Mitä aivoissamme tapahtuu, kun tietoisuutemme ympäröivästä maailmasta ja itsestämme katoaa yleisanestesian ja luonnollisen unen aikana? Turkulaistutkijat etsivät vastausta tähän kysymykseen uudenlaisella koejärjestelyllä ja toiminnallisella aivokuvantamisella. He onnistuivat erottamaan erityisesti tietoisuuteen liittyvät muutokset anestesian ja unen muista laajemmista vaikutuksista, joita on usein virheellisesti pidetty tietoisuuden hermostollisina vastineina. Yleisanestesian ja unen vaikutukset aivojen aktiivisuuteen osoittautuivat hämmästyttävän samanlaisiksi. Nämä uudet tulokset viittaavat ihmisen tietoisuuden kannalta keskeisen aivojen ydinverkoston olemassaoloon.
Ihmisen tietoisuuden biologisen perustan selvittäminen on yksi tieteen suurimmista haasteista. Vaikka nukutusaineiden ja luonnollisen unen aiheuttamia tajunnanmuutoksia on käytetty apuna ihmisen tietoisuuden tutkimisessa, monet kokeelliset yksinkertaistukset ovat vaikeuttaneet aikaisempien tutkimustulosten tulkintaa.
– On ollut haastavaa suunnitella koe, jossa vertailtavat tilat eroaisivat toisistaan ainoastaan tajunnan suhteen. Uusi tutkimuksemme ratkaisee monia aikaisempia ongelmia ja paljastaa ensimmäistä kertaa ns. kytketyn tietoisuuden taustalla olevat aivomekanismit, kertoo farmakologian dosentti, nukutuslääkäri ja tutkimuksen päätutkija Harry Scheinin.
Uusi innovatiivinen koejärjestely
Aivojen aktiivisuutta mitattiin kuvantamalla positroniemissiotomografialla (PET) eri tajunnantiloja kahdessa erillisessä kokeessa, jotka tehtiin samoilla terveillä ja vapaaehtoisilla tutkimushenkilöllä. Mittaukset tehtiin hereillä ollessa ja sitten kahden anestesia-aineen lisääntyvän annostuksen aikana. Toisessa kokeessa tutkimushenkilöitä kuvannettiin pitkän valvomisen jälkeisessä väsyneessä tilassa sekä ns. perusunen (non-REM-unen) aikana nukahtamisen jälkeen.
Ensimmäisessä kokeessa tutkimushenkilöt satunnaistettiin saamaan joko propofolia tai deksmedetomidiinia (nukutuslääkkeitä, joilla on erilaiset vaikutusmekanismit) lisääntyvin annoksin, kunnes he eivät enää reagoineet. Unitutkimuksessa heidän annettiin nukahtaa spontaanisti. Molemmissa tutkimuksissa tutkimushenkilöt herätettiin, ja välittömästi sen jälkeen tehtiin yksityiskohtainen haastattelu mahdollisista subjektiivisista kokemuksista edeltävän reagoimattomuusjakson aikana. Irtikytkeytyneeksi tietoisuuden tilaksi luokiteltiin reagoimattomat anestesiatilat ja non-REM-univaiheet, joiden jälkeisissä raporteissa ei ollut viitteitä tutkimushenkilön yhteydestä ulkomaail-maan. Nukutusainekokeessa oli erityisen oleellista, että lääkkeiden annostusta ei muutettu tutkittavien käyttäytymistilan muuttuessa.
– Tämä ainutlaatuinen koejärjestely oli tutkimuksemme ns. kuningasajatus ja mahdollisti erityisesti tietoisuuteen liittyvien vaikutusten erottamisen nukutuslääkkeiden kokonaisvaikutuksista, kertoo Annalotta Scheinin, nukutuslääkäri, tohtorikoulutettava ja julkaisun ensimmäinen kirjoittaja.
Uusi tietoisuuteen liittyvä aivoverkosto löytyi
Kun tutkijat vertasivat reagoivien ja ulkomaailmaan kytkeytyneiden aivojen PET-kuvia reagoimattomiin ja irtikytkeytyneisiin, he havaitsivat, että talamuksen, pihtipoimujen ja kulmapoimujen aktiivisuudet erosivat riippumatta käytetystä nukutusaineesta, lääkepitoisuudesta ja tietoisuuden muutoksen suunnasta (ks. kuva). Hämmästyttävän samanlaiset muutokset nähtiin, kun luonnollista unta verrattiin tajunnantilaan juuri ennen nukahtamista. Aktiivisuusmuutokset olivat paljon laajempia, kun irtikytkeytyneitä tiloja verrattiin normaaliin valvetilaan. Tajuntaan liittyvät löydökset olivat siten erilliset ja erotettavissa nukutuslääkkeiden tai luonnollisen unen kokonaisvaikutuksista, joihin liittyi aivojen aktiivisuuden aleneminen laajoilla alueilla aivokuorta.
Nämä havainnot paljastavat ihmisen tietoisuuden kannalta keskeisen aivojen ydinverkoston olemassaolon.
– Yleisanestesia näyttää muistuttavan normaalia unta enemmän kuin on perinteisesti ajateltu. Tällainen tulkinta on kuitenkin hyvin sopusoinnussa omien aikaisempien aivosähkökäyrämittauksiin perustuvien tutkimustulostemme kanssa, kertoo Harry Scheinin.
Subjektiiviset kokemukset ovat yleisiä yleisanestesian aikana
Mielenkiintoinen havainto oli, että reagoimattomuus merkitsi harvoin täydellistä tiedottomuutta eli kaikkien subjektiivisten kokemusten puuttumista. Useimmat osallistujat raportoivat haastatteluissa sisäsyntyisistä kokemuksista, jotka tyypillisesti olivat unia. Tämä ei sinänsä ole täysin uusi havainto, koska myös potilaat melko usein kertovat nähneensä unia herättyään yleisanestesiasta leikkauksen jälkeen.
– Koska herätysten ja haastattelujen välinen viive oli lyhyt, uudet tulokset lisäävät kuitenkin merkittävästi ymmärrystämme anestesiatilan luonteesta. Yleisen uskomuksen vastaisesti onnistunut yleisanestesia ei siis edellytä täydellistä tajunnan menetystä. Riittää, että irrotamme potilaan kokemukset siitä mitä ulkomaailmassa eli leikkaussalissa tapahtuu, Annalotta Scheinin kertoo.
Tulokset valaisevat ihmisen tietoisuuden hermostollista perustaa ja tuovat uutta tietoa aivotoiminnoista hereillä olon ja täydellisen tiedottomuuden välimaastossa. Tutkimus voi myös haastaa nykykäsityksemme yleisanestesian olemuksesta.
Tutkimus tehtiin valtakunnallisessa PET-keskuksessa, joka on Turun yliopiston, Åbo Akademin ja TYKS:n yhteinen tutkimuslaitos, anestesiamekanismeja tutkivan Harry Scheininin ja ihmisen tietoisuutta ja aivoja filosofian ja psykologian näkökulmasta tutkivan professori Antti Revonsuon ryhmien yhteistyönä. Mukana hankkeessa oli myös professori Michael Alkire yhdysvaltalaisesta Kalifornian yliopistosta (Irvine). Tutkimuksen päärahoittajina olivat Suomen Akatemia ja Jane ja Aatos Erkon säätiö.
Tutkimus julkaistiin arvovaltaisessa Journal of Neuroscience -lehdessä (open access).
Lisätietoja:
dosentti Harry Scheinin, harry.scheinin@utu.fi, p. 0400 825 599
