Введение

Обеспечение безопасности пациента и управление периоперационным гомеостазом на сегодняшний день являются основными целями анестезиологии [1]. К сожалению, в России забыта еще одна цель анестезиологии — исследование сознания и разума, о которой мечтали многие пионеры специальности, будучи не только отличными клиницистами, но и одними из первых нейробиологов и нейрофизиологов [2].

Именно к таким анестезиологам можно отнести Henry K. Beecher (1904—1976), профессора Гарвардской медицинской школы, специалиста по медицинской этике и одного из первых разработчиков согласия на медицинские исследования и лечение и двойного слепого рандомизированного исследования [3]. Его теперь уже крылатая фраза «Второе направление анестезии — исследование разума» (1947) подтолкнула к использованию общих анестетиков как инструмента для анализа различных психических процессов [4].

По мнению другого американского анестезиолога, представителя Гарвардской медицинской школы и нашего современника G. Mashour, наука о сознании официально сформировалась в середине 90-х годов ХХ столетия, а в 2000-е годы выдвинула на первый план применение общих анестетиков как метод понимания механизмов сознательного опыта и состояний возбуждения [2].

При этом наука о сознании успешно эволюционировала в исследовании механизмов анестезии от биофизических и молекулярных подходов до комплементарной системной нейробиологии. За последние два десятилетия наблюдается значительный прогресс в понимании развития антиноцицептивных эффектов в различных нейронных областях, а также механизмов воздействия на нейронные цепи, сети и процессы, имеющие отношение к уровню и содержанию сознания [5—7].

Цель обзора — рассмотреть физиологические основы сознания и естественного сна с позиции врача — анестезиолога-реаниматолога.

Основы сознания и основные понятия

Психоэмоциональное торможение (психоэмоциональная комфортность, гипнотический компонент анестезии) — один из основных компонентов анестезиологического обеспечения, направленный на управление сознанием [8]. Большинство анестезиологов сужает данную проблему до введения пациента в состояние медикаментозного сна, последующего пробуждения и выхода в состояние бодрствования. Однако сознание и бодрствование не являются синонимами друг друга, а иногда наличие одного не предполагает присутствие другого.

Примером отсутствия сознания является вегетативное состояние больного при наличии циркадного ритма «сон — бодрствование». А вот возможность наличия сознания во сне или под общей анестезией долгое время подвергалась сомнению, если напрямую не была связана с интраоперационным пробуждением, но последние исследования подтвердили такую возможность [6, 9, 10].

По мнению G. Tononi (2008) [11] и R.D. Sanders и соавт. (2012) [10], сознание есть субъективный опыт; его определяют как «то, что покидает нас каждую ночь, когда мы погружаемся в сон без сновидений, и возвращается на следующее утро, когда мы просыпаемся или когда нам снятся сны» [11].

С этих позиций, субъективный опыт становится одним из главных свойств сознания, а наличие сновидений, которые мы переживаем и получаем из них опыт, приравнивается к наличию определенной формы сознания.

Важными характеристиками сознания служат наличие субъективного опыта, бодрствование, связанность с внешней средой (восприятие) и реагирование (осознанная ответная реакция) (табл. 1). Интересно, что сознание не обязательно ассоциируется со связанностью или осознанной активностью. Субъективный опыт, связанность и осознанные движения обычно наблюдаются в состоянии бодрствования, но субъективный опыт может приобретаться и во сне, когда есть сновидения и мы переживаем происходящие, но не связанные с окружающим миром события.

Таблица 1. Критерии сознания, сна, общей анестезии и комы

Примечание. NREM-сон — медленноволновый сон; REM-сон — быстроволновый сон.

При этом в нейрофизиологии вообще и в сомнологии в частности обычно происходит сравнение различных состояний, таких как бодрствование и сон [12]. В то же время для анестезиолога важнее понимать, в сознании находится пациент или нет и чем сознание отличается от сна, состояния общей анестезии и комы.

Изучение физиологического сна позволило продемонстрировать, что по мере засыпания, на ранних стадиях медленноволнового сна (NREM), исчезает связанность с окружающей средой, осознанные ответные реакции и бодрствование прекращаются и появления субъективного опыта не происходит. Наступает бессознательное состояние [13].

Однако сознание может присутствовать и в NREM-стадии сна, так как доказано, что и в этой стадии сна могут быть сновидения [14]. В большинстве случаев такое состояние становится явным только во время сна с быстрым движением глаз (REM), когда сновидения становятся наиболее яркими и хорошо запоминаются. При этом сон в REM-стадии очень глубокий и, несмотря на переживание собственного опыта, отсутствует связанность с окружающей средой и осознанные целенаправленные движения. Тело как бы отключено от всех внешних воздействий, и необходимы достаточно большие усилия для пробуждения, но в головном мозге происходит активный процесс с переживаниями, размышлениями и т.д., результатом чего служит приобретение субъективного опыта [15].

Известно, что о сознании (снах) сообщают примерно в 80% пробуждений во время быстрого сна и в 23% пробуждений во время NREM-сна [16]. Стимулы окружающей среды могут включаться в сновидения во время сна, но обзор данных показывает, что это происходит редко и часто связано с вредной стимуляцией, например с зубной болью, ударом током, термическим повреждением и т.п. [17].

В состоянии общей анестезии также следует различать связанное сознание, разъединенное (несвязанное) сознание и бессознательное состояние.

Бессознательное состояние может быть определено как неспособность достичь какого-либо субъективного опыта и, как ожидается, будет наиболее распространенным состоянием под анестезией. Нет ни психического содержания, ни воздействия окружающей среды, ни осознанной двигательной активности. Во время бессознательного состояния в отсутствие действия миорелаксантов возможна двигательная активность, например в ответ на болевые раздражители, но она не будет целенаправленной, добровольной и не подразумевает сознательной связи с окружающей средой [18].

Разъединенное (отключенное) сознание характеризуется наличием психического содержания, но без осознанного восприятия окружающей среды. В этом случае ментальное содержание может быть похоже на сон или может быть искаженным, например как психоделический субъективный опыт, вызванный кетамином. Известно, что сновидения происходят у 27% пациентов, подвергшихся анестезии пропофолом, и у 28% пациентов, подвергшихся анестезии десфлураном [19]. При этом частота сновидений может быть гораздо выше, но амнестическое действие большинства препаратов для анестезии может попросту их «затирать».

Связанное сознание, которое наблюдается при бодрствовании, относится к собственному субъективному опыту и восприятию информации из окружающей среды. При этом бодрствование — отдельное состояние, обычно характеризующееся открытием глаз и способностью распознавать аффективные стимулы (поведенческая отзывчивость). И, как отмечено ранее, бодрствование не обязательно подразумевает присутствие сознания [20].

Именно связанное сознание указывает на пробуждение во время общей анестезии, что происходит редко (0,1—0,2%), обычно после ларингоскопии и интубации трахеи [21].

Таким образом, представление о двух состояниях сознания (ясное и отсутствие) является устаревшим. Введение понятий связанности приводит к появлению нескольких состояний сознания (связанное, разобщенное, бессознательное), при котором человек может находиться в состоянии бодрствования или во сне. При этом даже в состоянии общей анестезии, для которой должно быть характерно бессознательное состояние, может возникать разъединенное сознание, как это происходит в состоянии естественного сна.

С точки зрения нейропроцессов, сознание — это внутреннее субъективное ощущение (субъективный опыт любого рода — сенсорный, волевой, эмоциональный, интуитивный и т.д.) и проекции (фантазии, чувства, мысли и т.п.) в результате взаимодействия восприятия, когнитивных функций (прежде всего памяти и мышления), эмоций и мотиваций с внешней и внутренней средой.

Проекции и ощущения — это конечный продукт сознания. При этом под ощущением необходимо понимать отражаемые в коре головного мозга свойства воздействующих в данный момент на мозг предметов и явлений окружающего мира через органы чувств [22]. Благодаря ощущению внешние и внутренние стимулы становятся фактами сознания, отражающими отдельные свойства объектов [23].

Понятие «проекция» впервые сформулировано одним из основателей психоанализа З. Фрейдом и подразумевает общий психологический механизм, с помощью которого субъективные переживания переносятся на объект. Другими словами, сознание проецирует во внешнюю среду внутренние образы, мысли, состояния [24].

Именно такая формулировка понятия сознания позволяет выделить его компоненты, чтобы было легче воздействовать на них и управлять ими во время анестезии.

С точки зрения концепции избирательной регуляции функции (компонентности) сознание состоит из восприятия, когнитивных функций (память, мышление, внимание, праксис, речь), эмоций и поведенческих реакций (ответственна, например, моноаминергическая система). И на большинство этих компонентов врач — анестезиолог-реаниматолог может влиять в зависимости от конкретной клинической ситуации.

Таким образом, можно утверждать, что возникновение сознания состоит из процессов сбора и проведения информации, обработки информации и сложного взаимодействия полученных алгоритмов, формирования проекций и ощущений, что приводит к субъективному опыту. При этом процессы восприятия и взаимодействия достаточно хорошо изучены и их относят к так называемым простым проблемам сознания. Напротив, формирование проекций и ощущений находится в начальном периоде изучения и является сложной проблемой сознания.

Механизмы сознания

G.A. Mashour (2022) [2] выделяет пять основных теорий сознания, которые представлены в табл. 2. Не вдаваясь в частности каждой отдельной теории, следует отметить, что все они являются продуктом развития философских течений, биологических и информационно-вычислительных направлений и подвергаются жесткой критике [25—27]. В то же время некоторые из них являются показателем развития нейрофизиологии и понимания формирования процессов приобретения субъективного опыта. То есть субъективный опыт и является конечным продуктом процессов осознания [25, 28].

Таблица 2. Теории сознания в модификации G.A. Mashour и соавт. (2020) [31]

Согласно теории интегративной информации G. Tononi и соавт., слияние задней сенсорной и ассоциативной коры представляет собой «горячую зону» нейронной обработки. Именно в задней коре происходит не только формирование отдельных признаков объекта, но и объединение этих признаков в целое [29]. Теории сознания в модификации G.A. Mashour и соавт. (2020) [30] приведены в табл. 2.

В теории зрительного сознания (рекуррентной обработки) V.A.F. Lamme и соавт. первично полученная зрительная информация в течение 30—100 мс направляется из затылочной коры к лобным долям, где происходит ее быстрая неосознаваемая обработка. Затем первично обработанная зрительная информация медленно отправляется обратно через повторные (рекуррентные) связи (медленная рекуррентная обработка), где через 100—300 мс от начала стимула формируется осознание с уже сознательными преднамеренными действиями, например речь [32].

Отдельно стоит остановиться на теории организованного уменьшения цели, предложенной нобелевским лауреатом по физике R. Penrose и анестезиологом S. Hameroff. Авторы считают, что сознание возникает внутри нейронов из-за квантового процесса «объективной редукции» (квантовое колебание), который происходит в микротрубочках клеток. Свои рассуждения они основывают на проведении экспериментов с ингаляционными анестетиками и доказательствах квантового влияния на белок тубулин в микротрубочках нейронов [7, 33].

Однако исследование подверглось жесткой критике, в том числе из-за возможной фальсификации данных. Часть критики касалась плохой модели физиологии мозга, а часть — недостатка объяснительной силы. К примеру, известный философ P.S. Churchland написала: «Пыльца эльфов в синапсах примерно так же эффективна для объяснения, как квантовая когерентность в микротрубочках» [33].

Для понимания процессов, происходящих в формировании сознания, введено понятие нейронного коррелята сознания (НКС), под которым понимают минимальные нейронные механизмы, достаточные для любого сознательного восприятия.

НКС, специфичный для содержания, представляет собой нейронные механизмы, определяющие конкретное феноменальное содержание в сознании, такое как цвета, лица, места или мысли.

По мнению M. Boly и соавт. (2017), контент-специфические НКС определяют феноменальные различия в сознании, которые объединяются в НКС, специфичные по содержанию. При этом в формировании НКС играют значительную роль модулирующие процессы в ретикулярной формации ствола мозга (в своем роде включатель и выключатель), первичной и вторичной зрительной коре, площадке парагиппокампа, первичной моторной коре.

В то же время достаточно четко определены зоны коры головного мозга, участвующие в формировании сознания. К ним относят области в «задней части» коры, включая височные, теменные и затылочные области. «Задняя горячая зона», по-видимому, играет непосредственную роль в уточнении содержания сознания [35].

Длительный спор о роли префронтальной коры (ПФК) в процессах формирования сознания привел к поддержанию мнения о ее участии. Считается, что ПФК — это место «зажигания», которое активирует рекуррентную сеть через переднюю и заднюю области коры, что помогает сенсорным представлениям поддерживаться, усиливаться и предоставляться различным когнитивным процессорам, которые в совокупности способствуют сознательной обработке. ПФК генерирует вторичные представления, или метапредставления, первичных сенсорных представлений [35].

Механизмы сна и бодрствования

По мнению N.P. Franks и A.Y. Zacharia (2010), сон — это естественное периодическое состояние покоя, во время которого сознание окружающего мира и реакции на внешние раздражители в значительной степени приостанавливаются. Сон с медленным движением глазных яблок (NREM) характеризуется затуманенным состоянием сознания и мозговой деятельности при нормальных двигательных движениях. Сон с быстрым движением глазных яблок (парадоксальный сон, REM) характеризуется повышенной мозговой активностью, сопровождающейся параличом двигательных движений. Во время REM-сна мозг живет ментальными образами, а нисходящая атония предотвращает любую связанную с этим двигательную активность [37].

Одной из важных характеристик сна служит его влияние на память и восприятие времени. Известно, что люди просыпаются ото сна с ощущением, что время прошло, а сон играет важную роль в обработке и консолидации памяти.

Двумя основными механизмами, влияющими на время и продолжительность сна, являются гомеостатические механизмы (то есть побуждение ко сну, усиливающееся при продолжительном бодрствовании) и циркадные ритмы [37]. Естественный сон возникает в результате активации центров сна и торможения центров бодрствования, которые располагаются в среднем мозге и частично в базальных ядрах (механизм «снизу вверх»). При этом имеются центры медленноволнового сна (NREM) (переднее преоптическое ядро гипоталамуса, ядра таламуса, ядра шва и др.), быстроволнового сна (REM) (голубое пятно, вестибулярные ядра продолговатого мозга, верхнее двухолмие среднего мозга, ретикулярная формация среднего мозга), регуляторы цикла сон/бодрствование (голубое пятно (стимуляция — пробуждение), отдельные участки коры больших полушарий).

После ослабления активности центров бодрствования, в том числе из-за истощения «медиатора бодрствования» орексина, тормозные нейроны, которые находятся в переднем гипоталамусе и преоптической зоне, «включают» состояние NREM-сна из-за синтеза гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и галанина. В этом процессе кроме ГАМК и галанина принимают участие другие тормозные нейромедиаторы — глицин и глутамат. В дальнейшем происходит опосредованное ГАМК и галанином ингибирование ядер возбуждения ствола мозга из активных во сне клеток в преоптической области гипоталамуса. Снижение скорости возбуждения клеток голубого пятна и высвобождение норадреналина из эфферентных проекций в преоптическую область является предполагаемым механизмом, объясняющим активацию клеток сна и инициацию NREM-сна. Снижение уровня норадреналина в коре, таламусе и базальных отделах переднего мозга также способствует снижению возбуждения.

Напротив, накопление орексина и других активирующих нейромедиаторов подавляет центр сна. К медиаторам бодрствования относят орексин, ацетилхолин, аденозин, а также все моноамины (дофамин, серотонин, норадреналин, гистамин).

NREM-фаза сна состоит из четырех последовательных стадий: дремоты, поверхностного сна и двух стадий глубокого дельта-сна. Для этих стадий имеется характерная картина электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и окулограммы: от замедления ЭЭГ и замещения альфа-ритма (9—14 Гц) низкоамплитудными тета-волнами (6—8 Гц) до появления высокоамплитудных (12—16 Гц) сонных веретен и К-комплексов и, наконец, нарастания дельта-ритма (0,1—4 Гц), который занимает более 50% ритмики ЭЭГ; на окулограмме фиксируются медленные движения глазных яблок.

REM-сон (парадоксальный) возникает каждые 90—100 мин (хотим мы или нет) и сопровождается реакцией десинхронизации ЭЭГ с колебаниями тета-диапазонов и бета-диапазонов. Некоторые авторы описывают активированную пилообразную ЭЭГ без альфа-осцилляций, напоминающую ЭЭГ в состоянии бодрствования. Но диагностируют эту стадию сна с помощью окулограммы, на которой отмечаются быстрые движения глазных яблок.

Таким образом, сон имеет характерные электрофизиологические критерии, по которым различают фазы и стадии сна. К ним относят исчезновение альфа-ритма в задних отведениях с появлением вначале тета-ритма с веретенами и К-комплексами, а затем и дельта-активности в NREM-фазе сна. Механизмы развития сна напрямую связаны с активацией и подавлением активности различных ядер гипоталамуса, особое место из которых занимают переднее преоптическое ядро, голубое пятно и т.д. [38].

Заключение

Увлечение современных нейробиологов, анестезиологов и других специалистов в области сознания дуалистическими философскими течениями привело к концепции G. Tononi, R.D. Sanders и соавт. о связанном и несвязанном сознании, в которой основополагающим считается приобретение любого субъективного опыта. Такой подход значительно отличается от длительно существовавшей в России марксистской концепции, в которой сознание трактуется как отражение субъективной реальности. По мнению указанных авторов, наличие субъективного опыта возможно не только в состоянии бодрствования, когда человек связан через свои органы чувств с окружающим миром, но и во сне, когда приобретение субъективного опыта происходит посредством сновидений, а тело находится как бы в отключенном от внешнего мира состоянии, образно напоминая кокон.

Подобное представление позволяет не только с иных позиций рассматривать само значение сознания, но и подвергать сомнению факт бинарности сознательного и бессознательного. В таком представлении сознание — это не только объективная реальность, связанная с окружающим миром посредством афферентной импульсации и целенаправленных движений, но и субъективный опыт, формирующийся в особой фазе — это так называемый парадоксальный сон, при котором на фоне быстрого движения глазных яблок наблюдаются почти атония и отсутствие связанности с окружающим миром.

Для врача — анестезиолога-реаниматолога неприятной неожиданностью в такой ситуации служат сновидения у пациента под общей анестезией, которые не связаны с галлюцинациями от кетамина, хотя последние можно рассматривать тоже как разновидность сознания, только измененного.

На самом деле однозначного ответа о положительном, нейтральном или отрицательном эффекте или проявлении сновидений (наличии субъективного опыта) во время общей анестезии на сегодняшний день нет. Эти эпизоды несвязанного сознания необходимо изучать и удостовериться, что они не являются эквивалентом пробуждения во время общей анестезии, хотя пациент не осознает их или не помнит.

Вместе с тем понимание физиологии сна позволяет благосклонно относиться к сновидениям, так как среди многочисленных гипотез об их происхождении нет упоминаний о повреждающем действии на центральную нервную систему. Напротив, известно, что во сне происходит закрепление обоих типов долговременной памяти. Причем декларативная память закрепляется в фазе NREM-сна, а процедурная — в фазе REM-сна. По другой гипотезе, фаза REM-сна служит для очистки от накопленного эмоционального мусора.

Исследование механизмов действия ингаляционных анестетиков позволило предположить, что угнетение сознания связано с нарушением межнейрональных взаимодействий, а само возникновение сознания — с образованием почти бесконечного количества межнейрональных связей (10⁹) 90 млрд нейронов головного мозга человека. Именно способность образовывать определенное количество межнейрональных связей может определять наличие или отсутствие сознания. По мнению К.М. Лебединского, такое межнейрональное взаимодействие происходит горизонтально в отличие от вертикального взаимодействия, обеспечивающего сбор информации от органов чувств [40].

Таким образом, знание и понимание физиологии сознания позволяет врачу — анестезиологу-реаниматологу по-новому взглянуть на проблемы специальности, связанные с механизмом действия препаратов и мониторингом глубины анестезии.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.