Insulindian 果殼

2014 年，車王舒馬赫滑雪遭遇意外，當(dāng)時(shí)醫(yī)生預(yù)測(cè)他可能會(huì)成為永久植物人；好在幾個(gè)月之后，舒馬赫脫離昏迷，出現(xiàn)了蘇醒的跡象。然而，有的“植物人”患者，卻終其一生只能保持“植物狀態(tài)”。如何判斷植物人能否恢復(fù)意識(shí)，一直以來(lái)都是臨床上的一大難題。

邁克爾·舒馬赫在2013年12月底滑雪時(shí)出現(xiàn)事故，頭部撞在巖石上 | Mark McArdle / Wikimedia Commons

最近，中國(guó)科學(xué)家提出了一種新的方法，使用腦電圖檢測(cè)患者對(duì)語(yǔ)言的反應(yīng)，有望預(yù)測(cè)植物人能否蘇醒。

“植物人”也有不同

“植物人”這種癥狀，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)叫做“持續(xù)植物狀態(tài)”。很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，他們能夠睜眼閉眼，但卻沒(méi)有知覺(jué)。近些年來(lái)，這種狀態(tài)被代替為更中性的“無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征”。

無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征患者很難恢復(fù)，但仍然有像舒馬赫這樣的，或者是“植物人”多年后恢復(fù)意識(shí)的。于是 2002 年，學(xué)界又提出了“最小意識(shí)狀態(tài)”這個(gè)概念。處于最小意識(shí)狀態(tài)的患者具有有限的知覺(jué)，比如能和他人有眼神接觸，或者眼睛可追蹤移動(dòng)物體。他們更有可能持續(xù)改善，一些人甚至可以恢復(fù)溝通和理解能力。另外，一部分無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征患者，也可能會(huì)好轉(zhuǎn)至最小意識(shí)狀態(tài)。

正電子發(fā)射斷層掃描是比較常使用的神經(jīng)影像技術(shù)，圖示為其對(duì)不同狀況患者的成像結(jié)果。三角區(qū)域?yàn)樾ㄇ叭~，通常認(rèn)為這個(gè)腦區(qū)的代謝水平可以代表意識(shí)的等級(jí) | 參考文獻(xiàn)[5]

對(duì)這兩種狀態(tài)的區(qū)分，目前主要依靠行為學(xué)量表。但這種方式主觀性強(qiáng)，比較容易誤診。這十年來(lái)，一些研究者嘗試使用神經(jīng)影像技術(shù)來(lái)進(jìn)行區(qū)分，這可以明顯提高診斷的正確率，但仍然存在設(shè)備昂貴稀少，測(cè)試花費(fèi)巨大，使用不方便等問(wèn)題。

另一種方法是“腦電圖”，它通過(guò)貼在頭皮外的電極，記錄下大腦皮層的電活動(dòng)，從而能夠客觀反映大腦的功能。這種方式相對(duì)方便，成本較低，甚至可以攜帶。來(lái)自中科院神經(jīng)科學(xué)研究所和上海華山醫(yī)院的研究者正是通過(guò)腦電圖，開發(fā)了一種可以區(qū)分“植物人”能否蘇醒的方法，研究近日發(fā)表于《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志。

對(duì)字、詞、句各有反應(yīng)

這種新方法所依據(jù)的是大腦對(duì)語(yǔ)言信息的理解和處理。它可以分為字、詞、句三個(gè)層次，對(duì)不同層次的處理能力，代表著不同的意識(shí)水平。

比如上課時(shí)，如果我們精神抖擻，老師講的句子大概率是可以聽得明白的。但如果陷入了昏昏欲睡的狀態(tài)，就幾乎完全不知道老師在說(shuō)什么了；除非忽然聽到自己的名字，就會(huì)立馬驚醒。這時(shí)，我們對(duì)語(yǔ)言的處理能力，其實(shí)就從句子降到了單獨(dú)的詞語(yǔ)。這一點(diǎn)也在實(shí)驗(yàn)中得以證實(shí)——當(dāng)注意力不是集中于聽力、而是集中于視覺(jué)時(shí)，人們聽到單個(gè)字時(shí)的反應(yīng)不變，但聽到詞匯和句子時(shí)的反應(yīng)能力則明顯變差了。

上課昏昏欲睡時(shí)，通常很難理解老師說(shuō)的句子 | Pixabay

于是，研究者找來(lái) 36 位無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征患者、42 位最小意識(shí)狀態(tài)患者和 47 位健康人，看一看他們對(duì)于字、詞、句的反應(yīng)是否有區(qū)別，從而以此來(lái)區(qū)分他們的意識(shí)狀態(tài)。

在實(shí)驗(yàn)中，被試將聽到一系列聲音，這些聲音分為三個(gè)等級(jí)——單字、二字詞語(yǔ)、四字短句。如果可以處理這些語(yǔ)言信息，大腦對(duì)應(yīng)字、詞、句所產(chǎn)生電活動(dòng)的頻率是不一樣的。

每個(gè)字的時(shí)間長(zhǎng)度都是250 ms；所以單字、二字詞語(yǔ)、四字短句出現(xiàn)的頻率分別是4 Hz、2 Hz 和1 Hz。如果大腦可以處理這些語(yǔ)言信息，腦電對(duì)字、詞、句的反應(yīng)也應(yīng)該是4 Hz，2 Hz 和1 Hz | 參考文獻(xiàn)[1]

結(jié)果顯示，健康人對(duì)于字、詞、句都有明顯的反應(yīng)；最小意識(shí)狀態(tài)的被試對(duì)詞有略微顯著的反應(yīng)，對(duì)句子沒(méi)有反應(yīng)；無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征的被試，對(duì)詞和句都沒(méi)有顯著的反應(yīng)。

在最小意識(shí)狀態(tài)的組別中，有 11 位患者對(duì)于詞或句的反應(yīng)更為顯著；這 11 位當(dāng)中，有 5 位在 100 天內(nèi)出現(xiàn)了明顯的好轉(zhuǎn)。4 位反應(yīng)水平較高的無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征患者中，也有 1 位出現(xiàn)了明顯好轉(zhuǎn)。

有望讓預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確

目前科學(xué)界的主流理論認(rèn)為，意識(shí)并不僅僅是靜態(tài)的，而是更多反應(yīng)在全腦協(xié)同工作的動(dòng)態(tài)過(guò)程上。在難度較高的腦活動(dòng)中，與注意力、主觀感受相關(guān)的高級(jí)腦區(qū)，被激活的時(shí)間比較長(zhǎng)。

由于前面的結(jié)果難以反映大腦的動(dòng)態(tài)變化，研究者接下來(lái)又分析了動(dòng)態(tài)信息。結(jié)果顯示，在處理語(yǔ)言時(shí)，三組被試的大腦活動(dòng)模式的確不同。尤其是處理詞和句時(shí)，健康者被激活的腦區(qū)更集中于注意力和主觀感受相關(guān)的高級(jí)腦區(qū)，患者組的腦活動(dòng)則更多出現(xiàn)在與視覺(jué)、聽覺(jué)感知相關(guān)的低級(jí)感覺(jué)皮層。而且，最小意識(shí)狀態(tài)與無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征被試之間，出現(xiàn)了可以量化的顯著差異，這能更好地區(qū)分這兩種狀態(tài)的患者。

之前的研究表明，前額葉皮層與注意力、計(jì)劃、抉擇等高級(jí)功能有關(guān)，頂葉皮層負(fù)責(zé)整合感覺(jué)信息，前額葉-頂葉皮層環(huán)路被認(rèn)為參與到高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)中 | the-scientist.com

這些結(jié)果，反過(guò)來(lái)能不能用來(lái)診斷“植物人”的狀態(tài)，甚至判斷他們之后的恢復(fù)情況呢？

研究者從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取了一些特征，使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法訓(xùn)練了一套診斷系統(tǒng)，并且對(duì)被試進(jìn)行診斷。結(jié)果，對(duì)最小意識(shí)狀態(tài)被試的診斷準(zhǔn)確率達(dá)到了 58 %，對(duì)無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征達(dá)到了 70 %。用這個(gè)系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)病人在記錄腦電 100 天之后的好轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確率也從行為學(xué)量表的 27 %，提高到了 80 %。

圖 | Pixabay

目前，這項(xiàng)工作還存在一定的局限。例如，現(xiàn)在使用的是軟件合成的聲音，相比之下，使用例如患者家人這樣更熟悉的聲音，可能更容易引起患者的腦反應(yīng)；降低詞語(yǔ)和句子的語(yǔ)速，也可能會(huì)增強(qiáng)他們的反應(yīng)。另外，研究中能夠用到的病例較少，患者的意識(shí)水平會(huì)有波動(dòng)，這些都可能會(huì)影響診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

不過(guò)，我們?nèi)匀豢梢云诖@種新的方法能夠幫助我們?cè)缛胀晟茖?duì)意識(shí)障礙患者的診斷，既可以優(yōu)化醫(yī)療資源的分配，也給更多患者和其家屬帶來(lái)希望。

參考文獻(xiàn)

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