麻醉的目的是使大脑进入一种无意识状态，在这种状态下，诸如声音之类的刺激不会被感知。在这种状态下，听觉皮层的神经元仍然受到声音的刺激，但后者并没有被大脑感知。巴斯德研究所、CNRS 和巴黎萨克雷大学的科学家们揭示了一种新的神经机制，这种机制伴随着在麻醉下从有意识的感知状态到无意识状态的转变。

在小鼠模型中，使用尖端光学成像技术多光子显微镜观察了听觉皮层中近千个神经元在从清醒状态过渡到麻醉状态期间的活动。结果表明，在清醒状态下，一些神经元组件对声音有反应，而另一些则自发活跃(表明大脑正在活动)。但在麻醉下，对声音做出反应的神经元集合与自发活跃的神经元无法区分。在麻醉剂产生的无意识状态下，大脑皮层用它自己的“自发”活动掩盖了感觉输入。这些发现发表在《自然神经科学》杂志上2022 年 9 月 28 日，为模拟警戒状态开辟新的可能性。

虽然耳朵用来接收声音的机制开始被清楚地理解，但我们对声音的感知和解释以及听觉感知所涉及的机制却知之甚少。听觉的神经科学，以及一般的感官知觉，正在努力解决这方面的几个问题。其中一个涉及将清醒期间的有意识感知与无意识状态(如睡眠或麻醉下)大脑中的声音处理区分开来的机制。

为什么当声音到达被麻醉的人或动物的耳朵时，听觉皮层被激活，而在麻醉下，人类却没有对声音的有意识感知?

这个问题以前一直无法解决，因为可用的神经活动测量值仅提供有关单个神经元或在构成皮层的巨大神经网络中被隔离记录的小神经元集合的活动的信息。这些数据未能提供神经网络协调活动的概述。在大脑水平收集的其他数据集用于推断这些大型网络的平均活动，但没有提供有关它们的详细信息。因此，不可能提取足够的关于皮层活动的信息来衡量清醒和麻醉之间感觉反应的根本差异。

在这项研究中，由巴斯德研究所中心听力研究所的 Brice Bathellier(听觉系统动力学和多感觉处理/Inserm)和 Alain Destexhe(Paris-Saclay 神经科学研究所/CNRS/Univ. Paris-Saclay)领导的团队使用光学记录技术——通过多光子显微镜进行钙成像——来监测小鼠清醒和麻醉期间听觉皮层中近千个神经元组件的活动。然后科学家们使用数学方法研究响应一系列不同声音而激活的神经元组件的轮廓。这些新颖的观察结果表明，尽管神经元在清醒状态和麻醉状态下都被声音激活，但两种状态所涉及的组件完全不同。

他们还表明，即使在没有刺激的情况下，皮层也是一个不断活跃的结构。通过将这种“自发”活动与声音引起的活动进行比较，科学家们进行了进一步的观察。虽然在清醒状态下，被声音激活的神经元集合不同于自发激活的神经元，但在麻醉下，响应于声音而诱发的神经元集合也会系统地自发激活。因此，尽管听觉皮层在麻醉状态下确实会对声音刺激作出反应，但它的反应与其自身的内部活动并无区别。

这些观察结果提出了一种机制，可以解释听觉感知的悖论，并通过扩展感官知觉，在麻醉下。“麻醉下皮层神经元的激活不仅在结构上与清醒时观察到的有很大不同;更重要的是，它实际上与皮层的自发活动没有区别。因此，麻醉下听觉皮层的神经反应是有效的”对大脑的其余部分保持沉默，因为它们被自己的“噪音”淹没了。这些结果还表明，有意识感知的条件之一是皮层能够激活不同于自发激活的神经元集合，”Brice Bathellier 解释说，

“从某种意义上说，清醒的皮层更具‘创造性’，因为它为响应声音的活动产生了新的声音特异性基础，而这种特异性似乎在麻醉期间并不存在。同样的结论是否也适用还有待观察到其他状态，例如睡眠，”该研究的共同最后作者 Alain Destexhe 指出。

这些结果还为有意识地感知声音或其他感觉信号的机制提供了新的见解，并为大脑皮层其他区域的有意识和无意识信息处理的新模型铺平了道路。