麻药是怎么让人失去意识的？异丙酚破坏大脑的稳定性/兴奋性平衡，导致无意识

麻醉师可以使用许多药物来诱导患者失去意识，但这些药物究竟是如何导致大脑失去意识的一直是一个长期存在的问题。每天都有大量的人接受全身麻醉手术。异丙酚是一种常用的麻醉药，其药理作用和神经生理反应已经很清楚，但它是如何使人失去意识，直到最近才被美国麻省理工的研究人员揭开其中的机制。麻省理工学院的神经科学家开发了一种量化复杂系统中群体水平动态稳定性变化的方法：延迟线性分析稳定性评估(DeLASE，delayed linear analysis for stability estimation)，利用这种新技术来分析非人类灵长类动物猕猴的神经元活动，发现异丙酚是通过破坏大脑在稳定性和兴奋性之间的正常平衡来诱导无意识。这种药物会导致大脑活动变得越来越不稳定，直到大脑失去意识。研究人员在《Neuron》期刊上发表了这一成果。这项新发现可以帮助研究人员开发出更好的工具来监测接受全身麻醉的患者，也可能适用于帮助监测精神和情绪障碍的治疗。

大脑的动态稳定性

异丙酚与大脑中的GABA受体结合，抑制含有这些受体的神经元。其他麻醉药物作用于不同类型的受体。但是，虽然异丙酚的药理作用和神经生理反应已经得到了很好的认识，但异丙酚和其他麻醉剂导致无意识的机制还没有得到很好的理解。

长期以来，稳定性一直被认为是大脑功能的关键，但正常的神经活动是通过动态轨迹不断发展的。因此，稳定性，意识，需要从动态稳定性的角度来理解。动态稳定性是对动态系统稳健性的度量——系统需要能够从干扰(例如，干扰，活动的随机波动)中恢复到正常状态。“大脑必须在兴奋和混乱之间的狭窄刀刃上运作，它必须足够兴奋才能让神经元相互影响、响应新的输入，以产生广泛的活动和信息整合。但如果过于兴奋，它就会陷入混乱，它们也需要可控和稳定，能够迅速恢复控制，防止过度兴奋。”

先前关于麻醉药物如何影响这种平衡的研究报告了相互矛盾的结果。一些人认为，在麻醉过程中，大脑会变得过于稳定和无反应，从而导致意识丧失。另外一些人发现，大脑变得过于兴奋，导致混乱状态，最终导致无意识。“ 这些相互矛盾的结果的部分原因是很难准确地测量大脑的动态稳定性。“这可能是由于缺乏高密度皮质内电生理学研究，因此无法应用足够丰富的动态工具来评估稳定性。”

Miller, Fiete和同事们则通过动态稳定性的视角来分析麻醉无意识，假设麻醉破坏了动态稳定性——大脑平衡兴奋性与稳定和可控需求的能力。亦即：假设异丙酚会干扰动态稳定的大脑状态，破坏了使大脑保持在狭窄工作范围内稳定的机制。

测量意识丧失时的动态稳定性将有助于研究人员确定无意识是由于稳定性过高还是过低造成的。在他们最新报告的研究中，研究人员分析了在一小时内接受异丙酚治疗的动物大脑中的电记录，在此期间，它们逐渐失去意识。这些录音是在大脑的四个区域进行的，这些区域涉及视觉、声音处理、空间意识和执行功能。“……我们使用了来自两个非人类灵长类动物(NHPs，特别是成年恒河猴)的多个大脑区域的数百个电极的局部场电位(LFP)记录数据集，因为它们因异丙酚麻醉而失去和恢复了意识……电极被放置在四个区域:腹外侧前额叶皮层、额叶视野、后顶叶皮层和听觉皮层。”

这些记录只覆盖了大脑整体活动的一小部分，因此为了克服这一点，研究人员使用了一种称为延迟嵌入的技术。这项技术允许研究人员从有限的测量中通过增加以前记录的测量来表征动力系统。他们引入了一种新的方法——延迟线性分析稳定性评估(DeLASE)。DeLASE直接量化神经数据稳定性的变化。

研究人员能够验证他们的方法，并应用该技术来量化大脑对感官输入(如声音)或神经活动自发扰动的反应。然后，他们通过分析两种非人类灵长类动物的多电极活动记录，用他们的方法来确定异丙酚麻醉对神经动力学稳定性的影响。他们发现，在正常的清醒状态下，神经活动在任何输入后都会达到峰值，然后回到基线活动水平。然而，一旦开始服用异丙酚，在这些输入后，大脑开始需要更长的时间才能恢复到基线，保持在过度兴奋的状态。这种影响越来越明显，直到动物失去知觉。研究小组认为，结果表明，异丙酚对神经元活动的抑制会导致不稳定加剧，从而导致大脑失去意识。

为了看看他们是否能在计算模型中复制这种效果，研究人员创建了一个简单的神经网络。当他们增加对网络中某些节点的抑制时，就像异丙酚在大脑中的作用一样，网络活动变得不稳定，类似于研究人员在接受异丙酚的动物大脑中看到的不稳定活动。“我们观察了一个相互连接的神经元的简单电路模型，当我们发现其中的抑制作用时，我们看到了一种不稳定。”“所以，我们设想，抑制的增加会产生不稳定，随后会导致意识丧失。”正如Fiete所解释的那样，“这种矛盾的效应，即增强抑制使网络不稳定，而不是使其沉默或稳定，是因为去抑制而发生的。”当异丙酚增强抑制驱动时，这种驱动会抑制其他抑制性神经元，结果是大脑活动的整体增加。”

研究人员怀疑，其他作用于不同类型的神经元和受体的麻醉药物可能通过不同的机制产生相同的效果——他们现在正在探索这种可能性。如果这被证明是真的，它可能有助于研究人员正在努力开发更精确地控制患者正在经历的麻醉水平的方法。他们正在与麻省理工学院爱德华·胡德·塔普林医学工程教授Brown博士合作开发这些系统，通过测量大脑的动态，然后实时调整药物剂量来工作。

Miller说:“如果你在不同的麻醉剂中发现了共同的机制，你可以通过调整几个按钮使它们更安全，而不是一次为所有不同的麻醉剂制定安全协议。”“你不希望他们在手术室里使用的每种麻醉剂都有不同的系统。你想要一个万能的。”

研究人员还计划将他们的技术用于测量其他大脑状态的动态稳定性，包括神经精神疾病。他们说，神经稳定性和精神疾病之间假设的深层联系表明，测量稳定性的变化可能是监测治疗效果的一种极好的方法。“抑郁、焦虑、物质使用障碍和精神分裂症等疾病都可以被描述为相对于神经正常状态具有扭曲的思维模式，这种扭曲被认为是由稳定性景观的变化引起的……随着时间的推移，追踪患有这些疾病的个体神经动力学稳定性的变化可以帮助制定治疗过程。”科学家指出，这也有助于揭示诸如迷幻药和冥想等干预措施的机制，这些干预措施被认为会破坏过度稳定的动态。

团队进一步指出，将他们的方法应用于追踪神经动力学稳定性变化的潜力，有望作为监测精神和情绪障碍治疗的一部分。Fiete补充说:“这种方法非常强大，我认为将其应用于不同的大脑状态、不同类型的麻醉剂，以及其他神经精神疾病，如抑郁症和精神分裂症，将是非常令人兴奋的。”该