comment perturbe-t-elle la conscience, y compris la perception sensorielle, et qu’est-ce que cela pourrait dire sur la nature de la conscience. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire du MIT prouve chez les animaux que la conscience dépend d’une communication correctement synchronisée à travers le cortex cérébral et que le propofol, un médicament anesthésique, annule le traitement sensoriel en le coupant.
Dans le Journal of Cognitive Neuroscience, les chercheurs rapportent des preuves claires que chez les animaux anesthésiés, les sons et les sensations tactiles produisaient toujours une activité neuronale dans une zone du cortex qui reçoit les informations sensorielles entrantes. Mais tout aussi clairement, les mesures des pics neuronaux et de l’activité oscillatoire plus large ont montré que ces signaux ne parvenaient pas à se propager à trois autres régions corticales ayant un niveau de traitement et des responsabilités cognitives plus élevés, comme on le voit pendant l’éveil normal.
“Cette étude montre que le cortex n’est pas sur la même longueur d’onde”, a déclaré l’auteur correspondant de l’étude, Earl K. Miller, professeur Picower au Département des sciences du cerveau et des sciences cognitives du MIT. “L’information parvient jusqu’au cortex. Elle est enregistrée dans les zones sensorielles primaires. Elle n’atteint tout simplement pas le reste du cortex. À cause de l’anesthésie, elle ne fait qu’une partie du chemin.”
L’importance de cela, a déclaré le co-auteur principal Emery N. Brown, professeur Edward Hood Taplin de génie médical et de neurosciences computationnelles, est que « l’étude suggère que la conscience nécessite une coordination des activités entre les régions corticales. c’est insuffisant.”
L’auteur principal de l’étude, John Tauber, qui a récemment obtenu son doctorat. au MIT dans le laboratoire de Brown, a déclaré que l’étude pourrait contribuer aux efforts visant à améliorer les soins d’anesthésiologie. Brown est anesthésiste au Massachusetts General Hospital ainsi que professeur de sciences du cerveau et des sciences cognitives au MIT, membre de l’Institute for Medical Engineering and Science et membre du corps professoral de la Harvard Medical School.
“Nous espérons que notre article souligne davantage l’importance de surveiller activement ce qui se passe dans le cerveau pendant l’anesthésie”, a déclaré Tauber. “Des études futures dans cette direction nous aideront à développer des indicateurs clairs permettant de savoir si un patient traite encore des informations sensorielles. Cela permettrait aux anesthésiologistes d’ajuster le dosage du médicament et d’empêcher la prise de conscience peropératoire.”
Traitement sensoriel bloqué
Pour mener l’étude, l’équipe a travaillé avec deux sujets animaux pour mesurer l’activité cérébrale – à la fois la « pointe » électrique des neurones individuels et leur activité rythmique collective – via des réseaux d’électrodes placés dans quatre zones du cortex avant et après qu’ils aient subi du propofol. anesthésie générale. Les chercheurs ont sélectionné les zones du cortex pour représenter son continuum hiérarchique de fonctions depuis la sensation initiale (le gyrus temporal supérieur, ou STG) jusqu’à des niveaux de cognition de plus en plus élevés (le cortex pariétal postérieur, ou PPC ; région 8A ; et le cortex préfrontal, ou PFC).
Durant les deux états de conscience, les animaux ont subi des stimulations spécifiques : deux tonalités audio, dont une seule et une autre associée à un souffle d’air sur le visage. À l’état d’éveil, une telle stimulation produit une augmentation de l’activité de fréquence alpha/bêta de toutes les zones corticales. STG a également montré une forte augmentation des oscillations à haute fréquence. La réponse a radicalement changé sous anesthésie. Alors que la réponse en fréquence alpha et bêta était diminuée dans STG, elle a pratiquement disparu dans toutes les régions corticales supérieures.
“Nous nous attendions à une perte plus progressive des réponses et des informations”, a déclaré Tauber. “La baisse des réponses pendant l’anesthésie du cortex auditif (STG) au cortex associatif (PPC) était frappante.”
Parallèlement à la diminution de l’activité, les chercheurs ont mesuré une diminution des informations sensorielles détectables dans le cerveau à mesure qu’ils progressaient dans la hiérarchie corticale. Le logiciel « Décodeur » a trouvé des informations sensorielles dans toutes les zones du cortex pendant l’état d’éveil, mais pendant l’inconscience, de moins en moins d’informations pouvaient être trouvées à mesure que les chercheurs regardaient vers le haut du cortex.
Un cortex incohérent
Lorsque les chercheurs ont ensuite mesuré la synchronisation de l’activité entre les régions du cerveau, ils ont constaté qu’elle aussi se dégradait sous anesthésie. Lorsque les animaux étaient éveillés, ils présentaient un fort degré de synchronisation dans l’activité d’oscillation alpha/bêta, mais lorsqu’ils étaient inconscients, “il y avait peu ou pas de synchronisation induite par le stimulus pour aucune des paires de zones corticales”, ont rapporté les chercheurs.
Une caractéristique du cerveau anesthésié au propofol est que l’activité d’oscillation neuronale prend des états distincts « vers le haut » et « bas » d’activité plus ou moins grande au fil du temps. Pour tester si les informations sensorielles sont coupées pendant les deux états ou uniquement pendant les états de sommeil, les chercheurs ont développé une analyse statistique. Ils ont constaté que même si tous les pics neuronaux étaient effectivement faibles pendant les états de baisse, même pendant les états de hausse lorsque les signaux sensoriels étaient mesurables en STG, ils ne parvenaient toujours pas à dépasser cette région.
“Nous nous attendions à ce que les réponses dans les zones corticales supérieures soient au moins perturbées pendant les états up, mais il était un peu surprenant de constater que les réponses disparaissaient presque entièrement”, a déclaré Tauber. “L’activité neuronale pendant les états d’éveil est fonctionnellement très différente de celle de l’état d’éveil, mais nous pensons que nous n’avons fait qu’effleurer la surface en comprenant les différences entre les deux.”
En résumé, les preuves de la nouvelle étude montrent que l’inconscience ne résulte pas d’un arrêt complet du cortex, mais plutôt d’une suppression de la communication au sein de celui-ci, a déclaré Miller.
Une prochaine question clé à laquelle il faudra répondre est de savoir comment le propofol applique cette suppression.
“Qu’est-ce qui, dans ces dynamiques changeantes, bloque le flux d’informations à travers le cortex ?” » demande Miller. “Quel est le vent contraire qui repousse ces informations sensorielles et les maintient dans le cortex sensoriel ?”
Tauber a ajouté que l’équipe n’a examiné le traitement sensoriel que lorsqu’elle était certaine que les animaux étaient totalement inconscients. Il pourrait être instructif, dit-il, d’étudier comment le traitement sensoriel change pendant la transition de l’éveil à cet état totalement inconscient.
Outre Tauber, Miller et Brown, les autres auteurs du journal sont Scott Brincat, Emily Stephen, Jacob Donoghue et Leo Kozachkov.
Les National Institutes of Health, l’Office of Naval Research, la Fondation JPB et le Picower Institute for Learning and Memory ont financé la recherche.
