แบบจำลองใหม่ที่เผยแพร่ในPLOS Computational Biologyอิงตามการวัดจังหวะของสมองจากมนุษย์ 9 คนและสัตว์ 2 คนกำหนดสถานะการทำงานของสมองที่ชัดเจนและมีลักษณะเฉพาะที่เกิดขึ้นระหว่างการดมยาสลบที่เกิดจากคีตา รวมถึงระยะเวลาที่แต่ละครั้ง นอกจากนี้ยังติดตามรูปแบบการสลับสถานะจากที่หนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง ดังนั้น "แบบจำลองมาร์กอฟที่ซ่อนเบต้า" จึงให้วิสัญญีแพทย์ นักประสาทวิทยา และนักวิทยาศาสตร์ด้านข้อมูลพร้อมคำแนะนำในหลักการว่าการระงับความรู้สึกด้วยคีตามีนส่งผลต่อสมองอย่างไรและผู้ป่วยจะได้รับประสบการณ์อย่างไร

ในห้องทดลองของผู้เขียนอาวุโส Emery N. Brown วิสัญญีแพทย์ที่ MGH และ Edward Hood Taplin ศาสตราจารย์ด้าน Computational Neuroscience ที่ MIT ได้พัฒนาการวิเคราะห์ทางสถิติเพื่อระบุลักษณะการทำงานของสมองภายใต้การดมยาสลบด้วย propofol แต่เมื่อการศึกษาใหม่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าคีตามีนผลิต เอฟเฟกต์ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง ความพยายามในการทำความเข้าใจยาให้ดีขึ้นและปรับปรุงผลลัพธ์ของผู้ป่วยจึงขึ้นอยู่กับการมีแบบจำลองเฉพาะของคีตามีน

"ตอนนี้เรามีสัดส่วนการถือหุ้นทางสถิติที่มั่นคงอย่างยิ่งในด้านของคีตาและพลวัตของมัน" บราวน์ศาสตราจารย์ในภาควิชาสมองและความรู้ความเข้าใจของ MIT และสถาบันวิศวกรรมการแพทย์และวิทยาศาสตร์รวมถึงโรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ดกล่าว

การสร้างแบบจำลอง

หลังจากที่เพื่อนร่วมงานที่ MGH แสดงรูปแบบการสลับจังหวะของจังหวะแกมมาความถี่สูงและจังหวะเดลต้าความถี่ต่ำมากในผู้ป่วยภายใต้การดมยาสลบ ketamine ทีมงานของ Brown ซึ่งนำโดยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Indie Garwood และ postdoc Sourish Chakravarty ได้ทำการวิเคราะห์อย่างเข้มงวด Chakravarty แนะนำ Garwood ว่าแบบจำลอง Markov ที่ซ่อนอยู่อาจเหมาะสมกับข้อมูลได้ดีเพราะเหมาะสำหรับการอธิบายระบบที่สลับไปมาระหว่างสถานะที่ไม่ต่อเนื่อง

เพื่อทำการวิเคราะห์ Garwood และทีมงานได้รวบรวมข้อมูลจากสองแหล่งหลัก การวัดหนึ่งชุดมาจาก EEG ที่ติดหน้าผากในผู้ป่วยศัลยกรรม 9 รายที่อาสารับยาสลบที่เกิดจากคีตามีนเป็นระยะเวลาหนึ่งก่อนทำการผ่าตัดด้วยยาสลบเพิ่มเติม อีกส่วนหนึ่งมาจากอิเล็กโทรดที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าของสัตว์สองตัวในห้องทดลองของ Earl Miller ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยา Picower ที่ MIT

การวิเคราะห์การอ่านด้วยโมเดล Markov ที่ซ่อนอยู่ โดยใช้การแจกแจงแบบเบต้าเป็นแบบจำลองการสังเกต ไม่เพียงแต่จับและแสดงลักษณะการสลับระหว่างจังหวะแกมมาและเดลต้าที่สังเกตได้ก่อนหน้านี้เท่านั้น แต่ยังรวมถึงสถานะอื่นๆ ที่ละเอียดอ่อนอื่นๆ อีกสองสามที่ผสมจังหวะทั้งสองเข้าด้วยกัน

ที่สำคัญ แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าสถานะต่างๆ เคลื่อนผ่านลำดับลักษณะเฉพาะ และกำหนดระยะเวลาที่แต่ละสถานะจะคงอยู่ Garwood กล่าวว่าการเข้าใจรูปแบบเหล่านี้ช่วยให้สามารถคาดการณ์ได้มากในลักษณะเดียวกับที่ผู้ขับขี่รายใหม่สามารถเรียนรู้ที่จะทำนายสัญญาณไฟจราจรได้ ตัวอย่างเช่น การเรียนรู้ว่าไฟเปลี่ยนจากสีเขียวเป็นสีเหลืองเป็นสีแดง และแสงสีเหลืองใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีสามารถช่วยให้ผู้ขับขี่รายใหม่คาดการณ์ว่าจะทำอย่างไรเมื่อมาถึงทางแยก ในทำนองเดียวกัน วิสัญญีแพทย์ติดตามจังหวะในผู้ป่วยสามารถใช้ผลการวิจัยเพื่อให้แน่ใจว่าสภาวะของสมองมีการเปลี่ยนแปลงตามที่ควรจะเป็น หรือทำการปรับเปลี่ยนหากไม่เป็นเช่นนั้น

การกำหนดลักษณะของรูปแบบของสมองและการเปลี่ยนแปลงจะช่วยให้นักประสาทวิทยาเข้าใจได้ดีขึ้นว่าคีตามีนทำหน้าที่อย่างไรในสมอง บราวน์กล่าวเสริม ในขณะที่นักวิจัยสร้างแบบจำลองการคำนวณของวงจรสมองที่อยู่เบื้องล่างและการตอบสนองต่อยา เขากล่าว การค้นพบใหม่นี้จะให้ข้อจำกัดที่สำคัญแก่พวกเขา ตัวอย่างเช่น เพื่อให้แบบจำลองถูกต้อง แบบจำลองนั้นไม่ควรสร้างแกมมาแบบสลับและสถานะจังหวะช้าเท่านั้น แต่ยังสร้างรูปแบบที่ละเอียดอ่อนกว่าด้วย ควรสร้างแต่ละรัฐในระยะเวลาที่เหมาะสมและให้ผลการเปลี่ยนสถานะในลำดับที่เหมาะสม

Garwood กล่าวว่า "การขาดโมเดลนี้ทำให้งานอื่นๆ ของเราไม่ก้าวไปข้างหน้าอย่างเข้มงวด" "การพัฒนาวิธีการนี้ช่วยให้เราได้รับคำอธิบายเชิงปริมาณที่เราจำเป็นต้องสามารถเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นและกิจกรรมทางประสาทชนิดใดที่สร้างสถานะเหล่านี้ได้"

ความคิดใหม่

ในขณะที่นักประสาทวิทยาได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีที่คีตามีนทำให้หมดสติจากความพยายามดังกล่าว นัยสำคัญอย่างหนึ่งก็ปรากฏชัดแล้ว บราวน์กล่าว ในขณะที่โพรโพฟอลทำให้การทำงานของสมองถูกครอบงำด้วยจังหวะความถี่ต่ำมาก คีตามีช่วงเวลาที่ใช้พลังงานสูงในจังหวะความถี่สูง ทั้งสองวิธีที่แตกต่างกันอย่างมากในการบรรลุการหมดสตินั้น ดูเหมือนจะแนะนำว่าสติเป็นสภาวะที่สามารถหายไปได้หลายวิธี บราวน์กล่าว

“ฉันสามารถทำให้คุณหมดสติได้ด้วยการทำให้สมองของคุณทำงานมากกว่าปกติในบางแง่มุม หรือฉันสามารถทำให้คุณหมดสติได้ด้วยการทำให้ช้าลง” เขากล่าว "แนวคิดที่กว้างกว่านั้นคือมีไดนามิก -- เราไม่สามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำ -- ซึ่งเกี่ยวข้องกับการมีสติสัมปชัญญะและทันทีที่คุณเคลื่อนออกจากไดนามิกนั้นโดยเร็วหรือช้าเกินไป หรือขาดการประสานงานหรือมากเกินไป คุณอาจจะหมดสติได้”

นอกเหนือจากการพิจารณาสมมติฐานดังกล่าวแล้ว ทีมงานกำลังมองหาโครงการใหม่หลายโครงการ รวมถึงการวัดผลกระทบของคีตามีนในพื้นที่ที่กว้างขึ้นของสมอง และการวัดผลกระทบเมื่ออาสาสมัครตื่นขึ้นจากการดมยาสลบ

ผู้เขียนกล่าวเสริมว่า การพัฒนาระบบที่สามารถตรวจสอบการหมดสติภายใต้การดมยาสลบด้วยคีตามีนในสถานพยาบาลจะต้องใช้แบบจำลองที่กำลังพัฒนาซึ่งสามารถทำงานได้แบบเรียลไทม์ ขณะนี้ ระบบสามารถใช้ได้กับข้อมูลหลังเฉพาะกิจเท่านั้น

นอกจาก Garwood, Chakravarty, Brown และ Miller แล้ว ผู้เขียนคนอื่นๆ ของบทความนี้ ได้แก่ Jacob Donoghue, Meredith Mahnke, Pegah Kahali, Shubham Chamadia และ Oluwaseun Akeju

สถาบันสุขภาพแห่งชาติ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ MGH และมูลนิธิ JPB ได้ให้ทุนสนับสนุนการศึกษาบาคาร่า สมัครบาคาร่า