Criticality of resting-state EEG predicts perturbational complexity and level of consciousness during anesthesia
Notice bibliographique
Résumé
1 Abstract Consciousness has been proposed to be supported by electrophysiological patterns poised at criticality, a dynamical regime which exhibits adaptive computational properties, maximally complex patterns and divergent sensitivity to perturbation. Here, we investigated dynamical properties of the resting-state electroencephalogram of healthy subjects undergoing general anesthesia with propofol, xenon or ketamine. We then studied the relation of these dynamic properties with the perturbational complexity index (PCI), which has shown remarkably high sensitivity in detecting consciousness independent of behavior. All participants were unresponsive under anesthesia, while consciousness was retained only during ketamine anesthesia (in the form of vivid dreams)., enabling an experimental dissociation between unresponsiveness and unconsciousness. We estimated (i) avalanche criticality, (ii) chaoticity, and (iii) criticality-related measures, and found that states of unconsciousness were characterized by a distancing from both the edge of activity propagation and the edge of chaos. We were then able to predict individual subjects’ PCI (i.e., PCI max ) with a mean absolute error below 7%. Our results establish a firm link between the PCI and criticality and provide further evidence for the role of criticality in the emergence of consciousness. 2 Significance Statement Complexity has long been of interest in consciousness science and had a fundamental impact on many of today’s theories of consciousness. The perturbational complexity index (PCI) uses the complexity of the brain’s response to cortical perturbations to quantify the presence of consciousness. We propose criticality as a unifying framework underlying maximal complexity and sensitivity to perturbation in the conscious brain. We demonstrate that criticality measures derived from resting-state electroencephalography can distinguish conscious from unconscious states, using propofol, xenon and ketamine anesthesia, and from these measures we were able to predict the PCI with a mean error below 7%. Our results support the hypothesis that critical brain dynamics are implicated in the emergence of consciousness and may provide new directions for the assessment of consciousness.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».