全身麻醉的神经网络机制：皮层与皮层下核团
Neural Network Mechanisms Underlying General Anesthesia: Cortical and Subcortical Nuclei
胡月1 • 王昀1 • 张凌靖1 • 罗猛强1 • 王英伟1
1复旦大学附属华山医院麻醉科，上海 200040，中国
第一作者：胡月、王昀
通讯作者：罗猛强、王英伟
全身麻醉是现代医学中一项里程碑式的变革，已广泛应用于外科手术与舒适化诊疗之中。迄今为止，人们对全麻诱导可逆性意识消失（loss of consciousness, LOC） 的机制并不清楚；同时，由于目前尚缺乏精准监测麻醉深度与意识水平的技术手段，全麻术中知晓仍时有发生，给患者造成严重伤害与不良影响。因此，全麻作用机制一直是麻醉学亟待解决的核心科学问题，也是当前神经科学领域研究的热点问题之一。随着神经科学研究的迅速发展，人们对于全麻机制的研究有了许多新的认识与发现。本综述全面系统地总结了大脑皮层和皮层下核团在全身麻醉机制中发挥作用的研究进展，并进一步探讨这些脑区如何参与意识状态和麻醉深度间的相互调节作用。
大脑皮层参与调控全身麻醉
大脑皮层是意识活动的生物学基础的重要组成，调控认知、记忆、情感以及睡眠稳态等复杂行为。随着神经影像学、高通量电生理以及光学成像技术的进步，人们目前能够以前所未有的时间及空间分辨率观察全麻状态下大脑的神经元活动。全麻药物如丙泊酚和依托咪酯能够通过直接作用于皮层神经元，抑制其神经活动诱导LOC，同时能够显著减弱皮层与丘脑、皮层与皮层间的神经网络连接，通过改变大脑各皮层内的网络动力学影响意识状态水平（图1）。
皮层下核团参与调控全身麻醉
近年来研究显示，皮层下许多核团参与了全麻作用的产生，如，①丘脑相关核团：丘脑中央正中核（central medial thalamus, CMT）、丘脑室旁核（paraventricular thalamus, PVT）、丘脑网状核（thalamic reticular nucleus, TRN）、外侧僵核（lateral habenula, LHb）、腹后内侧核（ventral posteromedial nucleus, VPM）、腹后外侧核（ventral posterolateral nucleus, VPL）、腹内侧核（ventromedial nucleus, VM）以及屏状核；②下丘脑相关核团如腹外侧视前区（ventrolateral preoptic nucleus, VLPO）、视上核（supraoptic nucleus, SON）、室旁核（paraventricular hypothalamic nucleus, PVH）、下丘脑腹外侧区（lateral hypothalamic area, LHA）、结节乳头体核（tuberomammillary nucleus, TMN）等；③基底前脑（basal forebrain, BF）和腹侧纹状体如伏隔核（nucleus accumbens, NAc）及外侧隔核（lateral septal nucleus, LS）；④中脑与脑干相关核团如腹侧被盖区（ventral tegmental area, VTA）、导水管周围灰质（periaqueductal gray, PAG）、吻内侧被盖核（rostromedial tegmental nucleus, RMTg）、中缝背核（dorsal raphe nucleus, DRN）、臂旁核（parabrachial nucleus, PBN）、蓝斑核（locus coeruleus, LC）等均在全身麻醉中发挥着重要的作用，部分核团在全麻诱导LOC中发挥关键作用，同样地，亦有部分核团能够促进全麻的苏醒；而这些参与调控全麻作用相关的核团，越来越多研究提示同样在睡眠-觉醒周期的调控中发挥着重要作用。为此，本综述详细概述了当前全身麻醉与睡眠觉醒周期间相似与差异性调节机制的神经生物学基础（图1）。
图1 清醒状态与全身麻醉状态下大脑皮层、皮层下核团与脑干之间的网络互作机制。红色实心圈代表的核团发挥着拮抗麻醉与促进觉醒的作用；蓝色实心圈代表的核团发挥着维持麻醉和促进非快速眼动睡眠（non-rapid eye movement, NREM）的作用。
全身麻醉与意识理论
全身麻醉为探究意识的本质提供了独特的视角。通过研究麻醉对大脑的具体作用，研究者能够验证与深化对主要意识理论的理解，包括反复处理理论（recurrent processing theory, RPT）、整合信息论（integrated information theory, IIT）、全局神经工作空间理论（global neuronal workspace theory, GNWT）和高阶思维理论（higher-order theory, HOT）。通过探讨意识如何在神经系统中产生以及信息的提取和整合过程，并分析全身麻醉如何通过特定的神经通路和网络活动影响意识状态，全身麻醉能够为研究关于意识如何由大脑的复杂网络活动产生与调控提供重要的途径。
综上所述，全身麻醉神经网络机制的研究对开发更安全、更有效的全麻药物以及优化麻醉监控系统至关重要。未来研究将进一步探索全麻药物如何影响大脑神经网络的活动，以更为全面地理解麻醉与意识的复杂关系，将为医学和神经科学领域带来新的理论基础和应用前景。
关键词：全身麻醉；神经网络；皮层；皮层下核团；意识
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01286-z
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