Hjernestimuleringen gjorde at apene våknet opp, åpnet øynene, så seg rundt og beveget på seg. Det til tross for at de fremdeles var dopet ned.

Forsøket viser at en spesiell del av hjernen er viktig for bevisstheten vår, ifølge forskerne.

Apene hadde fått plassert strømførende elektroder i central lateral thalamus, et hjerneområde som har sterk kommunikasjon med hjernebarken.

- Vi fant ut at når vi stimulerte dette lille hjerneområdet, så kunne vi vekke opp dyrene og gjenopprette all den aktiviteten som du vanligvis ser i hjernebarken under våkenhet, sier Yuri Saalmann, førsteamanuensis ved University of Wisconsin, i en pressemelding.

Han er en av forskerne bak den nye studien. Resultatene er nå publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Neuron.

- Det er mange spennende implikasjoner for dette arbeidet, sier Michelle Redinbaugh, student ved University of Wisconsin og en av de andre forfatterne av studien.

- Det er mulig vi kan bruke denne typen hjernestimulerende elektroder for å bringe mennesker ut av koma.

Dyp hjernestimulering

Forskerne beskriver bevissthet som kapasiteten til å oppleve ens miljø og indre tilstander. Men vi mangler en solid teori på hva det egentlig er som skaper bevissthet i hjernen.

Den nye studien viser at thalamus spiller en viktig rolle i å «vekke opp» andre deler av hjernen som lar oss oppleve verden rundt oss.

• Les også: Forskere dyrker miniversjoner av menneskehjerner på laben. Kan de bli bevisste?

Forskerne gjorde eksperimentene med to makak-aper som ble kalt ape R og W.

De fikk operert inn elektroder dypt i hjernen.

Forskerne målte først hjerneaktiviteten til apene under våkenhet, søvn og under narkose. Slik fikk de et godt sammenligningsgrunnlag.

Apene ble bedøvet flere ganger med anestesimidlene propofol og isofluran. Dette er bedøvelsesmidler som også brukes for å legge mennesker i narkose.

Mens apene var bedøvet aktiverte forskerne elektrodene på forskjellige steder i hjernen deres og så etter tegn på våkenhet.

Når elektrodene aktiveres sender de ut svake strømimpulser som påvirker hjerneaktiviteten i området. Metoden kalles for dyp hjernestimulering.

Det samme prinsippet brukes for å behandle bevegelsesforstyrrelser hos noen personer med Parkinsons sykdom. Dyp hjernestimulering er også testet ut som behandlingsmetode for personer med alvorlig depresjon og epilepsi, med blandede resultater.

Fant optimal plassering og styrke

Forskerne brukte elektrodene for å imitere normal hjerneaktivitet i sentrale deler av thalamus under våkenhet.

Når forskerne stimulerte en spesiell del av området med en frekvens på 50 Hertz, våknet apene opp fra bedøvelsen.

Yuri Saalmann beskriver det som skjedde: apene åpnet øynene, strakk seg etter gjenstander i nærheten og gjorde grimaser.

- Så, i løpet av noen få sekunder etter å ha slått av stimuleringen, lukket dyrene øynene igjen og gikk rett tilbake i en bevisstløs tilstand, sier Saalmann i en pressemelding fra University of Wisconsin.

Posisjonen på elektrodene var essensiell.

- En millimeter utenfor posisjon, og du reduserer effekten dramatisk, sier Michelle Redinbaugh.

- Og hvis du er på det ideelle stedet, men stimulerer med 2 Hertz i stedet for 50? Da skjer det ingenting. Dette er veldig steds- og frekvensspesifikt.

Gjort på mennesker tidligere

Johan Frederik Storm er professor ved Institutt for medisinske basalfag, Universitetet i Oslo.

Han forsker blant annet på teorier og mekanismer for bevissthet.

Storm sier at den nye studien er veldig interessant, men han er ikke overrasket over resultatene.

- Det er kjent at sentrale kjerner i thalamus er veldig viktige for våkenhet og dermed bevissthet. Det er tidligere vist at stimulering her har kunnet vekke opp mennesker som har redusert bevissthetstilstand.

I 2007 ble dyp hjernestimulering av thalamus med hell brukt til å bedre situasjonen for en pasient som hadde vært i en vegetativ tilstand i 6 år. Det kan man lese om i denne saken fra Weill Cornell Medicine.

Mannen, som tidligere så vidt kunne bevege øyne og fingre, fikk tilbake evnen til å bevege seg, snakke og spise.

I en forskningsgjennomgang fra 2017, tok forskere for seg 18 studier av hjernestimulering hos mennesker med redusert bevissthet.

Forskerne oppsummerte i tidsskriftet Brain Stimulation med at det så langt ikke er klare bevis for at dyp hjernestimulering kan gjenopprette både bevissthet og evnen til å kommunisere for slike pasienter. De peker også på etiske dilemmaer, som at man risikerer at pasienten blir mer klar over sin vanskelige tilstand uten å få det bedre.

Det kreves altså mer forskning før metoden eventuelt vil tas mer i bruk.

Interessant mulighet for å hjelpe pasienter i koma

Storm sier at den nye studien på aper støtter tidligere funn og gir mer nøyaktig kunnskap.

- De har stimulert på en spesiell måte som etterligner den naturlige aktiviteten i disse områdene i thalamus når man er våken. Det ser ut til å være en god og nyttig studie.

- Tror du det vil bli mulig å bruke dyp hjernestimulering for å vekke folk fra koma i fremtiden?

- Ja, det kan faktisk tenkes. Det er en veldig interessant mulighet. Pasienter som er rammet av langvarig bevisstløshet eller tilsynelatende bevisstløshet etter hjerneskade, kan i verste fall bli liggende i månedsvis eller årevis uten at man får kontakt med dem, sier Storm.

- Det er da ofte vanskelig eller umulig å vite sikkert om pasienten egentlig er helt bevisstløs. Hvis man kan finne metoder for å øke bevisstheten eller bedre kommunikasjonen med pasienten, så kan det absolutt være verdt det. Selv med et såpass drastisk middel som dyp hjernestimulering

Hvor god effekten kan bli vil komme an på hvor skadet hjernen til den enkelte pasient er.

En forutsetning for bevissthet

Michelle Redinbaugh, en av forskerne, sier til Gizmodo at hovedmålet var å lokalisere nevrale korrelater til bevissthet (NCC-er) i hjernen.

Det er et teoretisk begrep som svarer til det minimale settet av nevroner eller prosesser i hjernen som er tilstrekkelige og nødvendige for å danne bevissthet. Altså, hva i hjernen er det som skaper vår bevissthet?

Men Storm sier at det er diskutabelt om sentrale thalamus er en slik NCC.

- Generelt bør man skille mellom de delene av hjernen som danner selve bevissthetsinnholdet, og de delene av hjernen som bare er nødvendig for å vekke opp de egentlige NCC-ene. Men det er ikke nødvendigvis et skarpt skille.

Disse resultatene viser ikke klart at sentrale thalamus direkte skaper bevissthet, mener Storm. Men resultatene tyder på at denne delen av hjernen er viktig for funksjonen til nettverkene som så å si «produserer» innholdet av våre opplevelser.

- Det er mange forutsetninger som er nødvendige for at vi kan ha bevisste opplevelser, uten at de direkte lager opplevelsene, sier Storm.

Han nevner små cellegrupper i hjernestammen som er med på å vekke opp hjernbarken, men også blodtrykk og sukkerinnhold i blodet er mer indirekte, men nødvendige forutsetninger.

Har apene lidd?

Storm sier at det er verdifullt at forsøkene er gjort på aper. De står oss såpass nærme. Forskere har tidligere undersøk funksjonen til thalamus hos mus og katter.

Michelle Redinbaugh sier til Gizmodo at det var en anestesilege på plass under eksperimentene for å sikre at apene fikk like god pleie som et menneske på sykehus.

Samtidig er det ikke til å komme fra at denne type forskning kan være stressende og skape lidelse for dyrene. Apene fikk i perioder hodet spent fast i en fiksert stilling, for eksempel under EEG-undersøkelser, skriver Gizmodo. Og det ble satt inn skruer i skallen for å holde implantatet på plass.

Storm sier at dyrenes velferd er et viktig og alvorlig spørsmål. Hvordan apene har opplevd forsøkene kommer an på hvordan hele prosessen er utført.

- Det avgjørende er at forskerne og institusjonene holder en høy etisk standard, slik at dyrene har fått venne seg gradvis til situasjonen, har fått god bedøvelse, og så videre.

- Jeg håper at forskerne har gjort dette på en måte som er minimalt brysom for apene. Selv om jeg ikke har egen erfaring med eksperimenter med aper, vet vi at disse dyrene er veldig lærenemme og kan venne seg til ulike situasjoner og motiveres av belønning og interessante oppgaver. Så hvis slike eksperimenter gjøres på aller beste måte så tror jeg det medfører lite lidelse og etiske problemer.

Referanse:

Michelle J. Redinbaugh, m.fl: «Thalamus Modulates Consciousness via Layer-Specific Control of Cortex», Neuron, 12. februar 2020.