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麻醉中认知与知晓

来源:医源世界 作者:佚名 2007-11-21
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摘要: 认知(cognition)科学是在心理科学、信息科学、神经科学、科学语言学、比较人类学以及其它基础科学交叉后涌现出来的高度跨学科的新兴科学。认知科学是研究人类感知和人脑信息处理过程的科学。认知过程包括外在物理世界如何产生知觉,知觉信息如何输入、如何表达,乃至问题的求解。认知科学的研究范围包括知觉、注意、记......


 

    认知(cognition)科学是在心理科学、信息科学、神经科学、科学语言学、比较人类学以及其它基础科学交叉后涌现出来的高度跨学科的新兴科学。认知科学是研究人类感知和人脑信息处理过程的科学。认知过程包括外在物理世界如何产生知觉,知觉信息如何输入、如何表达,乃至问题的求解。认知科学的研究范围包括知觉、注意、记忆、动作、语言、推理、思考、意识乃至情感在内的各个层面的认知活动。
    全身麻醉下,人的意识(consciousness)消失了,大脑还存在认知活动吗?麻醉药对认识功能会产生什么影响?现已知道,术后早期认知功能障碍(postoperative cognition disorder)与麻醉药有关,特别是老年人[1];全身麻醉下病人可能发生术中知晓(awareness)。术中知晓的发生率在美国平均为0.2%,心脏和产科手术可达1%以上[2]。在国内平均为2%,心脏手术高达6%。全身麻醉导致意识消失后大脑为什么还会存在认知活动?首先需要弄清楚什么是意识,以及意识与记忆的关系。
    意识也许是人类大脑最大的奥秘和最高的成就之一。对意识给予统一、确切的科学定义是十分困难的。不同的领域,对意识的理解也是不同的。诺贝尔奖获得者Crick认为,意识所涉及的是注意和短时记忆相结合的神经机制,是可以用科学的方法去研究的。
    很多人认为思维是意识的标志。思维存在,就可以确定意识存在。思维能否作为确定意识存在的标志,要看思维是否能够脱离意识独立存在。计算机能够模拟思维,但计算机没有意识,它模拟的思维是可以脱离意识进行的。但是,意识又与思维、记忆、感觉、言语、意志、需要、情感、肢体活动都有相互作用关系,而且大多是相互促进,共同发展。其中意识与思维的关系最为密切,没有思维,意识就不可能产生;没有意识,思维不可能发展到高级。如果没有思维时,大脑里只能记忆。这些记忆只能用两种形式记录:一种是现在人们还不能解读的大脑信息代码;另一种是用对感觉信号简化后形成的知觉(即形象)。这些记忆是原样记录,没有任何认识特征。然而脑细胞具有存储与处理功能兼备的特点,能够处理这些认识资料。因此记忆是意识生成的主要促进者。但促使意识生成的关键不是记忆,而是思维。虽然意识离不开记忆,但它们的关系没有意识与思维那样重要。意识生成后,通过对记忆的认识,使记忆在意识的控制下得到改进、提高。记忆是将获得的知识,储存(record)、读出(recall)的神经过程; 记忆又是随时间而变化的神经过程。 记忆过程可分为:短期记忆(short-term memory)-- 持续几秒或几分, 和长期记忆(long-term memory)--持续数小时直至永久(3)。
    记忆可以是无意识的和下(转)意识的。记忆是天生的功能,很多是在意识生成前就有的,意识生成后记忆也可以处于无意识状态。例如,在你眼睛看到东西的时候,不用意识控制,对这个东西就产生记忆。这种记忆有时因为记忆深刻,意识控制的回忆可以回忆出它的样子。有时记忆不很深刻,意识控制的回忆竟然回忆不出它的样子来。只有再次接触类似东西时,你对它的记忆才被激发起来。这种现象不是记忆的遗忘,而是由于一些无意识状态的记忆不能被意识回忆的缘故。可见,意识是一个复杂的问题。一些学者提出应该找一个切入点,例如可以将觉知(awareness)和非觉知作为研究意识的切入点,找到神经相关物在脑活动中的区别。麻醉中知晓的出现令麻醉医生感到难堪,但却为我们研究麻醉下记忆和大脑认知活动提供了一个机遇。
    学习和记忆是基本的认知活动,是经验与知识的积累过程。将认知的神经科学引入麻醉下学习和记忆的研究,证实麻醉中知晓包括外显记忆(explicit memory)和内隐记忆(implicit memory)。而知晓之所以难以控制和消除,主要是它在麻醉中是否发生,我们当时不可知,只能靠术后调查;再有内隐记忆的发生是无需意识参与的。
    内隐学习就是无意识获得刺激环境复杂知识的过程。在内隐学习中,人们并没有意识到或者陈述出控制他们行为的规则是什么,但却学会了这种规则。内隐记忆指在不需要意识或有意回忆的情况下,个体的经验自动对当前任务产生影响而表现出来的记忆,特点是人们并没有觉察到自己拥有这种记忆,也没有下意识地提取这种记忆,但它却在特定任务的操作中表现出来。这类记忆会在当前的思想和行为上有所反映,但此过程无意识参与的痕迹。在80年代中期之后,内隐学习成了心理学界、尤其是学习和认知心理领域最热门和最受关注的课题,成为对认知心理学的发展产生深远影响的最重要课题之一。
    那么如何证实麻醉下认知活动的存在呢?如果病人麻醉后有明确的记忆,反映在麻醉中听到或回忆起不良言语和感觉,并经主管麻醉医生证实,可以确定病人在麻醉下存在外显记忆。这种通过术后回忆(recall)和再认(recognition)的测定方法也称直接测量。然而对麻醉中的内隐记忆需要通过心理学的间接测量,最常用的就是词干补笔(word stem completion)。麻醉中给病人反复听相关的词汇,麻醉后通过词干补笔的测试方法来反映病人麻醉中所学内容的作用。为了避免内隐记忆和外显记忆的相互“污染”,心理学界已发展出加工分离程序(process dissociation procedure, PDP)的测试方法[4]。
    麻醉下听觉是最后消失的感觉。因此听觉也是接受术中事件的最重要通道。听觉刺激产生的脑听觉诱发电位(AEP)成为研究麻醉下认知活动的重要手段。AEP包括短潜伏期、中潜伏期和长潜伏期听觉诱发电位。短潜伏期AEP是脑干听觉诱发电位(BAEP)。大多数麻醉药对BAEP作用很小或根本无作用,因此麻醉下听觉信息可以传递到脑干以上的部位。
    长潜伏期听觉诱发电位(LLAEP)属皮层事件相关电位(ERP)。在志愿者研究时发现麻醉下给予听刺激(词汇),麻醉后心理学测试(词干补笔和PDP)的结果证实麻醉中确实接受了这个听刺激。同时发现,当麻醉中志愿者的意识消失后,ERP的外源性成分N1波仍保持麻醉前水平不变,这就进一步证实了麻醉下听觉信息可以通过感觉传入通道传至大脑皮层。而反映大脑皮层对靶刺激做出判断和反映此过程的皮层事件相关电位(P3波,也称P300波)也会产生相应的反应。如果P3波消失,说明大脑皮层已不能对传入信息进行有意识的加工处理。业已证明,临床满意的麻醉,大脑有可能接受听刺激,并在一个较高水平处理这些信息[5]。
    随着脑成像技术和神经生理研究的迅速发展,利用正电子断层扫描(PET)和功能磁共振成像(fMRI)技术,可以较精确地测量在完成特定的注意任务时大脑各区域脑血流的变化,从而确定功能结构和解剖定位。发达国家的脑成像研究中心都达到和当年高能物理研究机构相似的程度。fMRI工作原理是以脱氧血红蛋白的磁敏感效应为基础的核磁成像技术,因此无需放射性示踪剂。fMRI检测脑活性依赖于器官血流的变化,局部脑皮质遇到外在特定任务刺激后(神经刺激后局部脑区激活),局部脑血流(rCBF)增加,由于rCBF增加的比率超过了局部脑代谢的增加,导致局部脱氧血红蛋白比率降低,从而使fMRI的信号增加。这就是fMRI的血氧水平依赖的信号基础。脱氧血红蛋白比氧合血红蛋白具有略微不同的磁特性,MRI 检测的信号可由计算机分析并根据不同脑区标记不同的颜色[5]。
    脑功能成像技术通过研究内隐记忆测试时(启动效应)大脑皮层局部血流的变化作为局部脑皮层活动的指标来检测脑活动。发现在词干补笔测试期间脑外纹状体皮层区的血流降低,提供了内隐记忆(启动效应)存在的解剖学证据和基础。
    学习和记忆的神经生物学基础是神经细胞之间的联系结构突触的可塑性变化--长时程增强(LTP)。学习过程中有关的突触发生变化,导致突触连接的增强和传递效能的提高。LTP被称为“记忆的突触模型”和“记忆的神经元机制”。已成为当代神经科学中一个十分活跃的研究领域。麻醉药对神经元突触可塑性的研究将有可能从机理上弄清麻醉下学习与记忆的变化,解决麻醉中知晓和术后认知功能障碍的问题。
    通常我们将麻醉定义为病人对外科手术的伤害性刺激不能感知的状态。从狭义或本质的观点看待麻醉监测发展史就是监测麻醉深浅。 1937年 Guedel经典的乙醚麻醉分期开创了麻醉深度监测的篇章。但随着肌松药的出现,乙醚分期失去了判断麻醉深度的临床意义。麻醉被分解为不同成分[6],包含意识消失、镇痛、肌肉松弛、自主活动的抑制。最基本应达到催眠无回忆和阻断伤害性刺激反应。伤害性刺激反应导致体动仅仅是脊髓反射,不需要觉醒;出现自主反应也不等同于有意识。但是如果全麻中出现知晓,30%~50%的病人可发生严重的情感和精神健康问题 (Serious emotional and mental health problems)。
    意识和记忆既相互独立又密切相关,麻醉药随着血浆浓度的增加不仅导致镇静深度增加,同时削弱记忆功能,即意识程度影响记忆功能,但意识和记忆又是各自相对独立的不同的概念,它们各自具有不同神经解剖基础。一种麻醉药物引起的镇静(反映意识)和遗忘(反映记忆)是可以分离的两个不同效应[7]。
全麻中知晓是全球麻醉学界面临和尚未解决的问题。 避免和预防知晓并非只需简单加深麻醉即可达到。因为病人无必要去耐受深麻醉,加大麻醉深度将导致其他并发症。因此,加强镇静程度及麻醉深度监测的研究是一个重要课题。

参考文献
1. Cully DJ, Baxter MG, Crosby CA, et al. Anesth Analg 2004;99:1393-1397
2. Myles PS, Leslie K, Mcneil J, et al. Bispectral index monitoring to prevent awareness during anesthesia: the B-Aware randomized controlled trial. The lancet, 2004,363:1757-1763.
3. 岳云. 麻醉与记忆. 临床麻醉学杂志.2001,17:228-231.
4. 王云,岳云,孙永海,朱滢. 异丙酚不同麻醉深度对学习和记忆的影响. 心理科学杂志,2003, 26 (3): 491-493.
5. Heinke W, Schwarzbauer C. In vivo imaging of anesthetic action in humans: approaches with positron emission tomography and functional magnetic resonance imaging. Br J Anesth, 2002,89:112-122.
6. Antognini JF, Carstens E. In vivo characterization of clinical anesthesia and its components. Br J Anesth, 2002, 89:156-166.
7. Veselis RA, Reinsel RA, Feshchenko VA. Drug-induced amnesia is a separate phenomenon from sedation. Anesthesiology, 2001, 95:896-907.

岳 云 首都医科大学附属北京朝阳医院麻醉科(100020)

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