Hersencellen doen onder narcose iets wat alleen wakkere mensen zouden kunnen

Onder volledige narcose hoort je brein te stoppen met de soort complexe verwerking waarmee je grammatica ontleedt en woorden herkent. Dat was tenminste wat lang werd aangenomen. Maar in de hippocampus hebben zenuwcellen die memo niet ontvangen.

De hippocampus is een stukje weefsel dat zich diep in de slaapkwab bevindt. Het hersendeel is onder meer belangrijk voor geheugen en verfijnde cognitieve verwerking. Wat dit gebied doet bij iemand die volledig onder narcose ligt, was tot nu toe vrijwel onmogelijk om te bestuderen. Niemand opent zomaar de hersenen van een gezonde proefpersoon.

De auteurs van dit onderzoek kregen die kans nu wel, bij zeven patiënten met onbehandelbare slaapkwabepilepsie. Bij hen werd een stuk van de hippocampus operatief verwijderd om hun aanvallen onder controle te krijgen. Vlak voor de ingreep brachten de onderzoekers er zogenoemde Neuropixels-probes in. Dat zijn extreem dunne staafjes met sensoren die de signalen van afzonderlijke zenuwcellen vast kunnen leggen.

Tijdens de metingen kregen de patiënten audio te horen via een koptelefoon. Soms was dat een repetitieve reeks piepjes met hier en daar een afwijkende toon. Anderen kregen een aflevering van een podcast te horen.

Al slapend leert men

Wanneer er tussen al de identieke piepjes plots een afwijkende toon binnenkwam, reageerden tientallen neuronen in de hippocampus anders dan bij de standaardtoon. Het brein registreerde dus het verschil, ook al was er niemand thuis om bewust mee te luisteren.
Naarmate het experiment vorderde, werd het vermogen om verschillen te onderscheiden trouwens alleen maar scherper. Gedurende een periode van zo’n tiental minuten leerde het neurale netwerk de uitzondering steeds betrouwbaarder te herkennen. Het lijkt op een vorm van leren dus, midden in een operatie.

“Het was echt verrassend dat we dit vonden”, vertelt eerste auteur van de studie Kalman Katlowitz aan Scientias.nl. “Hoewel al langer bekend is dat er een bepaald niveau van verwerking behouden blijft in een onbewuste toestand, werd dit niveau van verfijning tot nu toe alleen verwacht in wakkere toestanden. Onze belangrijkste bevinding hier was de ongelooflijke complexiteit die mogelijk is, zelfs onder anesthesie.”

Leestip: Waarom samen dansen zo goed voelt: je hersenen synchroniseren

Ook hele zinnen

Het wordt nog gekker. Vier patiënten kregen zoals gezegd complete podcastfragmenten te horen. De onderzoekers keken woord per woord hoe de neuronen hierop reageerden. De hippocampus, zo blijkt hieruit, reageerde wel degelijk op de betekenis van woorden.
Sommige cellen werden actiever bij plaatsnamen, andere bij actiewoorden en weer andere bij sociale of emotioneel geladen termen. De zenuwcellen pikten zelfs grammaticale categorieën op. Zelfstandige naamwoorden gaven bijvoorbeeld een ander vuurpatroon dan bijvoeglijke naamwoorden.

Bovendien: vlak voordat een woord daadwerkelijk klonk, was er in de neurale activiteit al iets van de betekenis ervan terug te vinden. Het brein leek als het ware het volgende woord te anticiperen.

Maar blijft er effectief iets hangen? “Niet dat ze zich konden herinneren”, zegt Katlowitz. “Het is moeilijk om te zeggen of er op lange termijn onbewuste effecten zijn. Door experimentele beperkingen zijn onze metingen momenteel beperkt tot de periode tijdens de operatie. We werken echter, samen met collega’s, actief aan versies van deze hoge-resolutie-arrays die geschikt zijn voor subacute of zelfs chronische metingen.”

Een ‘ondergrens’ voor bewustzijn

Dit onderzoek help een van de oudste vragen in de wetenschap te beantwoorden: waar zit eigenlijk het ‘bewuste’ van bewustzijn?
“Onze studie ondersteunt het idee dat bewustzijn veel complexer is dan de representatie van zintuiglijke informatie, hoe cognitief complex die ook is”, aldus Katlowitz. “Hoewel we geen onderscheid kunnen maken tussen de vele theorieën over hoe bewustzijn ontstaat, tonen we wel aan dat brede netwerkcoördinatie (zoals het taalsysteem) kan blijven bestaan, zelfs in afwezigheid van bewustzijn. Ik zie onze studie graag als het aangeven van een ondergrens voor bewustzijn.”

En nee, je moet niet bang zijn voor een operatie

Het feit dat het brein onder narcose nog allerlei onverwachte processen uitvoert, betekent absoluut niet dat je bang moet zijn. “We zijn niet daadwerkelijk bewust onder narcose. Dit wijst eerder op een belangrijk onderscheid. Het menselijk brein heeft twee opmerkelijke vermogens: complexe cognitieve verwerking en bewustzijn. De kernboodschap van onze studie is dat deze twee niet noodzakelijk samenhangen; het brein blijft actief en capabel, zelfs zonder bewustzijn.”

Met de opkomst van AI is dat misschien minder verrassend dan vroeger. ChatGPT of Claude zijn ook niet bewust, maar kunnen steeds indrukwekkendere cognitieve taken uitvoeren. “De echte vraag is dan: wat is (als die er al is) de functie van bewustzijn? Filosofen buigen zich al millennia over die vraag, maar de neurowetenschap begint nu pas bij te benen”, besluit Katlowitz.

We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Onderzoekers weten eindelijk waarom vrouwen vaker onbedoeld uit narcoses ontwaken en Zien is complexer dan we dachten: het gaat alle kanten op in het brein. Of lees dit artikel: Cannabisgebruik lijkt de groeisnelheid van het tienerbrein af te remmen.

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: