Mechanisms of anesthetic-induced unconsciousness

麻醉引起的意识丧失的机制

基本信息

  • 批准号:
    9750291
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.55万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-02-15 至 2022-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY The long-term objective of this proposal is to understand the mechanisms responsible for loss of consciousness (LOC) under general anesthesia. Previous invasive studies in animal models have identified candidate mechanisms, but translating those findings to human consciousness remains approximate. More precise determinations of states of consciousness are feasible in human subjects, but non-invasive measures of brain activity (fMRI, EEG, MEG) can only indirectly assess the underlying neural circuitry. This proposal will overcome these limitations by taking advantage of the unique opportunity to directly record from the human brain. Using electrocorticography in neurosurgical patients, we will investigate neural networks modulated by general anesthesia. Our overarching goal is to identify patterns of activity and connectivity in cortical networks that track changes in contents of consciousness (i.e. awareness) under anesthesia and during sleep. Our approach is to identify changes in the networks underlying auditory predictive coding that occur upon LOC. Predictive coding minimizes the differences between internally generated constructs and empirical data, subserved by ongoing interaction between sensory and higher-order cortical regions. This model is ideal for this project because it engages the crucial interplay between predictions of the world and sensory observations of the world, a fundamental function of consciousness. The scientific premise of this project is that at a systems level, disruption of predictive coding subserved by large-scale cortical networks represents a signature of anesthetic-induced unconsciousness. To accomplish our goals, we will pursue three specific aims. The first aim seeks to refine our understanding of the cortical networks involved in auditory predictive coding in awake behaving subjects. This aim will focus on identifying the connectivity of the networks subserving predictive coding over short and long time scales, as effects of LOC on these networks are believed to be distinct. The second aim examines changes in network structure upon anesthesia LOC. This will be achieved by recording brain activity from subjects during induction of general anesthesia. The generality of the findings will be tested using two different anesthetic agents. Aim 3 seeks to identify common electrophysiological signatures for LOC under anesthesia and during sleep. This will be achieved by measuring brain activity in the same subjects during natural sleep. The results will have broad clinical applicability to defining and interpreting prognostic signs in patients with altered mental status (e.g. chronic vegetative and minimally conscious states), mental illness (e.g. delirium and schizophrenia) and development of novel algorithms for use in monitoring depth of anesthesia.
项目摘要 该提议的长期目标是了解导致意识丧失的机制 (LOC)在全身麻醉下。动物模型中先前的侵入性研究已经确定了候选者 机制,但是将这些发现转化为人类意识仍然近似。更精确 对意识状态的确定在人类受试者中是可行的,但是大脑的无创测量 活动(fMRI,EEG,MEG)只能间接评估潜在的神经回路。该建议将克服 这些局限性通过利用独特的机会直接从人类大脑中记录下来。使用 在神经外科患者中的皮质摄影,我们将研究一般的神经网络 麻醉。 我们的总体目标是确定皮质网络中的活动和连接模式,以跟踪变化 在麻醉和睡眠期间,意识的内容(即意识)。我们的方法是确定 LOC上发生的听觉预测编码的网络的变化。预测编码最小化 内部生成的构建体和经验数据之间的差异,通过持续的相互作用提供了费用 在感觉和高阶皮质区域之间。该模型是该项目的理想选择 世界预测与世界的感官观察之间的关键相互作用,这是一个基本功能 意识。该项目的科学前提是,在系统层面,预测编码的破坏 大规模皮质网络供应代表麻醉引起的无意识的标志。 为了实现我们的目标,我们将追求三个具体目标。第一个目标旨在完善我们对 与听觉预测性编码相关的皮质网络中的表现。这个目标将重点放在 确定网络的连接性在短时间内和长时间尺度上取消预测性编码,为 LOC对这些网络的影响被认为是不同的。第二个目标检查网络的变化 麻醉前的结构。这将通过在诱导过程中记录受试者的大脑活动来实现 全身麻醉。调查结果的一般性将使用两种不同的麻醉剂进行测试。目标3 试图在麻醉下和睡眠期间鉴定LOC的常见电生理特征。这会 可以通过在自然睡眠期间测量同一受试者的大脑活动来实现。结果将有广泛 临床适用于定义和解释精神状况改变患者的预后体征(例如 慢性营养和微不足道的状态),精神疾病(例如del妄和精神分裂症)和 开发用于监测麻醉深度的新型算法。

项目成果

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