Een team van onderzoekers heeft een 'motor van het bewustzijn' in de hersenen gevonden - een regio waar, althans bij apen, ze zelfs door een klein sprongetje wakker zullen worden uit de verdoving.
Bewustzijn is een mysterie. We weten niet zeker waarom wezens soms wakker zijn en soms slapen, of welke mechanismen in de hersenen het belangrijkst zijn voor een bewuste toestand. In dit nieuwe artikel brachten onderzoekers echter enkele belangrijke aanwijzingen naar voren. Met behulp van elektroden in de hersenen van wakker en slapende makaken, evenals makaken onder verschillende vormen van anesthesie, vond het team twee belangrijke paden in de hersenen van de aap voor bewustzijn. De onderzoekers vonden ook een specifiek hersengebied dat die paden lijkt op gang te brengen, zoals een motor die ze zouden kunnen gaan gebruiken met een aantal zeer gespecialiseerde springkabels. Dat gebied staat bekend als de centrale laterale thalamus.
Maar dat betekent niet dat ze de zetel van het bewustzijn in de hersenen hebben gevonden.
"Het is onwaarschijnlijk dat bewustzijn specifiek is voor één locatie in de hersenen", zegt Michelle Redinbaugh, een afgestudeerde psychologiestudent aan de Universiteit van Wisconsin-Madison en hoofdauteur van de paper, gepubliceerd op 12 februari in het tijdschrift Neuron.
Uit eerder onderzoek is al gebleken dat bewust blijven gepaard gaat met activiteiten die zich over het hele brein verspreiden, maar het werk van haar team toont aan dat de centrale laterale thalamus waarschijnlijk een sleutelrol speelt, zei ze.
Wat "bewustzijn" betekent
Het is belangrijk om te begrijpen dat, in de context van deze studie, 'bewustzijn' min of meer verwijst naar wakker zijn.
'Het woord' bewustzijn 'heeft veel definities', zegt Michael Graziano, een neurowetenschapper aan de Princeton University die niet bij het onderzoek betrokken was. 'Een manier om over bewustzijn na te denken is vanuit een klinisch perspectief van waken, opwinding en reactievermogen op prikkels. In die zin zijn slapende mensen niet bij bewustzijn, en mensen in coma ook niet.'
En het is niet helemaal duidelijk waarom of hoe mensen heen en weer schakelen tussen die staten. Deze studie vertegenwoordigt "elegant werk" over dat moeilijke onderwerp, volgens Sarah Heilbronner, neurowetenschapper van de Universiteit van Minnesota, die ook niet betrokken was bij het onderzoek.
Dat werk is gericht op een enge vraag: wat maakt mensen bewust?
"Er is echter een andere opvatting van bewustzijn die veel moeilijker te bestuderen is: de subjectieve ervaring die gepaard gaat met sommige gevallen van informatieverwerking in de hersenen, het 'hoe het voelt' onderdeel van ons innerlijke leven", vertelde Graziano aan WordsSideKick.com . 'Studies zoals de huidige behandelen dit type bewustzijn niet.'
Een trigger in de hersenen
Heilbronner zei dat de apenstudie een vervolg is op een overtuigende eerdere studie met mensen.
In augustus 2007 publiceerden onderzoekers van Weill Cornell Medical College in New York City een baanbrekende studie in het tijdschrift Nature. Een van hun patiënten had na een traumatisch hersenletsel maanden in een "minimaal bewuste toestand" in het ziekenhuis gelegen. De man was zich meestal niet bewust van zijn omgeving, maar werd soms bewuster en actiever. Ze speculeerden dat zijn toestand een of andere 'onderactivering' van belangrijke netwerken in zijn hersenen met zich meebracht, ze implanteerden elektroden die zijn centrale thalamus stimuleerden - en rapporteerden significante verbeteringen in zijn bewustzijnsniveau.
In de nieuwe apenstudie gingen Redinbaugh en haar team veel verder.
Met behulp van elektroden stuurden de onderzoekers kleine elektrische impulsen naar verschillende delen van de hersenen van de apen wanneer ze sliepen of verdoofd met behulp van verschillende soorten anesthesie. Meestal sliepen de apen. Maar door een impuls met een specifieke frequentie naar de centrale laterale thalamus te sturen, werden de apen - zelfs door diepe anesthesie - wakker en konden ze de wereld ervaren.
"Het convergerende bewijs van slaap en meerdere vormen van anesthesie is bijzonder indrukwekkend, omdat we weten dat deze verschillende werkingsmechanismen hebben," zei Heilbronner.
Met andere woorden, u valt niet in slaap om dezelfde redenen dat u onder anesthesie het bewustzijn verliest en verschillende vormen van anesthesie werken op verschillende manieren.
Maar verschillende vormen van anesthesie en slaap 'komen blijkbaar samen in dit circuit in hun effecten op het bewustzijn', zei Heilbronner.
Opnames uit de hersenen van de apen terwijl ze heen en weer gingen tussen bewuste en onbewuste staten, beperkten de onderzoekers het bewustzijn tot twee belangrijke ingrediënten.
'Bewustzijn viel altijd samen met twee geactiveerde paden', vertelde Redinbaugh aan WordsSideKick.com.
Een van deze kritieke circuits vervoert sensorische informatie van de thalamus naar de hersenschors, het hersengebied dat vele vormen van complex denken uitvoert. Zowel dat circuit als een ander pad - een pad dat 'feedback geeft over voorspellingen, aandachtsprioriteiten en doelen in de omgekeerde richting' - moest actief zijn om het bewustzijn te laten functioneren, zei Redinbaugh.
De centrale laterale thalamus, concludeerden de onderzoekers, speelt waarschijnlijk een sleutelrol bij het activeren en onderhouden van die twee routes. Het lijkt een trigger te zijn.
Dit onderzoek is niet alleen nuttig vanuit een puur wetenschappelijk perspectief, zei Redinbaugh. Uitzoeken hoe bewustzijn precies werkt, kan de anesthesie helpen verbeteren en leiden tot nieuwe behandelingen voor mensen met bewustzijnsstoornissen, zoals de man in de studie van Weill Cornell Medical College.
Die link tussen de activiteit in de thalamus en de cortex is vooral interessant voor medische behandeling, zei Heilbronner.
Vergeleken met de thalamus "is de hersenschors ook een aantrekkelijker doelwit", zei ze. Dat komt omdat niet-invasieve behandelingen, zoals transcraniële magnetische stimulatie, het oppervlak van de cortex kunnen bereiken, maar ze kunnen de thalamus niet bereiken, die diep in de hersenen is begraven, net boven de hersenstam. "Misschien door een circuitmodel als dit te bouwen, zouden we ze allebei niet-invasief kunnen beïnvloeden", zei Heilbronner.
Ondanks de mogelijkheden is er reden om de bevindingen nogmaals te controleren, zei Laura Fernandez, neurowetenschapper aan de Université de Lausanne in Zwitserland.
'Het is gedaan in twee apen. Heel weinig monsters', vertelde Fernandez aan WordsSideKick.com. Het zou leuk zijn om knaagdieren te proberen met een hoger aantal monsters. Onderzoekers moeten ook de locatie van de elektroden in de hersenen dubbel controleren om er zeker van te zijn dat ze de centrale laterale thalamus echt activeerden en niet andere nabijgelegen hersengebieden, voegde Fernandez eraan toe.
Toch, merkte ze op, passen de resultaten netjes bij die van een recent onderzoek bij knaagdieren; dat artikel, gepubliceerd in juni 2018 in het tijdschrift //vanilla.tools/livescience/articles/YGExvsCXa4AWnp5ubygZY9Nature Neuroscience, suggereerde dat er ergens in de thalamus een waakzaamheidsschakelaar is.
