深度麻醉如何改变大脑独特性：跨个体与物种的研究

《Nature Human Behaviour》：General anaesthesia decreases the uniqueness of brain functional connectivity across individuals and species

为探究麻醉是否影响大脑独特性，研究人员以功能性磁共振成像（fMRI）开展研究，发现麻醉降低大脑辨识度，意义重大。

　　在神经科学领域，意识一直是一个神秘而迷人的话题。我们知道，每个人的大脑都有着独特的神经活动模式，这些模式塑造了我们独一无二的思维和意识体验。然而，当意识在麻醉状态下暂时消失时，大脑会发生什么变化呢？这不仅是一个关乎基础科学的问题，也对麻醉学的临床实践有着重要意义。

在过去的研究中，虽然对麻醉的医学益处已有深入了解，但对于麻醉如何影响大脑功能连接以及个体大脑独特性的认识还存在许多空白。一方面，意识的丧失与大脑功能的改变之间的关系尚不明确；另一方面，不同个体大脑在麻醉状态下的差异以及与其他物种大脑的比较研究也相对较少。

为了填补这些空白，来自蒙特利尔神经学研究所（Montréal Neurological Institute）、麦吉尔大学（McGill University）等多个机构的研究人员展开了一项深入研究。该研究成果发表在《Nature Human Behaviour》上，为我们揭示了全身麻醉对大脑独特性的影响。

研究人员采用了多种关键技术方法。在数据采集方面，他们收集了人类在不同麻醉状态下的功能性磁共振成像（fMRI）数据，包括 15 名健康志愿者在七氟醚（sevoflurane）麻醉下以及 16 名志愿者在丙泊酚（propofol）麻醉下的静息态 fMRI 数据，同时获取了猕猴（macaque）的 fMRI 数据作为对比。在数据处理上，运用标准的预处理流程和去噪方法，如使用 CONN 工具包进行运动校正、切片时间校正等操作，并通过主成分分析（PCA）对数据进行降维处理，以便更好地分析大脑功能连接的变化。

下面来看具体的研究结果：

1. 麻醉降低大脑可识别性：研究人员通过计算个体在清醒和麻醉状态下大脑功能连接（FC）的相关性，构建了可识别性矩阵。结果发现，与清醒状态相比，麻醉状态下个体大脑的自我相似性显著降低，个体之间的功能连接模式变得更难区分。进一步分析发现，七氟醚麻醉几乎降低了所有功能连接边对可识别性的贡献，尤其是连接跨模态皮层（transmodal cortex）的功能连接受影响最大。在区域层面，默认模式网络、额顶叶网络以及更广泛的跨模态皮层区域的可识别性下降最为明显，且这种变化与大脑的原型感觉 - 联合轴（archetypal sensory–association axis）、个体间变异性、进化扩张以及人类加速区域（HAR）相关基因表达存在显著空间相关性。
2. 与典型认知图谱的对应性降低：研究人员基于神经合成（Neurosynth）元分析引擎，评估不同麻醉水平下个体神经活动与 123 个典型大脑图谱的匹配程度。结果显示，随着麻醉深度加深，大脑活动与这些图谱的最佳空间相关性降低，即认知匹配质量下降，且这种下降在高阶认知操作相关的图谱上更为明显。这表明麻醉会减弱自发大脑活动反映文献中认知模式的程度，尤其是对于高阶认知操作。
3. 麻醉使人类大脑功能连接向猕猴靠近：通过主成分分析（PCA）将人类和猕猴的大脑功能连接投影到共同的低维空间中，研究发现随着七氟醚剂量增加，人类参与者的大脑功能连接模式逐渐远离清醒状态，而向猕猴大脑功能连接的位置靠近，且在麻醉恢复后又回到接近初始清醒的位置。这说明麻醉会改变人类大脑功能连接与猕猴大脑功能连接的相似性，使两者在低维空间中的距离减小。

在研究结论和讨论部分，研究表明全身麻醉会降低个体大脑的独特性，不仅在个体之间的辨识度降低，与其他灵长类动物大脑的差异也减小。这种现象在跨模态皮层区域表现得尤为明显，该区域在个体间和物种间具有高度的异质性，且受到麻醉的显著影响。这一结果有助于我们更好地理解麻醉对大脑功能的影响机制，为麻醉学的发展提供了新的理论依据。

然而，该研究也存在一些局限性。例如，研究使用行为反应丧失作为意识丧失的标志，虽然在大多数情况下可能是合理的，但两者在概念上是有区别的，未来研究可以采用更多方法评估意识状态。此外，研究样本量较小，且部分数据集男性参与者居多，未来需要更大规模、性别平衡的数据集来进一步验证研究结果。

总体而言，这项研究为我们理解麻醉状态下大脑的变化提供了重要线索，尽管存在不足，但为后续研究指明了方向，有望推动神经科学和麻醉学领域的进一步发展。