Conștiința (conștiența) și neurochirugia

Baza neuronală a conștiinței reprezintă cea mai mare provocare a lumii științifice. Pentru neurologi și neurochirurgi, absența sau alterări ale stării de conștiență au implicații imediate pentru evaluarea pacientului. În consecință, au conceput termeni și scale care să cuantifice pierderea cunoștinței. Dar nici măcar acestea nu ajută foarte mult înțelegerea științifică a conștiinței.

Neurochirurgii au contact cu creierul uman viu în fiecare zi, iar aceasta este o oportunitate unică de a studia partea psihologică și de a încerca localizarea și mecanismul conștiinței. Un exemplu cunoscut este Walter Dandy care, în ultimul său articol, relatează un caz de gliom frontal bilateral pe care l-a tratat printr-o lobotomie frontală dreaptă, urmată de o rezenție a lobului frontal stâng 3 săptămâni mai târziu. Dandy a analizat o serie de cazuri incluzând aici 7 rezecții ale lobului frontal în care arterele cerebrale anterioare au fost sacrificate la nivelul genunchiului corpului calos. În toate cazurile, conștiința a fost pierdută imediat, iar concluzia doctorului Dandy a fost că leziunile la nivelul striatului, mai degrabă decât leziunile lobului frontal sunt responsabile de pierderea conștienței.

Un neurochirurg poate contribui la înțelegerea conștiinței în diferite feluri. Unul este prin simpla observare a stărilor clinice care implică alterarea cunoștinței, altul este prin înregistrarea în masă a activității cerebrale prin EEG, a activității unui singur sau mai mulți neuroni sau a potențialelor locale de acțiune, sau manipularea directă a activității cerebrale prin stimulare electrică.

În ce privește observațiile clinice, putem aminti agnoziile vizuale și crizele parțiale complexe, acolo unde apar răspunsurile automate, inconștiente, stereotipale, numite de Koch și Crick ”moduri zombie”. Acestea apar chiar și la persoanele sănătoase în activitățile de zi cu zi, precum prinderea sau aruncarea obiectelor. Ele par să acționeze în paralel cu momentul conștient al vizualizării obiectului, dar de fapt sunt semnificativ mai rapide.

Natura conștienței vizuale

Precum bine știm, informația care ajunge pe retină nu este suficientă pentru a interpreta o scenă vizuală. Creierul se folosește de experiența noastră anterioară și de experiența predecesorilor noștri imprimată în gene pentru a încerca să-și formeze o ”presupunere” cât mai bună a scenei vizuale. Toată ”acțiunea” se petrece în lobii occipitali, via corpii geniculați laterali, acolo unde se găsesc ariile vizuale corticale 17, 18 și 19.

Cortexul cerebral și conștiința

Sarcina principală a unui neuron în orice arie corticală este de a răspunde corelațiilor semnificative din informațiile primite și de a le învăța gradual, pentru a putea construi un ”detector” de trăsături corespunzător (cum e cel pentru fețe). Cu fiecare stimul vizual, ariile corticale încearcă să găsească cele mai bune corelații din experiențele anterioare care să fie potrivită cu informația vizuală primită. Aceasta poate implica, simultan, mai mult de o tentativă de interpretare a stimulului, dezvoltându-se o competiție inconștientă între arii pentru a câștiga controlul celor mai puternice și extinse regiuni ale rețelei. Autorii cred că ceea ce devine conștient, după vreo câteva sute de milisecunde, este câștigătorul competiției. Câștigătorul este îndeajuns de puternic pentru a-și susține activitatea pentru cel puțin alte câteva sute de milisecunde, așa încât coalițiile neuronale care reprezintă câștigătorul să producă un efect puternic asupra regiunilor corticale implicate în gândire și planificare. Am putea face o analogie politică aici, dar să nu mergem prea departe.

Abordări experimentale

Înregistrări mono-neuronale în primate non-umane

Ce experimente pot fi făcute pentru a delimita acele corelații neurale ale conștiinței (CNC)?

Leopold și Logothetis au găsit o paradigmă experimentală care presupune proiectarea unei imagini la un ochi, iar simultan o imagine diferită pentru celălalt ochi, astfel încât imaginile să fie suprapuse. Subiectul nu vede cele două imagini suprapuse, decât foarte scurt, pentru că este fără sens pentru creier. În schimb, el vede imaginile alternând neregulat pentru câteva secunde. Această ”rivalitate” binoculară poate fi demonstrată foarte ușor la oameni, dar și maimuțele reacționează în același fel. Rezultatele spun că 95% din neuronii regiunii infratemporale au reacționat la percepția imaginilor schimbătoare, față de stimul, care era constant. Asta sugerează că acești neuroni pot reprezenta o parte importantă a corelațiilor neurale ale conștiinței.

Stimularea electrică la oameni: ”Dublarea conștiinței”.

Penfield și Perot au fost interesați să vadă care sunt răspunsurile anumitor experiențe prin stimularea părții anterioare a ariei motorii suplimentare prin care au reușit să provoace o reacție de râs unei femei, fără ca aceasta să-și dea seama de ce. Jackson a numit acest efect ”dublarea conștiinței” sau ”diplopie mentală”, demonstrând aceasta prin fenomenul ”deja-vu”, provocat prin stimularea cortexului temporal, dar și în crizele parțiale ale lobului temporal.

Înregistrări mono-neuronale la oameni

Există doar câteva oportunități clinice prin care neurochirurgii pot studia neuroni singulari. Fried, unul din autorii acestui articol, a înregistrat mono-neuroni din lobul temporal medial pentru a examina percepția vizuală și memoria. Electrozi au fost introduși la diferite adâncimi pentru a capta semnal extracelular pe o perioadă de 1-2 săptămâni, timp în care pacienții au fost monitorizați și li s-au dat diferite sarcini de percepție și de memorie. Majoritatea electrozilor au fost introduși bilateral în structuri ale lobilor temporali mediali, cum sunt amigdala, hipocampul, cortexul entorhinal sau girusul parahipocampic. Aceste arii au fost clinic dovedite a fi implicate în stadii avansate ale procesării informațiilor vizuale și sunt necesare în transformarea percepțiilor în memoria de lungă durată.

În colaborare cu Gabriel Kreiman, Fried a înregistrat informații de la mai mult de 1000 de neuroni, stabilind că neuronii singulari din lobul temporal medial au răspunsuri particulare la atributele stimulilor și la categoriile de stimuli. *figura 3

Un neuron poate, de exemplu, să răspundă la imagini cu animale, dar nu și la imagini cu fețe umane sau la peisaje din natură sau diferite obiecte. O privire mai în deliu arată că răspunsul neuronului este diferit pentru fiecare animal în parte (tigru, scorpion sau vultur).

Experimentul arată că stimulii care lasă diferite amprente pe retină generează răspunsuri similare la nivelul lobului temporal medial și că aceste răspunsuri se reflectă în organizarea stimulilor în categorii.

În acest sens, Kreiman și colaboratorii au folosit un procedeu numit ”flash suppression”, înrudit cu ”rivalitatea binoculară”, prin care o imagine cu președintele Clinton a fost arătată monocular, iar controlateral a fost prezentată pentru scurt timp o imagine cu un tipar alb-negru, suprimând percepția imaginii lui Clinton. În al doilea caz, imaginile se inversează. Deși în amândouă cazurile imaginea este proiectată pe retina unui ochi, neuronul răspunde doar în timpul acelei scurte perioade în care a fost arătată imaginea lui Clinton; răspunsul neuronal fiind prezent doar atunci când imaginea a fost percepută, nu și atunci când a fost suprimată.

Tot în același experiment s-a descoperit că răspunsul neuronal va fi prezent atât la vederea imaginii președintelui Clinton, cât și atunci când a fost arătată o imagine a președintelui împreună cu alte două persoane. Dacă acest neuron din amigdală răspunde la toate imaginile în care apare președintele, sau la alți stimuli legați de el, este greu de spus.

Neuronii temporali mediali răspund la percepții mai degrabă decât la stimulii proiecțiilor de pe retină. Dar ce se întâmplă dacă proiecțiile de pe retină dispar? În alte experimente o parte din subiecți erau rugați să își închidă ochii și să își imagineze un obiect, în timp ce alții vizualizau imaginea proiectată a obiectului. Cazurile în care nu au fost implicate proiecțiile retiniene erau asemănătoare acelora în care retina a fost implicată, atât prin selectivitate cât și prin rata de transmitere a semnalului.

În final, autorii roagă neurochirurgii să se întrebe: ”Aș putea studia neuronii singurlari ca să ajut la descoperirea activității neuronale a conștiinței?” Aceste descoperiri ne pot schimba punctul de vedere, iar colaborarea dintre Fried și Koch demonstrează eficacitatea unirii eforturilor dintre neurochirurgi și alți cercetori din domeniul neuroștiințelor pentru a îmbunătăți resursele, metodele și tehnicile. Oare cum va fi viitorul?