Studies aimed at investigating brain regions involved in arousal state control have been traditionally limited to subcortical structures. In the current study, we tested the hypothesis that inactivation of prefrontal cortex, but not two subregions within parietal cortex—somatosensory barrel field and medial/lateral parietal association area—would suppress arousal, as measured by an increase in anesthetic sensitivity. Male and female Sprague Dawley rats were surgically prepared for recording electroencephalogram and bilateral infusion into prefrontal cortex (N = 13), somatosensory barrel field (N = 10), or medial/lateral parietal association area (N = 9). After at least 10 days of post-surgical recovery, 154 µM tetrodotoxin or saline was microinjected into one of the cortical sites. Ninety minutes after injection, rats were anesthetized with 2.5% sevoflurane and the time to loss of righting reflex, a surrogate for loss of consciousness, was measured. Sevoflurane was stopped after 45 minutes and the time to return of righting reflex, a surrogate for return of consciousness, was measured. Tetrodotoxin-mediated inactivation of all three cortical sites decreased (p < 0.05) the time to loss of righting reflex. By contrast, only inactivation of prefrontal cortex, but not somatosensory barrel field or medial/lateral parietal association area, increased (p < 0.001) the time to return of righting reflex. Burst suppression ratio was not altered following inactivation of any of the cortical sites, suggesting that there was no global effect due to pharmacologic lesions. These findings demonstrate that prefrontal cortex plays a causal role in emergence from anesthesia and behavioral arousal.

中文翻译：

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前额叶皮层的失活延迟了七氟醚麻醉的出现

旨在调查参与唤醒状态控制的大脑区域的研究传统上仅限于皮层下结构。在目前的研究中，我们检验了这样的假设，即前额叶皮层的失活，而不是顶叶皮层内的两个亚区域——体感桶区和内侧/外侧顶叶联合区——会抑制唤醒，这可以通过麻醉敏感性的增加来衡量。对雄性和雌性 Sprague Dawley 大鼠进行手术准备，用于记录脑电图和双侧输注到前额叶皮层 (N = 13)、躯体感觉桶场 (N = 10) 或内侧/外侧顶叶联合区 (N = 9)。在术后恢复至少 10 天后，将 154 µM 河豚毒素或生理盐水显微注射到其中一个皮质部位。注射后 90 分钟，用 2 麻醉大鼠。测量了 5% 的七氟醚和失去翻正反射的时间（意识丧失的替代指标）。七氟醚在 45 分钟后停用，并测量翻正反射恢复的时间，这是意识恢复的替代指标。河豚毒素介导的所有三个皮质部位的失活减少了（p < 0.05）失去翻正反射的时间。相比之下，只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区的失活，增加了（p < 0.001）恢复翻正反射的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。测量了意识丧失的替代物。七氟醚在 45 分钟后停用，并测量翻正反射恢复的时间，这是意识恢复的替代指标。河豚毒素介导的所有三个皮质部位的失活减少了（p < 0.05）失去翻正反射的时间。相比之下，只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区的失活，增加了（p < 0.001）恢复翻正反射的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。测量了意识丧失的替代物。七氟醚在 45 分钟后停用，并测量翻正反射恢复的时间，这是意识恢复的替代指标。河豚毒素介导的所有三个皮质部位的失活减少了（p < 0.05）失去翻正反射的时间。相比之下，只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区的失活，增加了（p < 0.001）恢复翻正反射的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。七氟醚在 45 分钟后停用，并测量翻正反射恢复的时间，这是意识恢复的替代指标。河豚毒素介导的所有三个皮质部位的失活减少了（p < 0.05）失去翻正反射的时间。相比之下，只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区的失活，增加了（p < 0.001）恢复翻正反射的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。七氟醚在 45 分钟后停用，并测量翻正反射恢复的时间，这是意识恢复的替代指标。河豚毒素介导的所有三个皮质部位的失活减少了（p < 0.05）失去翻正反射的时间。相比之下，只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区的失活，增加了（p < 0.001）恢复翻正反射的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。测量了意识恢复的替代物。河豚毒素介导的所有三个皮质部位的失活减少了（p < 0.05）失去翻正反射的时间。相比之下，只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区的失活，增加了（p < 0.001）恢复翻正反射的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。测量了意识恢复的替代物。河豚毒素介导的所有三个皮质部位的失活减少了（p < 0.05）失去翻正反射的时间。相比之下，只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区的失活，增加了（p < 0.001）恢复翻正反射的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区域的失活，增加了（p < 0.001）翻正反射返回的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。只有前额叶皮层的失活，而不是躯体感觉桶区或内侧/外侧顶叶联合区域的失活，增加了（p < 0.001）翻正反射返回的时间。在任何皮质部位失活后，爆发抑制率没有改变，这表明由于药理学损伤没有整体效应。这些发现表明，前额叶皮层在麻醉苏醒和行为唤醒中起着因果作用。