Die Forschung geht neue Wege, indem sie die komplexe Gehirnaktivität während einer Vollnarkose nachweist
Neue Entdeckungen stellen traditionelle Verständnisse des Bewusstseins in Frage und zeigen, dass das menschliche Gehirn eine erstaunliche Fähigkeit behält, Informationen zu verarbeiten, selbst in einem Zustand tiefer Bewusstlosigkeit unter Vollnarkose. Wissenschaftler haben beobachtet, dass anästhesierte Patienten weiterhin Aspekte der Sprache wie Substantive und Verben unterscheiden und sogar Anzeichen dafür zeigen, dass sie Wörter in Geschichten vorwegnehmen. Diese bahnbrechenden Erkenntnisse definieren neu, was einst für möglich gehalten wurde, wenn der Geist nicht vollständig bei Bewusstsein ist.
Laut einem der Studienleiter, Dr. Sameer Sheth, einem Neurochirurgen in Baylor, deuten die erzielten Ergebnisse darauf hin, dass die Gehirnaktivität während der Zeit der Bewusstlosigkeit deutlich intensiver und aktiver ist als bisher angenommen. Selbst wenn der Patient für einen chirurgischen Eingriff vollständig sediert ist, ist das Gehirn weiterhin mit der Analyse der Umgebung beschäftigt.
Analyse der neuronalen Aktivität während der Sedierung
Um die Fähigkeiten des Gehirns im unbewussten Zustand besser zu verstehen, zeichneten Dr. Sheth und sein Team die Aktivität von Hunderten isolierter Neuronen in der Hippocampusregion auf. Dieser Bereich ist für die Gedächtnisbildung von entscheidender Bedeutung und wurde überwacht, während sich Patienten einer Epilepsieoperation unter Vollnarkose unterzogen. Dies bietet eine einzigartige Gelegenheit, diesen lebenswichtigen Teil des Gehirns direkt zu untersuchen.
Die Methodik nutzte Neuropixels-Sonden, eine Spitzentechnologie, die im Hippocampus noch nie für diese Art von Forschung eingesetzt wurde. Dieser Fortschritt ermöglichte es den Forschern, detailliert zu beobachten, wie das Gehirn auf verschiedene Geräusche und Sprachmuster reagierte, auch ohne dass die Patienten sich dessen bewusst waren.
Mehr zum Thema: Das Gehirn unter Vollnarkose verarbeitet Sprache und sagt Wörter voraus, was Konzepte des Bewusstseins in Frage stellt
Sprachliche Verarbeitung im unbewussten Zustand
In der ersten Phase des Experiments wurden die Patienten einer Reihe sich wiederholender Töne ausgesetzt, die mit unerwarteten Geräuschen durchsetzt waren. Experten stellten fest, dass Hippocampus-Neuronen diese ungewöhnlichen Geräusche durchgängig erkannten. Noch faszinierender ist, dass sich die Fähigkeit des Gehirns, sie zu erkennen, mit der Zeit verbesserte, was darauf hindeutet, dass ein Lernprozess oder eine neuronale Plastizität auch während der Narkose aktiv ist.
Anschließend wurde die Komplexität der Studie erhöht, indem Geschichten reproduziert wurden, während die Gehirnaktivität weiterhin aufgezeichnet wurde. Der Hippocampus hat eindeutige Beweise für die Sprachverarbeitung in Echtzeit erbracht. Die neuronalen Muster zeigten, dass das Gehirn in der Lage war, verschiedene grammatikalische Klassen wie Substantive, Verben und Adjektive zu unterscheiden.
Eine weitere überraschende Entdeckung machte das Team: Mithilfe neuronaler Signale können zukünftige Wörter vorhergesagt werden, bevor sie überhaupt artikuliert werden.
Das Gehirn scheint eine sich entfaltende Erzählung auch dann zu antizipieren, wenn kein erkennbares Bewusstsein vorhanden ist, sagte Dr. Sheth, der auch die Laboratorien der Gordon and Mary Cain Pediatric Neurology Research Foundation am Duncan Neurological Research Institute am Texas Children’s Hospital leitet.
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Diese Art der prädiktiven Kodierung, die oft mit Wachheit und Achtsamkeit verbunden ist, geschieht in einem Zustand der Bewusstlosigkeit, bemerkte Dr. Benjamin Hayden, Professor für Neurochirurgie in Baylor.
Eine neue Perspektive auf das Bewusstsein
Die erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass wichtige kognitive Fähigkeiten, einschließlich der Fähigkeit, Sprache zu verstehen und Vorhersagen zu treffen, möglicherweise nicht ausschließlich vom Bewusstsein abhängen. Stattdessen könnte das Bewusstsein selbst aus einer komplexen Kommunikation zwischen mehreren Gehirnregionen entstehen und nicht aus isolierter Aktivität in einem einzelnen Bereich wie dem Hippocampus.
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Forscher haben auch Parallelen zwischen dem Vorhersageverhalten des Gehirns und künstlicher Intelligenz (KI) festgestellt. So wie großartige Sprachmodelle Text erzeugen, indem sie das nächste Wort antizipieren, scheint der Hippocampus bei der Sprachverarbeitung ähnliche Vorhersagen zu treffen. Das Verständnis dieser gemeinsamen Prinzipien kann das wissenschaftliche Wissen über biologische und künstliche Intelligenz vertiefen und den Weg für Fortschritte in der Neurotechnologie und neue Ansätze für den Aufbau ausgefeilterer KI-Systeme ebnen, die das menschliche Denken simulieren können.
Diese Arbeit könnte auch die Entwicklung zukünftiger Kommunikationstechnologien vorantreiben, beispielsweise Sprachprothesen für Menschen, die die Fähigkeit zur verbalen Kommunikation verloren haben. Können wir diese Signale nutzen, um eine Sprachprothese in Hirnregionen zu implantieren und zu betreiben, die durch einen Schlaganfall oder eine Verletzung geschädigt wurden? Dies sind Fragen, die wir jetzt in Bezug auf diesen Teil des Gehirns untersuchen können, sagte Dr. Vigi Katlowitz, Erstautorin der Studie und Assistenzarzt für Neurochirurgie in Baylor.
Die Notwendigkeit zusätzlicher Studien
Die Forscher warnen davor, die Schlussfolgerungen mit Vorsicht zu interpretieren. Die Studie konzentrierte sich auf eine bestimmte Art der Vollnarkose, was bedeutet, dass die Ergebnisse möglicherweise nicht auf andere Bewusstlosigkeitszustände wie natürlichen Schlaf oder Koma anwendbar sind. Darüber hinaus konzentrierte sich die Untersuchung auf eine einzelne Gehirnregion, und inwieweit diese Prozesse in anderen Teilen des Gehirns ablaufen, bedarf noch weiterer Aufklärung.
„Diese Arbeit führt uns dazu, zu überdenken, was es bedeutet, bewusst zu sein“, schloss Dr. Sheth. Das Gehirn führt im Hintergrund viel mehr Aktivitäten aus, als wir vollständig verstehen können.
