Hjernestimuleringen vækkede aberne, der slog øjnene op, så sig omkring og bevægede sig – på trods af at de var bedøvede.

Forsøget viser, at en særlig del af hjernen er vigtig for vores bevidsthed, ifølge forskerne bag studiet.

Aberne fik strømførende elektroder placeret i central lateral thalamus – et hjerneområde, som er tæt relateret til hjernebarken.

»Vi fandt, at vi var i stand til at vække dyrene og genoprette al den aktivitet, man normalt ser i forbindelse med vågenhed, når vi stimulerede det lille hjerneområde,« siger Yuri Saamann, lektor ved University of Wisconsin, USA, i en pressemeddelelse.

Han er en af forskerne bag det nye studie, som er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Neuron.

»Der er mange spændende implikationer forbundet med forskningsarbejdet,« siger Michelle Redinbaugh, som er studerende ved University of Wisconsin og medforfatter på studiet. Hun tilføjer:

»Det er muligt, at vi kan bruge denne type hjernestimulerende elektroder til at bringe mennesker ud af koma.«

Dyb hjernestimulering

Forskerne beskriver bevidsthed som evnen til at opleve omgivelserne og egne indre tilstand. Men vi mangler stadig en solid teori om, hvad der egentlig skaber bevidsthed i hjernen.

Det nye studie viser, at central lateral thalamus spiller en vigtig rolle i at 'vække' andre dele af hjernen, der gør os i stand til at opleve verden omkring os.

Forskerne foretog forsøg på to makakaber, kaldet R og W. Forskerne indopererede elektroderne dybt i abernes hjerner.

De målte først abernes hjerneaktivitet, mens aberne var vågne, mens de sov, samt mens aberne var under narkose. På denne måde fik de et godt sammenligningsgrundlag.

Aberne blev bedøvet flere gange med anæstesimidlerne propofol og isofluran. Det er bedøvelsesmidler, som bruges i behandlingen af eksempelvis Parkinsons-patienter. 

Bruges i behandlingen af Parkinsons-patienter

Mens aberne var bedøvede, aktiverede forskerne elektroderne forskellige steder i hjernen og så efter tegn på vågenhed.

Når elektroderne bliver aktiveret udsender de svage strømimpulser, som påvirker hjerneaktiviteten i området. Metoden bliver kaldt dyb hjernestimulering.

Dyb hjernestimulering er også blevet testet som behandlingsmetode for personer med alvorlig depression og epilepsi, dog med blandede resultater.

Det kan du læse mere om i denne artikel: Kan indopererede elektroder i hjernen afhjælpe svær depression?

Fandt optimal placering og styrke

Forskerne brugte elektroderne til at simulere normal, vågen hjerneaktivitet i centrale dele af central lateral thalamus.

Når forskerne stimulerede et særligt område med en frekvens på 50 Hertz, vågnede makakaberne fra bedøvelsen.

Yuri Saalmann beskriver, at aberne åbnede øjnene, rakte ud efter nærliggende genstande og gjorde grimasser.

»Få sekunder efter vi slukkede for stimuleringen, lukkede dyrene igen øjnene og faldt lige tilbage til bevidstløs tilstand,« siger Yuri Saalmann i pressemeddelsen fra University of Wisconsin.

Elektrodernes position var afgørende.

»En millimeter væk fra den optimale position blev effekten reduceret dramatisk,« siger Michelle Redinburgh.

Og hvis man finder det optimale sted, men stimulerer med 2 Hertz i stedet for 50?

Så sker der ingenting, forklarer Michelle Redinburgh. Det er absolut sted- og frekvensspecifikt.

Central lateral thalamus ligger dybt inde i hjernen og består af grupper (klynger) af nerveceller med udløbere til hjernebarken. (Illustration: Life Science Databases (LSDB)/ CC-BY-SA-2.1-jp)

Tidligere foretaget på mennesker

Johan Frederik Storm er professor ved Institut for medicinske basisfag ved Universitetet i Oslo. Han forsker blandt andet i bevidsthedsteorier og mekanismer.

Johan Frederik Storm mener, at det nye studie er meget interessant, men resultaterne overrasker ham ikke.

»Vi ved, at centrale klynger i central lateral thalamus er meget vigtige for vågenhed og dermed bevidsthed. Det er tidligere vist, at stimulering hér kan vække mennesker, som har reduceret bevidsthedstilstand.«

I 2007 blev dyb hjernestimulering af central lateral thalamus brugt med held på en patient, som havde befundet sig i vegetativ tilstand i 6 år.

Det kan du læse om i denne artikel fra Weill Cornell Medicine.

Ikke entydig evidens

Patienten, der tidligere kun kunne bevæge øjne og fingre, fik evnen til at bevæge sig, tale og spise tilbage.

I en forskningsgennemgang fra 2017 granskede forskerne 18 studier omhandlende hjernestimulering i mennesker med reduceret bevidsthed.

Forskerne opsummerede forskningen i tidsskriftet Brain Stimulation, at der ikke var entydig evidens på, at dyb hjernestimulering kan genoprette både bevidstheden og evnen til at kommunikere blandt denne patientgruppe.

De påpeger også etiske dilemmaer, som at vi risikerer, at patienten bliver mere bevidst om sin vanskelige tilstand uden at få det bedre. Der er altså brug for mere forskning, før metoden vil blive brugt i større udstrækning.

Mulighed for at hjælpe patienter i koma

Johan Frederik Storm siger, at det nye abe-studie understøtter tidligere fund og leverer mere præcis viden.

»De bliver stimuleret på en særlig måde, som efterligner den naturlige aktivitet i disse områder i central lateral thalamus i vågen tilstand. Det lader til at være et solidt og nyttigt studie.«

- Tror du, vi en dag vil kunne bruge dyb hjernestimulering til at vække mennesker fra koma?

»Ja, det kan jeg faktisk godt forestille mig. Det er en meget interessant mulighed. Patienter, som er ramt af langvarig bevidstløshed eller tilsyneladende bevidstløshed efter hjerneskade, kan i værste fald ligge i månedsvis eller endda årevis, uden at man kan komme i kontakt med dem,« siger Johan Frederik Storm.

»I disse tilfælde er det ofte svært eller umuligt at vide med sikkerhed, om patienten egentlig er helt bevidstløs. Hvis vi kan finde metoder, som kan øge bevidstheden eller forbedre kommunikationen med patienten, så det er absolut det værd. Selv med et så drastisk middel som dyb hjernestimulering.«

Effekten afhænger af, hvor meget patientens hjerne har taget skade.

En forudsætning for bevidsthed

Michelle Redinbaugh fortæller til Gizmodo, at forskningens hovedformål var at lokalisere bevidsthedens neurale korrelat, kaldet NCC (neural correlates of consciousness) i hjernen.

Det er et teoretisk begreb, som dækker det minimale antal neuroner eller processer i hjernen, der er tilstrækkelige eller nødvendig for at danne bevidsthed.

Men hvad er det i hjernen, som skaber bevidsthed?

Johan Frederik Storm mener, at det er diskutabelt, om central lateral thalamus er en NCC.

»Overordnet set bør man skelne mellem de dele af hjernen, som danner selve bevidsthedsindholdet, og de dele, som bare er nødvendige for at vække de egentlige NCC’er. Men der er ikke nødvendigvis en skarp grænse.«

Johan Frederik Storm mener ikke, at resultaterne entydigt viser, at central lateral thalamus direkte skaber bevidsthed, men resultaterne indikerer, at denne del af hjernen er vigtig for netværksfunktionen, der så at sige ‘producerer’ indholdet af vores oplevelser.

»Mange ting skal være til stede, for at vi kan have bevidste oplevelser, uden at de er med til at skabe oplevelserne direkte,« siger Johan Frederik Storm.

Han nævner små cellegrupper i hjernestammen, som er med til at 'vække' hjernebarken samt blodtryk og blodets sukkerindhold som mere indirekte, men nødvendige forudsætninger.

Lider aberne?

Johan Frederik Storm påpeger, at det er godt, at forsøgene blev foretaget på aber, for vi er tilpas nært beslægtede.

Forskerne har tidligere undersøgt thalamus-funktionen i mus og katte. 

Michelle Redinbaugh siger til Gizmodo, at en anæstesi-læge var til stede i løbet af eksperimenterne for at sikre, at aberne modtog lige så god pleje som et menneske på et hospital.

Men vi kan ikke helt overse, at denne slags forskning kan være stressende og smertefuld for dyrene.

Aberne var i perioder spændt fast i en fikseret stilling - for eksempel i løbet af EEG-undersøgelserne, skiver Gizmodo. Desuden fik de fastgjort skruer i kraniet, som holdt implantatet på plads.

Johan Frederik Storm siger, at dyrenes velfærd er et vigtigt og alvorligt problem. Abernes oplevelse af forsøgene afhænger af, hvordan hele processen blev udført.

»Det er afgørende, at forskerne og institutionerne holder en høj etisk standard, så dyrene får lov at vænne sig gradvist til situationen, bliver bedøvet ordentligt og så videre.«

»Jeg håber, at forskerne har gjort det med minimal gene for dyrene for øje. Selv om jeg ikke selv har erfaring med eksperimenter med aber, ved vi, at dyrene er meget lærenemme og kan vænne sig til forskellige situationer samt belønning og interessante opgaver. Hvis eksperimenterne bliver udført på den mest skånsomme måde, så tror jeg, at det kun medfører en lille smule smerter og etiske problematikker.«

©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark. Læs den oprindelige artikel her.