Ein Forscherteam hat einen "Bewusstseinsmotor" im Gehirn gefunden - eine Region, in der zumindest bei Affen bereits eine kleine Starthilfe sie aus der Anästhesie aufwachen lässt.
Bewusstsein ist ein Rätsel. Wir wissen nicht genau, warum Kreaturen manchmal wach sind und manchmal schlafen oder welche Mechanismen im Gehirn für einen bewussten Zustand am wichtigsten sind. In diesem neuen Artikel haben die Forscher jedoch einige wichtige Hinweise gefunden. Unter Verwendung von Elektroden über das Gehirn von wachen und schlafenden Makaken sowie von Makaken unter verschiedenen Anästhesieformen fand das Team zwei Schlüsselwege im Gehirn der Affen für das Bewusstsein. Die Forscher fanden auch eine bestimmte Gehirnregion, die diese Wege in Gang zu bringen scheint, wie ein Motor, mit dem sie hochspezialisierte Überbrückungskabel verwenden könnten. Diese Region ist als zentraler lateraler Thalamus bekannt.
Das heißt aber nicht, dass sie den Sitz des Bewusstseins im Gehirn gefunden haben.
"Es ist unwahrscheinlich, dass das Bewusstsein spezifisch für einen Ort im Gehirn ist", sagte Michelle Redinbaugh, Doktorandin der Psychologie an der Universität von Wisconsin-Madison und Hauptautorin des Papiers, das am 12. Februar in der Zeitschrift Neuron veröffentlicht wurde.
Frühere Forschungen haben bereits gezeigt, dass das Bewahren des Bewusstseins Aktivitäten umfasst, die über das gesamte Gehirn verteilt sind. Die Arbeit ihres Teams zeigt jedoch, dass der zentrale laterale Thalamus wahrscheinlich eine Schlüsselrolle spielt, sagte sie.
Was "Bewusstsein" bedeutet
Es ist wichtig zu verstehen, dass "Bewusstsein" im Kontext dieser Studie mehr oder weniger bedeutet, wach zu sein.
"Das Wort 'Bewusstsein' hat viele Definitionen", sagte Michael Graziano, ein Neurowissenschaftler an der Princeton University, der nicht an der Studie beteiligt war. "Eine Möglichkeit, über Bewusstsein nachzudenken, besteht aus einer klinischen Perspektive der Wachsamkeit, Erregung und Reaktion auf Reize. In diesem Sinne sind schlafende Menschen nicht bei Bewusstsein und Menschen im Koma auch nicht."
Und es ist nicht ganz klar, warum oder wie Menschen zwischen diesen Staaten hin und her wechseln. Diese Studie stellt eine "elegante Arbeit" zu diesem schwierigen Thema dar, so die Neurowissenschaftlerin der Universität von Minnesota, Sarah Heilbronner, die ebenfalls nicht an der Forschung beteiligt war.
Diese Arbeit konzentriert sich auf eine enge Frage: Was macht Menschen bewusst?
"Es gibt jedoch eine andere Konzeption des Bewusstseins, die viel schwieriger zu studieren ist: die subjektive Erfahrung, die mit einigen Fällen der Informationsverarbeitung im Gehirn einhergeht, die Komponente unseres inneren Lebens, wie es sich anfühlt", sagte Graziano gegenüber Live Science . "Studien wie die vorliegende befassen sich nicht mit dieser Art von Bewusstsein."
Ein Auslöser im Gehirn
Heilbronner sagte, die Affenstudie knüpfe an eine überzeugende frühere Studie an Menschen an.
Im August 2007 veröffentlichten Forscher des Weill Cornell Medical College in New York eine bahnbrechende Studie in der Zeitschrift Nature. Einer ihrer Patienten hatte nach einer traumatischen Hirnverletzung Monate in einem "minimal bewussten Zustand" in einem Krankenhaus verbracht. Der Mann war sich seiner Umgebung größtenteils nicht bewusst, wurde aber manchmal bewusster und aktiver. Sie spekulierten, dass sein Zustand eine "Unteraktivierung" wichtiger Netzwerke in seinem Gehirn beinhalten könnte, und implantierten Elektroden, die seinen zentralen Thalamus stimulierten - und berichteten über signifikante Verbesserungen seines Bewusstseinsniveaus.
In der neuen Affenstudie gingen Redinbaugh und ihr Team viel weiter.
Mithilfe von Elektroden sendeten die Forscher kleine elektrische Impulse in verschiedene Bereiche des Gehirns der Affen, wenn sie schliefen oder unter Verwendung verschiedener Anästhesietypen sediert wurden. Meistens schliefen die Affen. Aber das Senden eines Impulses mit einer bestimmten Frequenz an den zentralen lateralen Thalamus weckte die Affen - selbst aus einer tiefen Anästhesie - und ermöglichte ihnen, die Welt zu erleben.
"Die konvergierenden Beweise aus dem Schlaf und verschiedenen Formen der Anästhesie sind besonders beeindruckend, da wir wissen, dass diese unterschiedliche Wirkmechanismen haben", sagte Heilbronner.
Mit anderen Worten, Sie schlafen nicht aus den gleichen Gründen ein, aus denen Sie unter Narkose das Bewusstsein verlieren, und verschiedene Formen der Narkose wirken auf unterschiedliche Weise.
Aber verschiedene Formen von Anästhesie und Schlaf "konvergieren anscheinend in diesem Kreislauf in ihren Auswirkungen auf das Bewusstsein", sagte Heilbronner.
Die Forscher nahmen aus dem Gehirn der Affen auf, während sie zwischen bewussten und unbewussten Zuständen hin und her gingen, und beschränkten das Bewusstsein auf zwei Hauptbestandteile.
"Das Bewusstsein fiel immer mit zwei aktivierten Pfaden zusammen", sagte Redinbaugh gegenüber Live Science.
Einer dieser kritischen Schaltkreise transportiert sensorische Informationen vom Thalamus zur Großhirnrinde, der Gehirnregion, die viele Formen des komplexen Denkens ausführt. Sowohl dieser Kreislauf als auch ein anderer Weg - einer, der "Rückmeldungen über Vorhersagen, Aufmerksamkeitsprioritäten und Ziele in umgekehrter Richtung enthält" - mussten aktiv sein, damit das Bewusstsein funktioniert, sagte Redinbaugh.
Der zentrale laterale Thalamus, so die Forscher, spielt wahrscheinlich eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung und Aufrechterhaltung dieser beiden Wege. Es scheint als Auslöser zu wirken.
Diese Forschung ist nicht nur aus rein wissenschaftlicher Sicht nützlich, sagte Redinbaugh. Wenn Sie genau herausfinden, wie das Bewusstsein funktioniert, kann dies die Anästhesie verbessern und zu neuen Behandlungen für Menschen mit Bewusstseinsstörungen führen, wie der Mann in der Studie des Weill Cornell Medical College.
Dieser Zusammenhang zwischen der Aktivität im Thalamus und im Kortex sei für die medizinische Behandlung besonders interessant, sagte Heilbronner.
Im Vergleich zum Thalamus "ist die Großhirnrinde auch ein attraktiveres Ziel", sagte sie. Das liegt daran, dass nicht-invasive Behandlungen wie die transkranielle Magnetstimulation die Oberfläche des Kortex erreichen können, aber nicht den Thalamus, der tief im Gehirn direkt über dem Hirnstamm vergraben ist. "Vielleicht könnten wir durch den Bau eines Schaltungsmodells wie dieses beide nichtinvasiv beeinflussen", sagte Heilbronner.
Trotz der Möglichkeiten gibt es Grund, die Ergebnisse noch einmal zu überprüfen, sagte Laura Fernandez, Neurowissenschaftlerin an der Université de Lausanne in der Schweiz.
"Es wird bei zwei Affen gemacht. Sehr wenig Probe", sagte Fernandez zu Live Science. Es wäre "schön, Nagetiere mit einer Probe mit einer höheren Anzahl zu versuchen". Die Forscher sollten auch die Position der im Gehirn platzierten Elektroden überprüfen, um sicherzustellen, dass sie den zentralen lateralen Thalamus und nicht andere nahe gelegene Hirnregionen wirklich aktivieren, fügte Fernandez hinzu.
Sie wies jedoch darauf hin, dass die Ergebnisse gut mit denen einer kürzlich durchgeführten Studie an Nagetieren übereinstimmen. Dieses Papier, das im Juni 2018 in der Zeitschrift //vanilla.tools/livescience/articles/YGExvsCXa4AWnp5ubygZY9Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, deutete darauf hin, dass es irgendwo im Thalamus einen Wachheits- "Schalter" gibt.
