Odczytano w mózgu ostatnie chwile życia człowieka

Śmierć jest doświadczeniem, które dotyczy każdego człowieka, a mimo to wciąż wiemy o niej zaskakująco niewiele. Jednym z największych pytań pozostaje to, co dzieje się w naszym mózgu w ostatnich chwilach życia. Ponieważ nie da się bezpośrednio badać tego w sposób zaplanowany i kontrolowany, naukowcy często sięgają po relacje osób, które znalazły się blisko śmierci, lecz przeżyły. Takie przeżycia nazywane są doświadczeniami bliskimi śmierci.

Pytanie o to, co się dzieje w naszym mózgu, gdy  umieramy, od wieków fascynuje ludzi, naukowców i filozofów. Choć śmierć jest zjawiskiem powszechnym, jej biologiczny i psychologiczny przebieg wciąż pozostaje słabo poznany. Jednym z powodów jest fakt, że badanie mózgu w chwili umierania jest niezwykle trudne — zarówno z powodów etycznych, jak i technicznych. W ostatnich latach pojawiły się jednak badania, które rzucają nowe światło na ostatnie momenty życia.

Nieoczekiwany wzrost świadomości i przytomności

Tradycyjnie uważano, że doświadczenia bliskie śmierci (NDE) są wynikiem zaburzeń funkcji mózgu podczas procesu umierania lub psychologiczną reakcją na postrzegane zagrożenie śmiercią. Wydają się one występować w warunkach braku lub znacznego upośledzenia funkcji mózgowych, lecz różnią się od zmian metabolicznych lub fizjologicznych występujących w halucynacjach, ponieważ pojawiają się w niefunkcjonującej korze mózgowej. Paradoksalnie NDE wskazują na nieoczekiwany wzrost świadomości, uwagi i przytomności.

Wspomnienia NDE zawierają więcej cech fenomenologicznych niż wspomnienia realnych zdarzeń czy śpiączki, ale pod względem bogactwa szczegółów, informacji odnoszących się do „ja” oraz komponentu emocjonalnego są podobne do prawdziwych wspomnień. Osoby opisujące bardziej intensywne NDE – oceniane za pomocą skali Greysona – zgłaszają również więcej fenomenologicznych cech pamięci. Intensywność NDE wiąże się z detalami sensorycznymi, osobistym znaczeniem oraz częstością ponownej aktywacji wspomnień.

Niektórzy autorzy sugerują, że do konceptualizacji NDE konieczne jest ramowe ujęcie obejmujące osie świadomości, czuwania i połączenia ze światem, ponieważ NDE są postrzegane jako wewnętrzna świadomość doświadczana w stanie braku reaktywności i stanowią przykład „odłączonej świadomości”. Teorie dotyczące związku świadomości z NDE pozostają kontrowersyjne i trudne do udowodnienia ze względu na trudności w precyzyjnym i terminowym rejestrowaniu aktywności umierającego mózgu. Ponadto są one modulowane przez liczne czynniki fizjologiczne, autonomiczne, jatrogene (spowodowane przez interwencję medyczną) oraz patologiczne.

Żaden pacjent, u którego stwierdzono śmierć mózgu, nie powrócił do życia. Badania nad stanami imitującymi śmierć mózgu wskazują na obniżony poziom pobudzenia, lecz nie analizują percepcji ani formowania pamięci. Jedno z badań nad zespołem Guillaina-Barrégo imitującym śmierć mózgu wykazało obecność rytmu alfa w EEG i prawidłowe jego potencjały. Neuropsycholog Charlotte Martial w 2022 roku argumentowała jednak, że badania te nie uwzględniają kluczowego elementu protokołu rozpoznania śmierci mózgu, jakim jest dobrze udokumentowane, nieodwracalne i śmiertelne jego uszkodzenie, co zostało dodatkowo wzmocnione w kryteriach Światowego Projektu Śmierci Mózgu.

Doświadczenia bliskie śmierci

Doświadczenia bliskie śmierci (near-death experiences, NDE) są jednym z głównych źródeł wiedzy o umieraniu. Opisują je osoby, które znalazły się w stanie zagrożenia życia, na przykład podczas zatrzymania krążenia, ale ostatecznie przeżyły. Relacje te są zaskakująco podobne niezależnie od kultury, wieku czy przekonań. Często pojawiają się w nich takie elementy jak: intensywne przypominanie sobie całego życia, poczucie opuszczenia własnego ciała, zmienione postrzeganie czasu, niezwykły spokój, jasność umysłu, a czasem wrażenie „większej świadomości” niż w normalnym stanie czuwania.

Choć NDE nie dowodzą istnienia życia po śmierci, są najlepszym dostępnym „oknem” na subiektywne doświadczenie umierania. Badania pokazują, że wspomnienia tych przeżyć są wyjątkowo wyraźne i emocjonalne — bardziej przypominają prawdziwe wspomnienia niż sny, fantazje czy halucynacje. Co więcej, im intensywniejsze było doświadczenie bliskie śmierci, tym bogatsze i częściej przywoływane są jego wspomnienia.

Naukowcy próbują powiązać te relacje z tym, co wiemy o aktywności elektrycznej mózgu, mierzonej za pomocą elektroencefalografii (EEG). W zdrowym mózgu różne rodzaje fal mózgowych odpowiadają za uwagę, świadomość, pamięć czy poczucie własnego ciała. Badania nad medytacją, snem, marzeniami sennymi czy doświadczeniami „wyjścia z ciała” pokazują, że stany intensywnej świadomości często wiążą się z krótkotrwałym wzrostem szybkiej aktywności mózgu.

Badania nad mózgiem w chwili śmierci biologicznej

Zaskakujące odkrycia pochodzą z badań nad mózgiem w chwili śmierci biologicznej, zwłaszcza po zatrzymaniu krążenia. Przez długi czas uważano, że wraz z ustaniem pracy serca mózg niemal natychmiast przestaje działać. Tymczasem eksperymenty na zwierzętach oraz nieliczne obserwacje u ludzi pokazują, że przez kilkadziesiąt sekund, a czasem nawet dłużej, w mózgu może występować zorganizowana aktywność, przypominająca tę obecną podczas świadomego myślenia. W niektórych przypadkach obserwowano wręcz krótkie „wybuchy” aktywności, zanim zapis EEG stał się płaski.

Na poziomie komórkowym śmierć mózgu nie jest krótkim momentem, lecz procesem rozciągniętym w czasie. Gdy dopływ tlenu zostaje przerwany, komórki nerwowe tracą energię, zaburzona zostaje równowaga jonowa, a w konsekwencji dochodzi do ich uszkodzenia. Jednak badania pokazują, że nawet gdy EEG nie wykazuje już aktywności, wiele neuronów może pozostawać w stanie „uśpienia”, a nie nieodwracalnej śmierci. W sprzyjających warunkach, takich jak szybkie przywrócenie tlenu, funkcje mózgu mogą częściowo powrócić.

Odkrycia te mają ogromne znaczenie praktyczne. Podważają one prostą granicę między życiem a śmiercią i pokazują, że mózg może być aktywny dłużej, niż wcześniej sądzono, nawet po zatrzymaniu pracy serca. Ma to konsekwencje dla medycyny ratunkowej, decyzji o zakończeniu resuscytacji, określania momentu śmierci oraz procedur związanych z dawstwem narządów.

Współczesna neurobiologia sugeruje, że ostatnie chwile życia mogą wiązać się z nietypowym, intensywnym stanem świadomości, a śmierć mózgu nie następuje natychmiastowo. Choć nadal nie wiemy, „co dokładnie czujemy, gdy umieramy”, badania nad doświadczeniami bliskimi śmierci i aktywnością mózgu pokazują, że granica między życiem a śmiercią jest znacznie bardziej złożona, niż dotąd przypuszczano.

Co dzieje się w mózgu, gdy umieramy? Rozszyfrowywanie neurofizjologii ostatnich chwil życia

Doświadczenia z pogranicza śmierci (NDE) zostały opisane przez Moody’ego (1975), który przytaczał opisy setek osób. Opowiadali oni przyjemne doświadczenia, w których opuszczali ciało, spoglądali na siebie z góry i podążali tunelem ku światłu, które pomagało im ocenić swoje życie, a następnie podjąć decyzję o powrocie do życia zamiast spokojnej śmierci. Doświadczenia te podobno zmniejszały lęk przed śmiercią i koncentrowały się na mniej materialnych, ale bardziej satysfakcjonujących potrzebach. Przed przełomowym badaniem Moody’ego podobne opisy takich doświadczeń pojawiały się w literaturze medycznej i psychiatrycznej w wielu różnych kulturach (Druss i Kornfeld, 1967; Dobson i in., 1971; MacMillan i Brown, 1971; Dlin i in., 1974; Barrett, 1986), w tym doświadczenia dzieci (Morse i in., 1986; Morse i Perry, 1991). Do dziś kilka aspektów tych doświadczeń i opisów pozostaje przedmiotem debaty: Czy te doświadczenia to przetrwanie po śmierci, czy też jednostki w rzeczywistości nie umarły, a doświadczenia były częścią życia? Jeśli istnieje życie po śmierci, doświadczenia te mogą dostarczać wskazówek, ale nie mogą być ostatecznym dowodem na jego istnienie. Z drugiej strony, wydaje się mało prawdopodobne, aby doświadczenia te były wymyślone lub przypadkowe, biorąc pod uwagę ich podobieństwo w tak wielu różnych epokach i kulturach. Dlaczego te cechy są często zgłaszane jako tak podobne? Celem badania „Co dzieje się w mózgu, gdy umieramy? Rozszyfrowywanie neurofizjologii ostatnich chwil życia” jest rzucenie światła na ten temat, omawiając następujące pytania: Jakie zmiany neurofizjologiczne w mózgu zachodzą podczas tych doświadczeń i jakie są ich anatomiczne korelaty? Jaki jest wpływ leków i czynników metabolicznych?

„Przeanalizujemy te aspekty w kontekście rozszyfrowywania ostatnich chwil życia i postaramy się udzielić wglądu w dominujące pytania o to, kiedy kończy się świadome postrzeganie życia i kiedy ostatecznie kończy się życie” – czytamy w raporcie z badania. Oto raport:

Kliniczne określenie śmierci

W sierpniu 1968 roku komisja działająca przy Harvard Medical School opublikowała przełomowy artykuł redefiniujący kryteria nieodwracalnej śpiączki i śmierci (Beecher, 1968). Oprócz tradycyjnego kryterium, jakim jest utrata funkcji serca, komisja zaproponowała włączenie utraty funkcji neurologicznych, czyli śmierci mózgu. Raport ten stanowił podstawę do późniejszego przyjęcia przepisów prawnych, które ustanowiły śmierć mózgu jako śmierć prawną we wszystkich 50 stanach USA.

Aby zapewnić jednolitość między poszczególnymi stanami oraz dostosować prawo do praktyki medycznej, Prezydencka Komisja ds. Badania Problemów Etycznych w Medycynie oraz Badaniach Biomedycznych i Behawioralnych zaleciła ustawodawcom stanowymi przyjęcie Jednolitej Ustawy o Określaniu Śmierci (Uniform Determination of Death Act, UDDA; United States. President’s Commission…, 1981). Kliniczne kryteria śmierci obejmują ocenę funkcji mózgu i serca.

Zgodnie ze standardami opublikowanymi przez Amerykańską Akademię Neurologii w 1995 roku, rozpoznanie śmierci mózgu wymaga spełnienia trzech warunków: śpiączki, braku odruchów pnia mózgu oraz bezdechu (Wijdicks, 2001; Walter, 2020). Śmierć krążeniowa jest zazwyczaj definiowana jako nieodwracalne ustanie funkcji krążeniowych i oddechowych oraz zaprzestanie krążenia i utlenowania (Neyrinck i in., 2013).

Organizacje i konsorcja zawodowe podejmowały próby sformalizowania wytycznych dotyczących śmierci mózgu. Zrewidowane wytyczne Amerykańskiej Akademii Neurologii zawierały pięć głównych zaleceń (Wijdicks i in., 2010):

• (1) kryteria rozpoznawania śmierci mózgu z 1995 roku nie zostały unieważnione przez doniesienia o pacjentach, u których doszło do częściowego powrotu funkcji neurologicznych;
• (2) brak wystarczających dowodów pozwalających określić minimalny czas obserwacji konieczny do potwierdzenia nieodwracalnego ustania funkcji neurologicznych;
• (3) po śmierci mózgu mogą występować złożone spontaniczne ruchy oraz fałszywe wyzwalanie respiratora;
• (4) brak wystarczających dowodów umożliwiających porównanie bezpieczeństwa technik stosowanych w teście bezdechu;
• (5) brak wystarczających dowodów pozwalających ustalić, czy nowsze badania pomocnicze mogą potwierdzić ustanie funkcji całego mózgu.

Światowy Projekt Śmierci Mózgu (World Brain Death Project) miał na celu opracowanie konsensusu dotyczącego minimalnych kryteriów klinicznych śmierci mózgu i opublikował swój raport w 2020 roku (Greer i in., 2020). Zsyntetyzowano w nim osiem kryteriów śmierci mózgu:

• (1) brak jakichkolwiek oznak pobudzenia lub świadomości w odpowiedzi na maksymalną stymulację zewnętrzną;
• (2) źrenice ustawione w pozycji pośredniej, nieruchome i niereagujące na światło;
• (3) brak odruchów rogówkowych, oczno-głowowych i oczno-przedsionkowych;
• (4) brak ruchów twarzy w odpowiedzi na bodźce bólowe;
• (5) brak odruchu wymiotnego po obustronnej stymulacji tylnej ściany gardła;
• (6) brak odruchu kaszlowego podczas głębokiego odsysania tchawicy;
• (7) brak reakcji ruchowych pochodzenia mózgowego na bolesną stymulację kończyn;
• (8) brak spontanicznego oddychania podczas testu bezdechu przy docelowych wartościach pH < 7,30 oraz PaCO₂ ≥ 60 mm Hg.

Zgodnie z raportem, badania pomocnicze, takie jak ocena przepływu krwi lub badania elektrofizjologiczne (np. EEG z kryterium braku wykrywalnej aktywności elektrycznej ≥ 2 μV przez 30 minut), mogą być rozważane, gdy nie można przeprowadzić pełnego badania klinicznego, jednak nie powinny być stosowane rutynowo. Autorzy raportu wskazali, że czułość EEG wynosząca 53–80,4% oraz swoistość 97%, a także problemy związane z czynnikami zakłócającymi i zgodnością międzymierniczą, ograniczają jego użyteczność.

Zmiany neurofizjologiczne na poziomie komórkowym po zatrzymaniu krążenia

Neurony są szczególnie wrażliwe na niedokrwienie ze względu na brak zapasów energetycznych. Niedokrwienie prowadzi do zakończenia metabolizmu tlenowego i wyczerpania adenozynotrójfosforanu (ATP). Skutkuje to zaburzeniem działania zależnej od energii pompy jonowej Na⁺/K⁺, co prowadzi do masywnego napływu sodu i wody do wnętrza komórki oraz do cytotoksycznego obrzęku wewnątrzkomórkowego.

Efekt ten powoduje wypływ jonów potasu i depolaryzację błony, co otwiera kanały wapniowe zależne od napięcia i zwiększa stężenie wapnia wewnątrzkomórkowego. Uwalniany jest neuroprzekaźnik glutaminian, który wiąże się z receptorami błonowymi:

• (i) receptorami metabotropowymi mGlu, prowadzącymi do uwolnienia jonów wapnia z siateczki śródplazmatycznej za pośrednictwem IP₃;
• (ii) receptorami NMDA, które umożliwiają dalszy napływ wapnia do komórki.

Podwyższone stężenie wapnia aktywuje enzymy lityczne zależne od wapnia, w tym kaspazy, proteazy i fosfolipazy, prowadząc do destrukcji struktury komórkowej.

Wapń dostaje się także do mitochondriów, zaburzając łańcuch oddechowy. W konsekwencji dochodzi do powstawania reaktywnych form tlenu (ROS), które powodują dalsze uszkodzenia komórkowe i niewydolność energetyczną, uruchamiając błędne koło prowadzące do śmierci i uszkodzenia komórek (Sandroni i in., 2021). Procesom tym towarzyszą krótkoterminowe zmiany ekspresji genów i zdarzenia transkrypcyjne (Ferreira i in., 2018).

Neurofizjologia doświadczeń bliskich śmierci i umierającego mózgu

Podobnie jak narodziny rozpoczynają życie, tak śmierć jest doświadczeniem uniwersalnym. Mimo to wiemy o niej bardzo niewiele. Do podstawowych, wciąż otwartych pytań należą: co czujemy, gdy umieramy? Kiedy dokładnie umieramy? Co dzieje się w naszym ciele i mózgu w chwili śmierci?

Doświadczenia bliskie śmierci (near-death experiences, NDE) to przeżycia percepcyjne obejmujące komponenty emocjonalne, duchowe i mistyczne. Badania populacyjne wskazują, że około 4–8% ludzi doświadczyło NDE (Knoblauch i in., 2001; Perera i in., 2005). Ten szczególny stan świadomości (Martial i in., 2020) opisywany był przez ludzi na całym świecie, na przestrzeni wielu stuleci i w różnych kręgach kulturowych.

Relacje osób, które przeżyły NDE, są niezwykle cenne dla zrozumienia procesu umierania. W celu ich lepszego opisu opracowano Skalę Doświadczeń Bliskich Śmierci Greysona (Greyson, 1983), 16-punktowy kwestionariusz samoopisowy. Charakterystyczne cechy NDE obejmują przegląd życia, intensywne wspomnienia, doświadczenia opuszczenia ciała, stany medytacyjne oraz zmienione poziomy świadomości i percepcji.

Jednym ze sposobów zrozumienia neurofizjologicznego podłoża NDE jest identyfikacja neuronalnych korelatów tych doświadczeń u zdrowych osób. Wiedza ta może następnie zostać wykorzystana do interpretacji zapisów aktywności mózgu u pacjentów umierających.

Podstawy pomiarów neurofizjologicznych i rodzaje zapisów EEG

Ośrodkowy układ nerwowy opiera się na precyzyjnej współpracy połączonych ze sobą zespołów i sieci neuronalnych. Aktywność jednych neuronów wpływa na inne poprzez pobudzenie lub hamowanie, prowadząc do rytmicznej aktywacji i dezaktywacji sieci neuronalnych. Rytmiczność ta jest rejestrowana w elektroencefalogramie (EEG), który odzwierciedla oscylacyjną aktywność pozakomórkowych potencjałów pola lokalnego (LFP).

LFP to wahania napięcia elektrycznego rejestrowane w przestrzeni pozakomórkowej, pochodzące głównie z potencjałów postsynaptycznych. Oscylacje neuronalne to okresowe, falowe zmiany sygnału neuronalnego, których częstotliwość może wahać się od bardzo wolnych (trwających sekundy) do bardzo szybkich (milisekundy). W mózgu jednocześnie mogą występować różne częstotliwości – od 0,01 Hz do 600 Hz, choć kliniczne EEG zwykle obejmuje zakres od około 1 do 150 Hz.

Tradycyjnie wyróżnia się pasma częstotliwości nazwane literami alfabetu greckiego: delta (0,5–4 Hz), theta (4–8 Hz), alfa (8–13 Hz), beta (13–30 Hz) oraz gamma (30–100 Hz). EEG powierzchniowe pozwala na nieinwazyjny pomiar tej aktywności. Każda elektroda rejestruje aktywność sieci neuronalnych obszaru, nad którym się znajduje, umożliwiając analizę synchronizacji fazowej lub mocy sygnału.

Obecnie EEG jest najczęściej stosowaną (a być może jedyną) metodą pozwalającą na rejestrację aktywności mózgu w ostrych stanach umierania. W praktyce klinicznej stosuje się dwa główne rodzaje zapisów: pełny zapis EEG według systemu 10–20 oraz monitor bispektralny (BIS). System 10–20 obejmuje 16 kanałów rozmieszczonych równomiernie na całej powierzchni głowy, umożliwiając ocenę aktywności wszystkich obszarów mózgu. Monitor BIS wykorzystuje 2–4 elektrody umieszczone na czole i generuje wartość liczbową (0–100) określającą poziom sedacji pacjenta. Ze względu na ograniczoną liczbę elektrod BIS odzwierciedla jedynie aktywność okolic czołowych, co prowadzi do różnic w interpretacji danych w porównaniu z pełnym EEG.

Znaczenie funkcjonalne oscylacji neuronalnych u osób zdrowych

Oscylacje neuronalne odgrywają kluczową rolę w przetwarzaniu informacji związanych z percepcją, świadomością i pamięcią podczas czuwania, snu oraz medytacji. Pasmo alfa początkowo uznawano za wskaźnik stanu spoczynkowego, obecnie wiązane jest głównie z hamowaniem bodźców nieistotnych. Delta również pełni funkcję hamującą, beta związana jest z ruchem i procesami poznawczymi, theta z pamięcią i nawigacją, natomiast gamma z uwagą, świadomością, percepcją oraz doświadczeniami opuszczenia ciała.

Choć gamma była długo uznawana za bezpośredni korelat świadomości, nowsze badania sugerują, że może ona odzwierciedlać raczej konsekwencje procesów świadomych niż samą świadomość. Oscylacje gamma odgrywają również kluczową rolę w kodowaniu i przywoływaniu pamięci, w tym pamięci autobiograficznej i roboczej.

Rola oscylacji neuronalnych i dynamika czasowa w umierającym mózgu

Przywoływanie wspomnień jest jedną z głównych cech doświadczeń bliskich śmierci. Badania wykazały, że wspomnienia NDE przechowywane są jako pamięć epizodyczna i wiążą się z odmiennymi wzorcami oscylacyjnymi niż wspomnienia wyobrażone. Szczególne zainteresowanie budzą oscylacje gamma, obserwowane zarówno w badaniach na zwierzętach, jak i u ludzi po zatrzymaniu krążenia.

Badania te ujawniają kilka istotnych faktów. Istnieją różne fazy czasowe procesu umierania mózgu:

• (i) wczesny wzrost aktywności oscylacyjnej z rytmicznymi depolaryzacjami i regularnymi wyładowaniami neuronów;
• (ii) faza izoelektryczności z masywną depolaryzacją błon, tzw. falą śmierci, blokadą potencjałów czynnościowych i utratą właściwości integracyjnych komórek;
• (iii) możliwość odzyskania funkcji po utracie właściwości integracyjnych.

Przykład ten pokazuje, jak trudne jest elektrofizjologiczne określenie momentu śmierci. Choć kliniczne kryteria obejmują ciszę EEG trwającą ponad 30 minut, badania wykazują możliwość przywrócenia funkcji mózgu nawet po kilku godzinach.

Źródło: https://www.frontiersin.org/journals/aging-neuroscience/articles/10.3389/fnagi.2023.1143848/full