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Le cerveau a un modèle d'activité distinct lorsqu'il perd la conscience pendant l'anesthésie

Une nouvelle étude menée aux États-Unis révèle pour la première fois que le cerveau a une activité électrique distincte lorsque les patients perdent conscience au cours de l’anesthésie. Le motif montre des oscillations très lentes, reflétant une rupture de communication entre les différentes régions du cerveau, chacune montrant des courts-circuits d'activité alternant avec des silences plus longs.
Les chercheurs écrivent sur leurs conclusions dans un article publié en ligne le 5 novembre dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.
Ils espèrent qu'en améliorant la compréhension de ce qui se passe dans le cerveau à mesure que celui-ci perd conscience, l'étude aidera les anesthésiologistes à mieux maintenir le juste équilibre entre trop peu et trop d'anesthésique.
L'auteur principal Patrick Purdon, instructeur d'anesthésie au Massachusetts General Hospital (MGH) et à la faculté de médecine de Harvard, a déclaré dans un communiqué que les cliniciens sauront désormais ce qu'il faut rechercher sur l'électroencéphalographe (EEG) lors de l'anesthésie d'un patient:
"Nous avons enfin un signal physiologique objectif pour mesurer le moment où une personne est inconsciente sous anesthésie."

Modèles EEG chez les patients épileptiques

Un EEG est une machine qui enregistre l'activité électrique du cerveau à travers des électrodes sur le cuir chevelu. Il mesure les variations de tension résultant des divers courants qui circulent entre les neurones ou les cellules du cerveau.
Pour leur étude, Purdon et ses collègues ont étudié des patients épileptiques qui avaient des électrodes implantées dans leur cerveau pour surveiller les crises et subissaient une opération pour les éliminer.
Les patients ont reçu un anesthésique commun connu sous le nom de propofol et leur activité cérébrale a été surveillée par l'EEG.
Le propofol active les récepteurs sur les neurones, de manière à rendre les cellules cérébrales moins actives, bien que la façon dont cela se passe ne soit pas claire.
Les chercheurs ont remarqué la EEG a montré un modèle distinct au point où la conscience était perdue. C'était environ 40 secondes après avoir reçu l'anesthésique et était défini par le moment où les patients cessaient de répondre aux sons qui leur étaient joués toutes les quatre secondes.

Modèle distinct de l'activité cérébrale globale et locale

Pour enregistrer l'activité cérébrale, Purdon et ses collègues ont utilisé deux tailles d'électrodes différentes, chacune prenant une lecture différente de l'activité cérébrale. Les plus grosses électrodes, de la taille d'une grosse pièce, ont été placées à environ 1 cm l'une de l'autre et ont enregistré l'ensemble des ondes EEG ou cérébrales.
Les électrodes plus petites et plus localisées étaient concentrées dans un groupe de lignes d'environ 4 mm de largeur. Entre 50 et 100 d'entre eux ont été implantés chez chaque patient, dans différentes régions du cerveau.
Ces électrodes plus petites enregistrent l'activité des neurones individuels et on pense que cette étude est la première à enregistrer l'activité des neurones chez les patients lorsqu'ils perdent conscience.
Les grandes électrodes ont montré qu’en une ou deux secondes des patients perdaient conscience, le motif EEG se transformait soudain en oscillations basse fréquence, à environ 1 cycle par seconde (environ 1 Hz).

Cela a coïncidé avec les petites électrodes montrant un motif "scintillant" au niveau des neurones individuels. Les neurones individuels dans les régions cérébrales localisées étaient actifs pendant quelques centaines de millisecondes, puis sont devenus silencieux pendant quelques centaines de millisecondes. Cela a créé le modèle oscillant vu sur l'EEG, affirment les chercheurs.
«Nous montrons que l’inconscience induite par le propofol se produit quelques secondes après le début brutal de la maladie (le silence périodique évite la communication dans le cerveau. Un des auteurs principaux, Laura Lewis, étudiante du département de cerveau et des sciences cognitives du Massachusetts) Institute of Technology (MIT):
"Dans un espace restreint, les choses peuvent sembler assez normales, mais en raison de ces silences périodiques, tout est interrompu toutes les quelques centaines de millisecondes, ce qui empêche toute communication."
"Quand une zone était active, il était probable qu'une autre zone cérébrale avec laquelle elle essayait de communiquer n'était pas active. Même lorsque les neurones étaient actifs, ils ne pouvaient toujours pas envoyer d'informations à d'autres régions du cerveau", explique-t-elle.

La perte de conscience pourrait être un "échec de l'intégration de l'information"

Michael Avidan est professeur d'anesthésiologie à la faculté de médecine de l'Université de Washington et n'a pas participé à l'étude. Il décrit les résultats comme "passionnants" et suggère qu'ils offrent des preuves neurobiologiques pour la "théorie de l'intégration de l'information" de la conscience. Cette théorie suggère que les réseaux cérébraux à grande échelle intègrent les informations des sens pour générer notre impression globale du monde qui nous entoure.
Lorsque nous perdons conscience, il peut encore y avoir des informations «qui arrivent dans le cerveau, mais ces informations restent localisées et ne sont pas intégrées dans une image cohérente», explique-t-il.
Un autre auteur principal, Emery Brown, professeur de sciences du cerveau et des sciences cognitives et des sciences et technologies de la santé au MIT et anesthésiste chez MGH, affirme que ce mécanisme d’échec de l’intégration de l’information a déjà été avancé. mais ce n'était pas clair comment cela fonctionnait.
"Ce résultat réduit considérablement les possibilités. De manière très fondamentale, cela limite les possibilités des mécanismes", ajoute-t-il.

Anesthésie réussie: maintenir un équilibre délicat

Les chercheurs espèrent que ce schéma aidera les anesthésiologistes à améliorer la surveillance des patients lorsqu’ils reçoivent une anesthésie, prévenant ainsi les rares cas où les patients se réveillent pendant les opérations ou lorsque trop d’anesthésiques les empêchent de respirer.
À l'heure actuelle, les anesthésiologistes surveillent les patients sous anesthésie avec des enregistrements qui calculent un indice de l'EEG. Mais cet indice peut masquer la physiologie sous-jacente visible directement dans les ondes lentes.
Brown dit que leurs conclusions suggèrent ils devraient examiner et interpréter les oscillations dans les lectures EEG brutes.
"Si vous faites cela, vous avez un moyen physiologiquement lié de savoir quand une personne est inconsciente. Nous pouvons prendre ceci dans la salle d'opération aujourd'hui et donner de meilleurs soins aux patients", ajoute-t-il.
L'équipe va maintenant regarder ce qui se passe dans le cerveau quand il reprend conscience. Ils ont déjà commencé à examiner les effets d'autres médicaments d'anesthésie, pour voir s'ils génèrent les mêmes schémas cérébraux.
Purdon dit que d'après les études EEG, il semble y avoir beaucoup d'autres médicaments produisant les mêmes oscillations lentes. Mais il y a aussi un certain nombre qui "font quelque chose de totalement différent", ajoute-t-il.
Les fonds des Instituts de santé Nationa (NIH), de la Fondation canadienne de la recherche et de l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux ont aidé à financer cette étude.
Écrit par Catharine Paddock PhD

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