Определить, что такое смерть с точки зрения неврологии - сложная задача. Это не одномоментный переход от жизни к смерти, а скорее процесс, длящийся несколько минут, который в некоторых случаях может быть обращён вспять.
Учёные исследовательской группы «Динамика эпилептических сетей и возбудимости нейронов» Парижского института мозга в своём недавнем исследовании продемонстрировали, что после длительного периода кислородного голодания - так называемой аноксии - деятельность мозга претерпевает каскад последовательных изменений, которые теперь можно точно описать.
Когда мозг перестаёт получать кислород, запасы АТФ, топлива для клеток, быстро истощаются, это приводит к нарушению электрического баланса нейронов и массированному выбросу глутамата, важнейшего возбуждающего нейромедиатора в нервной системе.
«Сначала происходит своего рода отключение нейронных цепей... После этого наблюдается всплеск активности мозга - в частности, увеличение гамма- и бета-волн», - объясняет Северин Махон, исследователь в области неврологии. «Эти волны обычно ассоциируются с сознательным опытом. В данном контексте они могут быть задействованы в околосмертных переживаниях, о которых рассказывают люди, которые пережили остановку дыхания».
После этого происходит постепенное снижение активности нейронов, пока не наступает состояние полной электрической тишины, соответствующее ровной электроэнцефалограмме. Однако эту тишину быстро прерывает деполяризация нейронов, которая принимает форму высокоамплитудной волны, известной как «волна смерти», которая изменяет функции и структуру мозга.
«Это критическое событие, называемое аноксической деполяризацией, вызывает гибель нейронов во всей коре головного мозга. Она является истинным маркером перехода к прекращению всей активности мозга», - добавляет Антуан Картон-Леклерк, аспирант и первый автор исследования.
До сих пор исследователи не знали, где в коре начинается волна смерти и распространяется ли она однородно по всем слоям коры. «Мы уже знали, что последствия аноксической деполяризации можно обратить вспять, если удастся реанимировать испытуемого в течение определённого времени», - говорит Картон-Леклерк. «Нам ещё предстояло узнать, каким областям мозга волна смерти может нанести наибольший ущерб, чтобы максимально сохранить функции мозга».
Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи использовали на крысах регистрацию локальных полевых потенциалов и запись электрической активности отдельных нейронов в различных слоях первичной соматосенсорной коры - области, которая играет важнейшую роль в представлении тела и обработке сенсорной информации. Затем они сравнили электрическую активность этих слоёв до и во время аноксической деполяризации.
«Мы заметили, что активность нейронов была относительно однородной в начале аноксии мозга. Затем в пирамидальных нейронах, расположенных в слое 5 неокортекса, возникла волна смерти, которая распространялась в двух направлениях: вверх, то есть к поверхности мозга, и вниз, то есть в белое вещество», - объясняет Северин Махон. «Мы наблюдали такую же динамику в различных экспериментальных условиях и считаем, что она может существовать и у людей».
Полученные результаты также свидетельствуют о том, что глубокие слои коры наиболее уязвимы к кислородному голоданию - возможно, потому, что пирамидальные нейроны в слое 5 имеют исключительно высокие энергетические потребности. Однако когда исследователи вновь насытили мозг крыс кислородом, клетки пополнили свои запасы АТФ, что привело к реполяризации нейронов и восстановлению синаптической активности.
«Благодаря новому исследованию углубляется понимание нейронных механизмов, которые лежат в основе изменений активности мозга по мере приближения смерти. На данный момент установлено, что с физиологической точки зрения смерть - это процесс, который занимает некоторое время... и что в настоящее время невозможно строго отделить его от жизни. Нам известно, что ровная ЭЭГ не обязательно означает окончательное прекращение функций мозга», - заключает профессор Стефан Шарпье, руководитель научного проекта.
«Сейчас нам нужно установить точные условия, при которых эти функции могут быть восстановлены, и разработать нейропротекторные препараты для поддержки реанимации в случае сердечной и лёгочной недостаточности», - говорит Шарпье.