在對一隻母雞、他家的狗、金魚和他自己進行麻醉試驗後，牙醫威廉·莫頓（William Morton）認為時機已經成熟。在1846年10月16日那天，他趕忙來到馬薩諸塞州總醫院的外科手術室，進行了那場在後來被認為是首例成功的公開全身麻醉手術。
他制作的乙醚與橙油（隻是為了增加香氣）混合物使得一個年輕男性在外科醫生割除他頸部的腫瘤時失去了意識。對在場的學生和臨床醫生們來說，這仿佛是一個奇跡。醚類藥物和患者大腦之間的一些奇妙的化學反應令患者悄悄潛入一種類似淺睡的狀態。這讓他幾乎沒有任何不適地度過了一場本應十分痛苦的手術，隨即在術後帶著對手術模糊的記憶恢復了清醒。
全身麻醉重新定義了外科手術及醫學，但歷經一個多世紀，它依然存在重大風險。過多的藥物鎮靜會導致神經認知障礙，甚至會縮短壽命；而過少的藥物鎮靜則會令患者在術中處於創傷性的、痛苦的清醒狀態。到目前為止，科學家們已經認識到，通常來說，麻醉類藥物會通過更改大腦各部分之間的信息交流方式使人進入無意識狀態，但他們仍不完全明白其中的機理。雖然麻醉主要作用於大腦，但麻醉師在麻醉病人時並不會監測他們的大腦。
直到過去十年，一些對發生改變的意識狀態感興趣的神經科學家才開始將麻醉作為一種研究手段。密歇根大學的神經麻醉學家喬治·馬舒爾（George Mashour）致力於讓病人在神經外科手術期間保持昏迷並為他們提供相稱的疼痛管理，馬舒爾對此評論道：“這正是麻醉學中最具諷刺意味的地方。”
馬舒爾是試圖改變這一現狀的臨床醫生和科學家中的一員。他們越來越多地將神經科學的工具搬進手術室來追蹤患者的大腦活動，並在健康的受試者身上進行麻醉測試。這些先行者的目標在於弄清該如何更加安全地麻醉他們的病人，為每一位病人量身定制劑量，並在手術中時刻調整。他們還想要進一步了解是什麼控制著意識狀態之間的轉換，甚至希望能夠“破譯昏迷的密碼”。
當大腦處於麻醉狀態時
如今的麻醉藥庫不再使用莫頓的原始配方，取而代之的是更新、更安全的藥物。這些藥物包括七氟醚和異氟烷等以醚為基礎的吸入劑，還有被廣泛使用的靜脈麻醉劑異丙酚。上述所有藥物都比早期的醚類麻醉劑在機體內消失得更快，使得患者能夠更快地恢復意識。（它們也降低了在手術室引起火災和爆炸的概率，此類事件在20世紀上半葉經常發生。)
盡管藥物已得到諸多改善，但與過度鎮靜相關聯的風險仍然很高。根據手術的復雜程度和時間長短，有17%到43%的患者可能在術後產生認知障礙，尤其是在記憶和執行功能兩個方面[1]。這些癥狀通常隻會在術後持續一到兩周，但幾乎不存在關於普通人群術後六個月之後的認知功能變化的嚴謹研究。
對於65歲以上的成年人來說，最常見的手術並發癥是術後精神錯亂（post-operative delirium），其表現包括註意力不集中、思維混亂或是意識水平改變。對於不同患者而言，精神錯亂可以持續幾個小時到幾個月不等，並且可能是長期認知能力下降的一個獨立風險因素[2]。
美國麻醉醫師協會圍手術期*腦健康倡議組織（American Society of Anesthesiologists Perioperative Brain Health Initiative）表示，通過術前認知評估以及在術中監測血液中的生物標記物和腦電圖，每10名患者中就有4人可以預防精神錯亂。該組織是一個全國性的非營利組織，旨在促進老年人術中和術後的腦健康。
*譯者註：圍手術期（perioperative period）是指圍繞手術的全過程，這一過程從病人決定接受手術治療開始，到手術治療直至基本康復結束，包含術前、術中及術後的一段時間。術前準備主要包括醫生全面了解病人疾病情況，為保證手術安全進行體格檢查和輔助檢查，以及對病人進行疾病及手術的宣教。鼓勵病人表達對手術的焦慮、感受或疑問，並給予支持和疏導；手術過程中，醫護人員需要出色地完成手術，最大限度地保證病人的安全與舒適；術後管理包括進行規范的術後評估，制定及實施術後治療及康復計劃，以減少術後並發癥的發生，讓病人安全且舒適的接受術後治療，直至康復。摘自中國工程院。
全身麻醉重新定義了外科手術和醫學，但一個多世紀過去了，它仍然存在風險，包括出現在手術台上的“術中覺醒”，1000名患者中約有1人報告有過這種體驗。
哥倫比亞大學麻醉學副教授保羅·加西亞指出，一些研究表明，患有阿爾茨海默病或輕度認知損傷等認知缺陷的人，遭受長期認知損傷和術後精神錯亂的風險最高。然而，該論斷到目前為止還沒有在學界達成共識。致病的風險因素仍不清楚，部分原因在於研究中對術後認知功能障礙的定義不同。
一小部分病人[3]（大約1000人中的1或2人，盡管數值估計可能存在差異）報告他們經歷過“術中覺醒”，能夠回憶起他們在全身麻醉期間的一些醫療過程。研究人員指出，對許多病人而言，這種經歷雖然很奇怪，但無關緊要。然而，這些病人中約有50%的人表明，術中覺醒帶來的創傷在數年後仍然揮之不去，這被證實對他們造成了長期的心理傷害，甚至是創傷後應激障礙。
當麻醉師需要限制麻醉劑量來保護病人時，例如當病人遭受外傷性損傷或緊急剖腹產時心率或血壓受到威脅時，病人在手術台上再度擁有覺知的風險似乎最高。此外，麻醉還有一些輕度的、短暫的副作用，例如嘔吐和困倦。
如今的麻醉學與1846年莫頓的演示不同，當時莫頓隻是給病人註射麻藥，並沒有參與到手術過程中，但現在的麻醉學包含著在手術過程中進行持續的護理：臨床醫生需要在整個手術過程中監測病人的生命體征，如心率、血壓和體溫，並根據需要及時調整麻藥劑量。然而，醫學委員會並不要求在手術過程中監控病人的大腦，醫學院也沒有相關的培訓。
腦電信號的可信度究竟幾何
自20世紀40年代以來，科學家們就知道原始腦電圖信號可以用來監測病人在麻醉誘導下的睡眠深度。在20世紀90年代，科學家們開始處理這些原始數據，將它們量化為一個指數來評估被麻醉的病人的意識水平。但是，在手術室中使用腦電圖實時跟蹤病人大腦活動的做法仍然十分罕見，幾乎沒有數據可以說明其使用有多廣泛。
2011年，著名的麻醉師埃默裡·佈朗（Emery Brown）開始使用腦電圖來追蹤病人的腦電波，腦電波是腦電活動的簡略表征。他估計，在過去的三年中，在馬薩諸塞州總醫院的麻醉師同行中有四分之一的人也已經開始使用腦電圖監測病人的大腦活動。
腦電圖記錄了大腦中交流神經元之間的電化學活動。當大腦陷入麻醉誘導的無意識狀態時，這種交流活動遵循一種可預測的序列模式。腦電圖通過貼在頭皮上的電極記錄下這些序列，這些序列之後在監視器上被視覺化為尖尖的波。當病人處於全身麻醉時，由於藥物破壞了使我們保持清醒並具有意識的神經網絡彼此之間的連接，通常情況下，腦電波攀升到波峰的速度會變得更慢，振幅變得更大。
例如，異丙酚會增強對皮層神經元的抑制，破壞皮層之間的交流，而皮層正是思考和理解環境刺激等復雜功能的中樞。此外，它還會抑制大腦皮層、腦幹和丘腦之間的交流。丘腦是大腦深處一個雞蛋狀的神經元集合，其對於感覺信息處理和睡眠後的清醒而言至關重要。
並非所有人都相信腦電圖監測會為麻醉學帶來改變。臨床試驗測試了腦電圖引導的麻醉劑量是否有助於患者更好地進入鎮靜狀態以及從中恢復，迄今為止得出的結論好壞參半[4]，更多的研究正在進行中。當病人的身體狀況已經惡化到非動手術不可時，其病況本身而非麻醉便可能是長期認知能力受影響的原因所在；術後造成的機體炎癥反應也可能會對此造成影響[5]。
腦電圖實現有效監測的一個潛在障礙是，追蹤大腦活動常用的技術依賴於專有算法來處理原始數據並生成一個指數。包括佈朗在內的一些人認為，這個指數過分簡化了腦電波和麻醉程度之間關系的復雜性。由於算法的專有屬性，其他科學家也很難評估這些指數的準確性。
當下最流行的腦電圖指數工具雙頻指數檢測器（Bispectral Index Monitor）在九十年代被引入，它使用雙譜處理（bispectral processing）的方式來確定腦電圖各頻率之間的關系，然後將這個值與臨床腦電圖和行為數據進行比對，從而提供患者的鎮靜指數。但它並沒有將大腦對全身麻醉的反應隨年齡變化而變化這一變量納入考慮[6]，因此在年齡較大的患者中，這個指數可能不那麼準確[7]。加西亞說：“這個指數真的不能告訴你太多關於麻醉下的大腦的健康狀況的信息。”
加西亞和其它一些人認為，原始腦電圖數據或許仍然是有用的。過去10年間發表的一些研究發現原始的腦電圖模式之間存在著關聯，比如突發抑制（在腦電圖中表現為象征著平靜神經元活動的近乎平坦的線被突發的神經元爆發性活動打亂）和老年患者術後出現的精神錯亂和其他認知問題[8]。在一項對626名年齡從44歲到71歲不等的病人的研究中，加西亞和他的同事發現，那些在全身麻醉維持階段失去意識後表現出突發抑制狀況的病人，醒來後發生精神錯亂的可能性幾乎是正常人的兩倍[9]。
在手術室之外，研究人員也開始對沒有進行任何手術的健康人群進行全身麻醉實驗。研究他們從麻醉誘導的睡眠中醒來後會發生什麼，這可以為大腦應當如何恢復意識提供“路線圖”。馬舒爾和他的同事們發現，健康的大腦在短短幾個小時內就能迅速恢復。他們還發現，一些更為高級、復雜的功能會首先恢復，比如執行功能[10]。
在30名接受了三小時全身麻醉並在隨後幾小時內完成了認知測試的受試中，主要由前額葉皮層協調的解決抽象問題的能力似乎首先得到了恢復，而註意力和反應時間恢復得相對較慢。三小時之內，他們所有的心智功能都恢復到了基線水平，麻醉組與對照組的表現沒有明顯區別。隨著受試認知能力的恢復，研究人員還註意到一種被稱為後主導節律（posterior dominant rhythm）的特定腦電圖節律的頻率有所下降，這種節律通常在人們閉眼休息但保持清醒時出現。
研究人員堅信，全身麻醉後這種節律頻率的變化很可能是認知恢復的神經指標。雖然研究人員僅是在健康的年輕受試中發現了這種信號，但它具有成為跟蹤患者術後恢復情況的生物標記的潛力[11]，該信號或許可以幫助麻醉師降低他們在麻醉過程中造成病人認知障礙的風險。
麻醉的意義遠超麻醉本身
深入了解患者如何從麻醉中蘇醒以及在何種情況下意識會掙紮，還可以幫助科學家解決一個更棘手的問題：如何治療包括昏迷在內的意識障礙。全身麻醉有助於研究這些問題，因為研究人員可以運用它來控制受試進入和脫離無意識狀態，並追蹤記錄麻醉起作用和消退時大腦活動的變化。與麻醉類似，昏迷似乎也改變了大腦網絡不同區域之間的必要交流。例如，無論是昏迷還是全身麻醉，大腦皮層和丘腦之間的交流都會減慢。
比利時列日大學的研究助理阿西那·德默茨（Athena Demertzi）認為全身麻醉是“一個絕佳的用於深入研究機體的回應能力和意識喪失的工具，因為你可以同時在這兩個狀態的邊緣上觀察。觀察這些大腦網絡結構在不同麻醉狀態下的變化尤其有趣。”
研究人員已經開始使用麻醉來測試潛在的昏迷療法。例如，人們發現常用於治療多動癥（ADHD）的利他林（ritalin），可能通過刺激腦幹腹側被蓋區（喚醒網絡中的一個節點）的多巴胺信號使大鼠在全身麻醉後恢復意識[12]。對於因外傷性腦損傷而昏迷的人來說，他們大腦內部的某些連接也許仍保存完好。佈朗和他的同事們正在測試利他林是否可以通過留存下來的連接促進這類患者的意識恢復，並正在啟動一期臨床試驗。
德默茨的工作則是想探究是否有方法可以與那些仍與周圍環境保持某種關聯但無法溝通的意識障礙患者取得聯系。在一些無意識狀態下，病人對自我和身體的覺知仍保持完整。一種探測這些無意識的病人是否具有區分自我與外界的邊界感的方法是用水沖他們的耳朵。
在一項即將進行的研究中，德默茨將對健康志願者進行全身麻醉。在用水沖洗他們的內耳的同時，他會通過腦電圖監測他們的大腦活動。水湧入內耳會擾亂他們的前庭系統，前庭系統會向大腦發送身體在空間中的位置信息。對於意識清醒的人來說，水湧入內耳會引發快速的、不自覺的眼球運動，並產生令人作嘔的眩暈感。但是，一旦大腦和身體習慣並了解會發生什麼，這種反應在多次重復後就會減弱。
德默茨懷疑，如果她沖洗的是被麻醉的受試的耳朵，他們會表現出與前庭系統紊亂一致的大腦活動，但在多次沖洗耳朵後，這種反應也會減弱。她最終的想法是通過鑒別追蹤大腦活動的不同腦電信號來確定一個人的意識水平。
佈朗說：“使用麻醉來研究大腦並不是一個熱門的話題，但它理應是熱門的。”我們越是了解這些廣泛使用的藥物對大腦的作用，我們就能更好地照顧處於各種意識狀態的病人。
參考文獻
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原文：https://nautil.us/under-anesthesia-where-do-our-minds-go-20845/
