Seni eeldasid arstid ja teadlased, et keerukamad tunnetuslikud protsessid eeldavad inimese täielikku teadvelolekut. Nende seekka kuulub näiteks võime mõista sõnade tähendust ja aimata ette tulevasi sündmusi. Nüüd seadsid Ameerika teadlased selle eelduse kahtluse alla. Narkoosi all olevate inimeste närvirakkude aktiivsus näitas, et aju võtab stiimuleid vastu ja analüüsib signaalide tähendust ka teadvuseta olekus, vahendab Nature News. 

Üks tuntumaid anesteetikume maailmas on meditsiinis aastakümneid kasutatud propofool. Arstid hindavad uinutit eelkõige selle ohutuse ja kiire toime tõttu. Narkoosiained häirivad ajukoore eri piirkondade vahelist tavapärast infovahetust, mis viibki teadvusekaoni. Samas on teadlasi aastaid huvitanud, mis sügava narkoosi ja une ajal närvivõrgustikes täpselt toimub. 

Uurijad teadsid juba varem, et sensoorset infot esimesena töötlevad ajupiirkonnad suudavad registreerida lihtsamaid helisid ka teadvuseta olekus. Seni polnud aga selge, kas sügavamad ajuosad suudavad samal ajal töödelda ka keerukamat teavet. Katses keskendusid teadlased sügaval oimusagaras paiknevale hipokampusele. Ärvel olles aitab see piirkond salvestada mälestusi ja töödelda uut infot.

Just hipokampuse neuronid hakkavad laenglema siis, kui aju analüüsib kuuldud sõnade grammatikat ja tähendust. Houstonis asuva Baylori meditsiinikolledži neurokirurg Sameer Shethi sõnul on aju keerukate argiülesannete lahendamiseks arendanud välja sedavõrd peened mehhanismid, et need töötavad vähemalt osaliselt edasi ka ilma inimese teadliku oslauseta.

Teadlastel avanes haruldane võimalus jälgida sügavate ajupiirkondade tööd elusa inimese ajus. Tavaliselt ei saa uurijad võimalike tüsistuste tõttu elektroode otse patsiendi ajju paigutada. Shethil ja tema kolleegidel õnnestus aga salvestada seitsme epilepsiahaige ajutegevust, keda tuli tervislikel põhjustel nagunii opereerida. Lõikuse käigus avati patsientide koljud, mis andis teadlastele ligipääsu ka ajukoele.

Arstid uinutasid patsiendid propofooliga. Seejärel jälgisid nad üksikute närvirakkude tööd ning nägid reaalajas, kuidas teadvuseta aju infot töötleb. Esmalt mängisid uurijad kolmele osalejale kõrvaklappidest korduvaid piikse, mille vahele pikkisid nad aeg-ajalt teistsuguse kõrgusega toone. Kümne minutiga hakkas uinutatud hipokampus neid helisid üha paremini eristama.

Kuna rakud suutsid uue olukorraga kohaneda, järeldasid teadlased, et aju suudab omandada uut teave teadvuseta olekus. Seejärel andsid nad ajule juba keerukama ülesande. Neljale osalejal lasti kuulata kümneminutilisi lõike taskuhäälingutest. Kogutud andmetest selgus, et kindlad närvirakud reageerisid teatud sõnaliikidele ja suutsid eristada nimisõnu ülejäänud tekstist.

Närvirakud ennustasid konteksti põhjal isegi seda, millised sõnad järgmisena kõlavad. Hiljem võrdlesid teadlased neid andmeid ärkvel kontrollrühmaga, kellele anti samasugune ülesanne. Mõlema rühma närvirakud käitusid väga sarnaselt.

Tavaliselt mõõdavad elektroodid tuhandete rakkude keskmist aktiivsust, mistõttu jäävad õrnemad signaalid sageli märkamatuks. Seetõttu ongi keeruline eristada suurtes rühmades töötavate üksikute rakkude tööd. Värskes katses kasutasid uurijad täiustatud Neuropixelsi andureid. Juuksekarvast peenemad instrumendid suudavad korraga salvestada sadade neuronite üksiksignaale nii, et need ei kahjusta ümbritsevat kudet.

California Ülikooli Los Angelese linnaku kognitiivse neuroteadlase Martin Monti sõnul annavad Neuropixelsi andurid aju tööst märksa täpsema pildi kui vanemad instrumendid. Tema hinnangul avardab töö oluliselt arusaama sellest, kui palju suudab väike neuronite rühm narkoosi all teha. Selgub, et üllatavalt palju.

Samas hoiatas Monti ennatlike järelduste eest. Tema sõnul ei tähenda tulemused, et patsiendid olid operatsioonilaual salaja ärkvel või täielikult teadvusel. Propofool häirib koordineeritud suhtlust ajuvõrgustike vahel, mida peavad paljud neuroteadlased teadvuse eelduseks. Monti sõnul näitab uuring pigem tõsiasja, et hipokampus suudab töödelda teavet iseseisvalt ja luua seoseid lokaalselt, ilma täieliku teadvuseta.

Raskete peatraumade tõttu langevad igal aastal koomasse tuhanded inimesed. Arstidel puuduvad praegu usaldusväärsed meetodid, mis aitaksid hinnata nende patsientide tegelikku ajutegevust ja paranemislootust. Värsked avastused võivad seetõttu aidata tulevikus raskete ajuvigastustega patsiente paremini uurida ja ravida. Sheth plaanib sarnaseid katseid korrata koomas või vegetatiivses seisundis inimestega.

Kuna need inimesed jättis teadvuseta trauma, huvitab teadlasi eelkõige see, kas mõni ajupiirkond on säilitanud oma töövõime. Uurijad tahavad teada, kas mõned keskused suudavad endiselt keelt analüüsida ja kõnet ette ennustada. Edukad katsed avaksid täiesti uued ravivõimalused. Üks lahendus on sihitud ajustimulatsioon. See aitaks kahjustatud närviteedest mööda minna ja ühendada ülejäänud ajuga terved ajupiirkonnad.

Tehisühendused aitaksid nõnda isoleeritud ajupiirkondi taas ülejäänud ajuga siduda. Enne seda tuleb uusi ravivõtted siiski põhjalikult kontrolli. Sheth loodab katseid korrata ka teiste anesteetikumidega, et näha, kas leitud mehhanism on universaalne. Lisaks kavatseb neurokirurg mängida uinutatud patsientidele võõrkeelseid heliklippe.

Teadlaste eesmärk on välja selgitada, kas aju püüab lausestruktuuri analüüsida ka siis, kui inimene kuuldud keelt ei oska ega mõista. Samuti loodavad uurijad leida uusi vastuseid teadvuse tekke suurtele küsimustele. Aju varjatud töö võib pakkuda teadlastele veel palju üllatusi ning aidata tulevikus muuta keerulised operatsioonid patsientidele turvalisemaks.