Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создали из человеческих стволовых клеток трехмерные модели нейронных цепей и подвергли их действию пропофола. Как сообщил UCLA 2 октября, препарат снизил активность отдельных нейронов, но одновременно заставил их работать более согласованно. В результате вся сеть перешла к крупным медленным волнам, характерным для общей анестезии.

Работа, описанная в British Journal of Anaesthesia, связала два уровня наблюдений, которые прежде изучали по отдельности: действие пропофола на рецепторы клеток и электрический рисунок, заметный на ЭЭГ человека под наркозом. Ассемблоид не воспроизводит целый мозг и не измеряет сознание. Зато с его помощью можно разбирать промежуточные этапы между молекулярной мишенью препарата и общим ритмом нейронной сети.

Почему тихие нейроны создают крупную волну

Ассемблоиды получили из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Сначала взрослые клетки перепрограммировали в состояние, похожее на стволовое, а затем вырастили из них возбуждающие и тормозные нейроны, а также глиальные клетки. В трехмерной структуре эти клетки образовали связанные цепи с согласованной электрической активностью.

После добавления пропофола отдельные нейроны стали заметно менее активными. При этом изменения их активности начали чаще совпадать по времени. Поэтому суммарный сигнал оказался крупнее и медленнее, хотя каждый участник сети работал тише.

Представим условную сеть из ста ламп. Если каждая из них слабо мигает в свое время, общий уровень света почти не меняется. Если все лампы одновременно тускнеют, а затем загораются, появляется хорошо заметная медленная пульсация. Эта аналогия объясняет сложение сигналов, но не описывает параметры проведенного опыта.

Исследователи проверили механизм двумя способами. Когда они заблокировали рецепторы, на которые действует пропофол, характерный эффект исчез. Более простые модели без тормозных нейронов тоже не создавали медленных волн. В этой системе переход к синхронному ритму зависел и от рецепторной мишени препарата, и от присутствия тормозных клеток.

Что опыт показал о коре и таламусе

В ассемблоидах не было таламуса, глубокой структуры мозга, которая передает сигналы коре. Тем не менее в них возник рисунок активности, похожий на электрические признаки анестезии. Это означает, что для формирования таких волн может быть достаточно минимальной корковой цепи.

Опыт не исключает участия таламуса в общей анестезии у человека. Он показывает лишь, что в этой клеточной модели таламус не требовался для появления конкретного электрического рисунка. Целый мозг устроен сложнее, а медленные волны сами по себе не доказывают потерю сознания.

У системы есть и другие ограничения. Ассемблоиды больше похожи на развивающийся мозг плода, чем на зрелый мозг взрослого человека. В доступном сообщении не приведены концентрации пропофола, число исследованных моделей, количественные величины эффектов и статистические оценки. Такие данные нужны для полной оценки работы, в том числе при разборе источников и подготовке научной статьи по этой теме.

Главное назначение модели сейчас состоит в том, что ее компоненты можно менять по отдельности. Исследователи могут блокировать конкретные рецепторы, исключать определенные типы клеток и наблюдать, на каком этапе исчезает сетевой ритм. Так ассемблоиды позволяют проследить путь от молекулярного действия пропофола до согласованных медленных волн, не приравнивая клеточную модель к человеческому мозгу.

Схема объясняет, как действие пропофола на рецепторы и участие тормозных нейронов приводят к синхронизации сети и появлению крупных медленных электрических волн