我很期待第一次麻醉的经历。我躺在担架上，护士和医生正在为我的腹部做准备，以便切开取出我的阑尾。阑尾炎发作后，短暂地失去意识似乎是度过几个小时的愉快方式。但我不知道麻醉到底是什么感觉，突然间我充满了怀疑。我试着坐起来，身体已经被碘酒擦拭过了，我提议在手术刀动之前，我得去一下男洗手间。我不想因为上厕所而打断手术。“别担心，”一位护士回答说，“我们会帮你解决的。”
我躺了回去，琢磨着这句话。护士给我打了静脉注射后，我不得不再次打断：“麻醉剂流入我的手臂，但我没有睡着。”我简直不敢相信有什么能让我睡着，而别人却在缝合我的肠子。护士和医生点头示意，当我试图向他们解释问题时，但我确定他们没有认真对待我。我缓慢地眨了眨眼睛。然后，周围就没有医生和护士了。我独自躺在一个新房间里，从手术中恢复过来。
自从那次经历以来，我一直在想我的大脑到底发生了什么。它不像睡觉，也不是一片空白。好像医生只是从我的生命中删除了几个小时，然后把松散的线头缝合起来。于是我决定更深入地了解麻醉背后的科学。令我惊讶的是，我发现麻醉师自己也对此感到困惑。加州大学欧文医学院的麻醉师迈克尔·阿尔基尔（Michael Alkire）在新的《意识百科全书》（Encyclopedia of Consciousness）中写道：“麻醉是如何起作用的，自从麻醉本身被发现以来一直是个谜。”
1846年，麻醉手术首次在波士顿公开演示。一位名叫吉尔伯特·阿伯特（Gilbert Abbott）的男子吸了几口乙醚，外科医生开始切除他下巴上的肿瘤。观众们震惊于阿伯特没有尖叫和扭动。一家伦敦报纸表达了许多人的惊叹：“哦，多么令人欣慰啊，所有善良的心灵都能发现新年随着这项伟大发现的宣布而到来，这项发现能够抑制疼痛感，遮蔽眼睛和记忆，让人们免受手术的所有恐惧。”
如今，麻醉师有多种药物可供选择，也有安全的给药设备。每年有数千万人接受全身麻醉。2008年，哥伦比亚大学流行病学家李国华（Guohua Li）报告说，在美国，每年只有一百万分之一的人死于麻醉相关并发症。但尽管取得了这些成就，麻醉仍然令人费解。
首先，麻醉师没有精确的方法来确定一个人何时失去意识。在阿伯特那个年代，医生会简单地要求病人做出反应，比如睁开眼睛。没有反应就被视为失去意识的迹象。许多现代麻醉师会与病人交谈，但肌肉松弛剂的使用使得判断反应变得更加复杂。有时，麻醉师会使用手臂上的血压袖带阻断血液中的肌肉松弛剂。然后，医生会让病人握紧拳头。
这种测试可以区分病人是清醒还是昏迷。但在意识的边缘，它并不精确。例如，无法举起手不一定意味着你失去了意识。即使是轻剂量的麻醉剂也会干扰你将新信息保存在大脑中的能力，所以你可能因为立即忘记了要做什么而无法对指令做出反应。另一方面，握紧麻醉师的手并不意味着你神志清醒。一些能够握手的病人后来却没有任何意识的记忆。
为了寻找更可靠的衡量标准，一些研究人员开始测量脑电波。当你清醒时，你的大脑会产生快速、微小的电活动波。当你完全处于麻醉状态时，你的脑电波会变得深沉而缓慢。如果摄入足够量的某些麻醉剂，你的脑电波最终会变得平坦。大多数麻醉师使用双频谱指数监视器来监测病人，该监视器通过放置在病人头皮上的电极读取脑电波，并产生一个从100到0的分数。但这些机器也不精确。有时，尽管患者的指数显示为无意识，但他们仍然可以按照指令握手。
所有这些方法的共同问题是，麻醉师并不真正知道他们试图测量的是什么。因此，阿尔基尔和其他科学家正在利用神经成像技术来观察麻醉中的大脑，看看当它屈服时会发生什么。在典型的实验中，一名志愿者躺在fMRI脑部扫描仪中，该扫描仪可以测量大脑不同区域的氧气消耗量。研究人员给志愿者施用麻醉剂，并测量这些脑区如何反应。
这些研究发现，在麻醉状态下，整个大脑的活动都会下降，活性降低30%到60%。结果有些模糊，因为不同脑区对不同药物的反应不同。但有一个区域的活动比平均水平明显减弱：大脑中心附近一个葡萄大小的神经元簇，称为丘脑。
丘脑是大脑的电源开关吗？它确实具备了承担这项工作的条件。丘脑发出大量神经元的芽，然后分支到大脑皮层，这是我们解释感官信息和做出决定的外部区域，然后再返回到丘脑。作为大脑的感觉中继站，丘脑负责在我们从普通睡眠中醒来时向皮层发送唤醒信号。2007年，阿尔基尔及其合作者通过将大鼠置于充满麻醉剂的箱子中来探究丘脑的作用，这导致动物昏倒。如果阿尔基尔及其同事随后向丘脑注射微量尼古丁，大鼠会立即苏醒，即使它们继续吸入麻醉剂也能保持清醒。
然而，对帕金森病患者的研究表明，丘脑并不能完全解释麻醉是如何起作用的。外科医生可以通过在大脑深处植入电极来治疗帕金森病。这些电极通过释放电流脉冲来抑制与疾病相关的剧烈肌肉运动。法国马赛地中海大学的麻醉师莱昂内尔·维利（Lionel Velly）进行了一项实验，他反向使用这些电极来记录大脑的电活动。
在大脑手术后不到一周的第二次手术中，维利和他的同事们对25名患者的深部脑电极进行了读数，同时收集了他们头皮的电极读数。头皮记录让科学家们能够监测皮层，而深部脑电极则让他们能够监测丘脑。维利的团队发现，一旦患者变得无反应，皮层就开始产生深沉、缓慢的波。而丘脑则在15分钟后才发生变化。维利看到的模式与人们预期丘脑是大脑主开关的模式相反。
威斯康星大学神经科学家朱利奥·托诺尼（Giulio Tononi）认为，麻醉的秘密可能并不在于任何一个孤立的神经元团块。它可能在于大脑中许多团块之间的交流。通常，来自我们感官的信息在皮层区域之间快速传递，并在每个地方以不同的方式进行处理。例如，有些区域帮助我们识别场景中的面孔，而其他区域则帮助我们弄清楚这些面孔所表达的情感。感觉信号通过一个由纵横交错的神经元长分支组成的交通系统传输。这个系统有几个中转站，许多连接都经过这些中转站。其中一个是丘脑，但皮层的某些部分也充当了中转站。
尽管大脑在麻醉下活动可能会减少，但通常不会完全关闭（如果关闭，我们就会死亡）。事实上，当科学家向一只麻醉的猫的耳朵里播放一个音调时，它的皮层仍然产生了强烈的电脉冲。但它的反应与清醒的猫不同。在麻醉的猫身上，大脑对任何声音的反应都是相同的，都是一种嘈杂的神经活动杂音。然而，在清醒的猫身上，反应是复杂的：当动物处理声音时，一个大脑区域接一个区域地做出反应，不同的声音会产生不同的反应。这就像清醒的大脑会产生一段独特的旋律，而麻醉的大脑只能产生一阵噪音或完全没有声音。
托诺尼认为，这种变化发生是因为麻醉干扰了大脑的交通系统。皮层的各个部分仍然可以对刺激做出反应。但大脑无法将这些信号传递到其他部分，从而形成一个单一的统一体验。
托诺尼认为，大脑音乐和大脑噪音之间的区别定义了意识的本质。意识是大脑在即使面对像音调这样的简单刺激时，也能处于复杂状态的能力。当我们清醒时，我们的大脑能够进入无数种不同的状态，这赋予了意识其极其丰富的感受。为了产生这些状态，大脑需要大量的活跃的、能够响应的神经元单元，以及将它们连接在一起的交通系统。
基于这一假设，托诺尼及其同事正在努力开发能够监测麻醉患者意识水平的工具。他们还在开发软件来衡量大脑对刺激反应的复杂性。如果托诺尼是对的，麻醉师可能会朝着能够像医生用温度计测量体温一样来衡量意识的方向发展。也许意识本身的某些奥秘——一个困扰哲学家几个世纪的问题——将在手术台上得到解决。
Valerie Ross 补充报道。
