为什么在麻醉下感觉不到声音?

麻醉的目的是让大脑进入一种无意识的状态，在这种状态下，声音等刺激是不被感知的。在这种状态下，听觉皮层的神经元仍然受到声音的刺激，但后者不被大脑感知。来自巴斯德研究所、CNRS和Université Paris-Saclay的科学家们揭示了一种新的神经机制，伴随着麻醉下从有意识知觉状态到无意识状态的转变。一种尖端的光学成像技术，多光子显微镜，被用来观察一个小鼠模型中听觉皮层中近1000个神经元在从清醒状态到麻醉状态过渡期间的活动。结果表明，在清醒状态下，一些神经元组合对声音做出反应，而其他的则自发活跃(显示大脑活动正在进行)。但在麻醉下，对声音做出反应的神经元集合与自发活动的神经元无法区分。在麻醉产生的无意识状态下，大脑皮层用自己的“自发”活动掩盖了感觉输入。这些发现于2022年9月28日发表在《自然神经科学》杂志上，为警觉状态建模开辟了新的可能性。

　　

   

   

图像:在听觉皮层同时成像的神经元样本，经数字图像处理后确定。    

麻醉的目的是让大脑进入一种无意识的状态，在这种状态下，声音等刺激是不被感知的。在这种状态下，听觉皮层的神经元仍然受到声音的刺激，但后者不被大脑感知。来自巴斯德研究所、CNRS和Université Paris-Saclay的科学家们揭示了一种新的神经机制，伴随着麻醉下从有意识知觉状态到无意识状态的转变。一种尖端的光学成像技术，多光子显微镜，被用来观察一个小鼠模型中听觉皮层中近1000个神经元在从清醒状态到麻醉状态过渡期间的活动。结果表明，在清醒状态下，一些神经元组合对声音做出反应，而其他的则自发活跃(显示大脑活动正在进行)。但在麻醉下，对声音做出反应的神经元集合与自发活动的神经元无法区分。在麻醉产生的无意识状态下，大脑皮层用自己的“自发”活动掩盖了感觉输入。

这些发现发表在2022年9月28日的自然神经科学杂志上，为警戒状态建模开辟了新的可能性。  

尽管人们开始清楚地了解耳朵接收声音的机制，但我们对那些与声音的感知和解释以及听觉感知有关的机制知之甚少。听觉神经科学，以及一般意义上的感觉知觉，正在努力解决这方面的几个问题。一种是关于清醒状态下的有意识感知与睡眠或麻醉等无意识状态下大脑中声音处理的区别机制。

为什么当声音传到被麻醉的人或动物的耳朵时，听觉皮层会被激活，而在麻醉下，人类对声音没有有意识的感知?

这个问题以前一直无法解决，因为现有的神经活动测量只能提供组成皮层的庞大神经网络中单独记录的单个神经元或小群神经元的活动信息。这些数据未能提供神经网络协调活动的概览。在大脑层面收集的其他数据集被用来推断这些大型网络的平均活动，但没有提供关于它们的细节。因此，不可能提取有关大脑皮层活动的足够信息，以衡量清醒和麻醉状态下感觉反应的基本差异。

在这项研究中，由巴斯德研究所听力研究所的Brice Bathellier(听觉系统动力学和多感觉处理/Inserm)和Alain Destexhe(巴黎-萨克莱神经科学研究所/法国国家科学研究中心/大学)领导的团队。Paris-Saclay)使用一种光学记录技术——通过多光子显微镜的钙成像——来监测小鼠在清醒和麻醉时听觉皮层中近1000个神经元集合的活动。然后，科学家们用数学方法研究了神经元在听到一系列不同声音时被激活的轮廓。这些新奇的观察表明，尽管神经元在清醒和麻醉状态下都被声音激活，但两种状态下的神经元组合是完全不同的。

他们还表明，即使在没有刺激的情况下，大脑皮层也是一个持续活跃的结构。通过比较这种“自发的”活动和由声音引起的活动，科学家们进行了进一步的观察。在清醒状态下，由声音激活的神经元组合与自发激活的神经元组合不同，而在麻醉状态下，由声音激发的神经元组合也会被系统地自发激活。因此，尽管在麻醉下听觉皮层确实对声音刺激有反应，但它的反应与它自身的内部活动是无法区分的。

这些观察结果提出了一种机制，可以解释麻醉下听觉知觉的悖论，进而解释感官知觉的悖论。“麻醉下皮层神经元的激活不仅在结构上与清醒时观察到的有很大不同;更重要的是，它与大脑皮层的自发活动几乎无法区分。因此，对于大脑的其他部分来说，麻醉下听觉皮层的神经反应实际上是“沉默”的，因为它们被自身的“噪音”淹没了。这些结果还表明，有意识感知的条件之一是皮层能够激活不同于自发激活的神经元组合，”该研究的最后合著者Brice Bathellier解释说。

从某种意义上说，清醒时的皮层更“有创造力”，因为它产生了针对声音的新声音，而这种特异性在麻醉时似乎不存在。这一结论是否也适用于睡眠等其他状态还有待观察，”该研究的最后合著者阿兰·德斯特谢(Alain Destexhe)指出。

这些结果也为声音或其他感官信号的意识感知机制提供了新的见解，并为大脑皮层其他区域的意识和无意识信息处理的新模型铺平了道路。

文章标题

Awake perception is associated with dedicated neuronal assemblies in cerebral cortex