بیهوشی‌ها معمولا در جراحی‌های پزشکی استفاده می‌شوند و نکته غافلگیر کننده این است که دانشمندان به طور کامل نمی‌فهمند بیمار چگونه هوشیاری خود را از دست می‌دهد. تصویربرداری از سطح هوشیاری یک بیمار در حین بیهوشی، عموما همان اندازه‌گیری امواج مغزی فرد است. این امواج توسط تعداد بسیار زیادی از محرک‌های الکتریکی بین نورون‌ها ایجاد می‌شود و یک ولتاژ قابل اندازه‌گیری  بر روی سر ایجاد می‌کند که می‌تواند با استفاده از یک الکتروانسفالوگرام (EEG) ضبط شود. همبستگی بین این امواج ضبط شده بر روی دو طرف مخالف سر نشان‌دهنده سطح هوشیاری است و این اطلاعات توسط متخصصان بیهوشی استفاده می‌شود تا مقدار بیهوشی داده شده به بیمار را کنترل کنند.

یک پدیده کلی

اگرچه  این رهیافت بیش از حد جنبه تجربی و عملی داشته با این حال برای فهم اینکه بیهوشی چگونه منجر به عدم‌هوشیاری می‌شود، دانشمندان مدل‌های کامپیوتری را توسعه داده‌اند که تغییرات در فعالیت نورونی را بررسی می‌کند. در سال 1997 جیمی اسلای (Jamie Sleigh) از دانشگاه اوکلیند و دانکن گلتلی (Duncan Galletly) از دانشگاه اوتاگو از مدل دو بعدی ساده و خوبی استفاده کردند تا نشان دهند چگونه از دست دادن آگاهی به کاهش بازدهی سیناپس‌‌های مغزی ارتباط دارد. اسلای در این باره می‌گوید: «بیهوشی برای تمام حیواناتِ دارای سیستم عصبی یکسان است». او می‌افزاید: « این یک پدیده بسیار عمومی و کلی است که می‌تواند در سطح کاملا انتزاعی مدل‌سازی شود».

آخرین بررسی و مطالعه با مدل‌سازیِ چگونگی تبادل اطلاعات بین لایه‌های مختلف نورون‌ها، تحقیقات اولیه در این رابطه را بهبود بخشیده است. مدلی که توسط فیزیکدانی به نام یان زو (Yan Xu) و همکارانش در دانشگاه پیتزبرگ توسعه داده شده، سیگنال الکتریکی رسیده به یک گره یا ند (یک سیگنال نورونی یا مجموعه‌ای از نورون‌ها) را درون ناحیه تالاموس مغز (که مسئول ورودی‌های حسی است) بازسازی کرده و سپس سیگنال‌های حاصل شده‌‌ای که در لایه‌های متوالی بخش قشر مغز ایجاد شده و نقش اصلی در آگاهی را دارند شبیه‌سازی می‌کند. ند‌ها در امتداد و درون لایه‌ها به یکدیگر متصل هستند و احتمال جریان اطلاعات بین آن‌ها با استفاده از نظریه پرکولاسیون تعیین می‌شود. نظریه پرکولاسیون به همراه نظریات دیگر، چگونگی جاری شدن آب در میان دانه‌های قهوه را توضیح می‌دهد.

تسهیل در ارتباط

زو و همکارانش با مقایسه این مدل با جبهه‌موج‌های خروجی از EEG از بیمارانی که چندین بار مورد بیهوشی قرار گرفتند مدل خود را مورد آزمون قرار دادند. تکرار و تنظیم میزان بیهوشی در این مدل به معنای تغییر مقدار پارامتر مستقل  ρ است که مقادیری بین 0 و 1 دارد و وزن اطلاعات یا تسهیل در ارتباط بین ندهای به هم متصل شده را تغییر می‌دهد. از این رو محققان دریافتند که  باید چندین تغییر اصلی در جبهه‌موج‌ افراد بیهوش بازتولید کنند که شامل انتقال به فرکانس‌های کمتر و دامنه‌های بیشتر و همچنین همزمانی بیشتر بین موج‌ها در ناحیه‌های مختلف پوسته مغز می‌شود.

این تیم همچنین دریافتند که تغییر فاز در درک حسی با اندک تغییری در پارامتر ρ روی می‌دهد. آن‌ها این کار را با مدل‌سازی چگونگی انتقال یک تصویر دیجیتالی مشهوری از اینشتین در شبکه عصبی به انجام رساندند. این محققان نشان دادند که در 0/32=ρ شدت نور ضبط شده در ندهای خروجی تنها باعث تشخیص سر و بخشی از موهای اینشتین در تصویر می‌شود، در حالی‌که در0/38 =ρ تصویر صحیح اینشتین بسیار واضح است.

«پارامتر اصلی»

زو که یک پروفسور بیهوشی است و به عنوان یک فیزیکدان نیز تعلیماتی دیده  در این‌باره می‌گوید :«نکته خارق‌العاده در این است که با تغییر تنها یک پارامتر کلیدی، شما می‌توانید شکل‌های بسیار مهمی از انتقال از یک حالت ناآگاه به یک حالت آگاه را فراهم آورید». او پیشنهاد می‌کند که دانشمندان تجربی‌کار، باید مدل او را با اثبات اینکه آیا اثرات ناآگاهی بر روی نورون‌های دخیل در فرایند بازیادگیری اثر دارند یا نه مورد آزمون قرار دهند. او می‌افزاید :«ما از جزئیات بسیار زیاد بیولوژیکی صرف‌نظر می‌کنیم. در عین حال آن جزئیات احتمالا برای اینکه هوشیاری رخ دهد اهمیت چندانی ندارند.» زو همچنین می‌گوید: « ما سعی داریم تا تحقیقاتی را در مورد قوانین کلی و عمومی که برای هوشیاری‌های ضروری مورد نیاز است انجام دهیم».

پیتر مک‌کلینتاک (Peter McClintock)، فیزیکدانی در دانشگاه لنکستر در بریتانیا، از این نتایجِ «جالب و غافل‌گیرکننده» قدردانی می‌کند و می‌گوید اگرچه این تحقیق تنها زمانی فایده عملی خواهد داشته که به طریقی بتوان پارامتر ρ را اندازه‌گیری کرد. او می‌گوید: «فهمِ بهبودیافته باید ما را به اندازه‌های بهتری از عمق بیهوشی نزدیک کند». اما او باور ندارد که این مهم، فهم اساسی ما را از آگاهی تغییر چندانی خواهد داد. او می‌گوید: « من گمان نمی‌کنم که ما درحال نزدیک شدن به حل مساله ذهن-جسم باشیم». «اگرچه با جمع‌آوری دانش و ایده‌های جدید در حال گردش نزدیک‌تری به دور آن هستیم».

اسلای نیز با این موضوع موافقت می‌کند. او درباره مدل‌سازی زو و همکارانش می‌گوید: «این مدل به طور واضح گذارهای بین بی‌حسی-بی‌هوشی را بازتاب می‌کند، اما من مطمئن نیستم که این مدل بتواند مساله سخت‌تر آگاهی (بشر) را حل کند».

منبع: http://physicsworld.com/cws/article/news/2015/sep/07/do-general-anaesthetics-trigger-a-phase-transition-in-the-brain