然而，这个问题对于更好地理解这一现象以及大脑在麻醉下的功能是很重要的。德国灵长类动物中心(DPZ) -莱布尼茨灵长类动物研究所(Göttingen)功能成像组的研究人员使用功能磁共振成像(fMRI)研究了麻醉人类、长尾猕猴、普通狨猴和大鼠的同步工作大脑区域的精确空间分布。他们首次能够证明，灵长类动物和啮齿动物中爆发抑制明显不同的区域。在大鼠中，大脑皮层的大部分区域同步显示出爆发抑制模式，而在灵长类动物中，个体感觉区域，如视觉皮层，则不受其影响。

“当我们醒着的时候，我们的大脑可以被认为是一个完整的足球场，”功能成像部门的科学家、该研究的主要作者尼科洛兹·斯姆皮拉茨解释说。“我们活跃的神经元就像成千上万的观众同时说话。然而，在麻醉状态下，神经元活动是同步的。你可以用脑电图作为均匀波来测量这种活动，就好像体育场里所有的观众都在唱同一首歌。在深度麻醉状态下，这首歌被反复的沉默打断。这被称为突发抑制。麻醉程度越深，均匀活动的阶段，即爆发的阶段越短，周期性反复出现的不活跃阶段，即所谓的抑制阶段，越长。”

这种现象是由许多不同的麻醉剂引起的，其中一些在其作用机制上有所不同。在昏迷患者中也可以检测到爆发抑制。然而，目前尚不清楚这种情况是大脑的保护反应还是功能受损的迹象。目前还不清楚脑爆发抑制发生在大脑的哪个部位，以及涉及哪些大脑区域，因为仅通过脑电图定位是不可能的。

为了回答这个问题，Nikoloz Sirmpilatze和研究小组使用了fMRI成像技术。这种方法可以让大脑中的血流变化变得清晰可见。大脑特定区域神经元活动的增加导致新陈代谢增加，随后该区域的血液和氧气供应增加，最终在功能磁共振成像图像中可见。

在研究的第一部分，研究人员建立了一个系统，使用相同的方法以标准化的方式评估人类、猴子和啮齿动物的功能磁共振成像数据。为了做到这一点，他们使用了麻醉患者同时测量的脑电图和功能磁共振成像数据，这些数据是在慕尼黑工业大学之前进行的一项研究中产生的。“我们首先观察脑电图中检测到的突发抑制是否在功能磁共振成像数据中也可见，以及它是否显示出某种模式，”Nikoloz Sirmpilatze说。“在此基础上，我们开发了一种新的算法，可以使用功能磁共振成像检测实验动物的突发抑制事件，而无需额外的脑电图测量。”

然后，研究人员对麻醉的长尾猕猴、普通狨猴和大鼠进行了功能磁共振成像测量。在所有动物中，他们都能够检测并精确定位作为麻醉浓度函数的爆发抑制。爆发抑制的空间分布表明，在人类和猴子物种中，某些感觉区域，如视觉皮层，被排除在外。相反，在大鼠中，整个大脑皮层受到爆发抑制的影响。

“目前，我们只能推测原因，”Nikoloz Sirmpilatze说，他的工作被授予德国灵长类动物中心2021年博士论文奖。“灵长类动物主要通过他们的视觉来定位自己。因此，视觉皮层是一个高度专门化的区域，通过特殊的细胞类型和结构与其他大脑区域不同。在老鼠身上，情况并非如此。在未来的研究中，我们将研究麻醉期间这些区域究竟发生了什么，以最终了解为什么fMRI无法检测到爆发抑制。”

该研究的资深作者、功能成像部门负责人Susann Boretius补充道:“这项研究不仅提出了一个问题，即啮齿动物在多大程度上适合用于人类大脑的许多研究领域，尤其是在麻醉方面，而且研究结果对神经科学和神经网络的进化也有很多启示。”