Dans les salles d’opération et les unités de soins intensifs des hôpitaux, le propofol est un médicament de choix, largement utilisé pour sédater les patients pour leur confort ou les rendre complètement inconscients pour des procédures invasives.
Le propofol agit rapidement et est bien toléré par la plupart des patients lorsqu'il est administré par un anesthésiste. Mais que se passe-t-il à l'intérieur du cerveau lorsque les patients sont endormis et que révèle-t-on sur la conscience elle-même ?
Des chercheurs de l’UM qui étudient la nature de la conscience ont utilisé avec succès le médicament pour identifier la géométrie cérébrale complexe derrière l’état inconscient, offrant un aperçu sans précédent des structures cérébrales qui ont traditionnellement été difficiles à étudier.
La conscience a fait l’objet d’études sous différents angles et la compréhension des fondements neurobiologiques de la conscience comporte des implications majeures pour de multiples disciplines médicales telles que la neurologie, la psychiatrie et l’anesthésiologie.
Zirui Huang, Ph.D., professeur adjoint de recherche au département d'anesthésiologie de la faculté de médecine de l'UM
Jusqu’à présent, les chercheurs ont débattu de la manière dont les anesthésiques suppriment la conscience. Plus précisément, ils se sont demandé si leur site d’action se situait principalement dans le thalamus, une structure en forme d’œuf située au plus profond du cerveau, qui reçoit les informations de ce que nous voyons, touchons et entendons, ou dans le cortex cérébral, qui traite ces informations de manière complexe.
Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Communications et dirigée par Huang, George Mashour, MD, Ph.D. et Anthony G. Hudetz, Ph.D., du UM Center for Consciousness Science décrit pour la première fois chez l'homme comment les connexions entre les cellules cérébrales de ces deux zones importantes sont modifiées par le propofol.
Chez des volontaires sains, ils ont cartographié les changements dans l'architecture du cerveau avant, pendant et après la sédation au propofol, guidés par l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Cela leur a permis de surveiller le flux sanguin vers les zones du cerveau lorsque les participants à l'étude entraient et sortaient d'un état d'inconscience.
Au départ, explique Huang, le thalamus présente un niveau équilibré d'activité des deux noyaux spécifiques (groupes de cellules cérébrales) qui envoient des informations sensorielles à des zones hautement définies du cortex – connues sous le nom de traitement unimodal – et des noyaux non spécifiques qui envoient des informations de manière plus diffuse à travers une couche supérieure du cortex, connue sous le nom de traitement transmodal.
L'équipe a constaté que, sous sédation profonde, le thalamus présentait une réduction drastique de l'activité dans les groupes de cellules cérébrales responsables du traitement transmodal conduisant à un modèle unimodal dominant, suggérant que même si les entrées sensorielles sont toujours reçues, il n'y a pas d'intégration de ces entrées.
« Le domaine se concentre sur les effets anesthésiques sur le thalamus et le cortex depuis plus de deux décennies. Je pense que cette étude fait progresser considérablement la neurobiologie », a déclaré George Mashour, MD, Ph.D., professeur d'anesthésiologie et de pharmacologie et fondateur du UM Center for Consciousness Science.
Ensuite, ils ont découvert les types de cellules spécifiques qui ont joué un rôle dans le passage à un état inconscient et leur relation avec le changement dans le traitement thalamique. Le thalamus contient au moins deux types de cellules distincts, a déclaré Huang, les cellules centrales et les cellules matricielles.
« Nous avons maintenant des preuves convaincantes que les connexions généralisées des cellules de la matrice thalamique avec le cortex d'ordre supérieur sont essentielles à la conscience », explique Hudetz, professeur d'anesthésiologie à l'UM et actuel directeur du Centre pour la science de la conscience.
En imaginant que le cortex est stratifié comme un oignon, les cellules centrales se connectent aux couches inférieures tandis que les cellules matricielles se connectent aux couches supérieures de manière plus dispersée. En mesurant les signatures d'expression d'ARNm – comme des badges d'identification pour les cellules – ils ont pu voir qu'une perturbation de l'activité des cellules matricielles jouait un rôle plus important dans la transition vers l'inconscience que les cellules centrales. Une surprise supplémentaire a été que le GABA, un important transmetteur inhibiteur dans le cerveau généralement considéré comme essentiel aux actions du propofol, ne semblait pas jouer un rôle aussi important que prévu.
« Les résultats suggèrent que la perte de conscience pendant la sédation profonde est principalement associée à la perturbation fonctionnelle des cellules matricielles réparties dans tout le thalamus », a déclaré Huang.
