「植物人」能否甦醒?中國科學家提出了一種更準確的預測方法

2020-12-23 新華網客戶端

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2014 年，車王舒馬赫滑雪遭遇意外，當時醫生預測他可能會成為永久植物人；好在幾個月之後，舒馬赫脫離昏迷，出現了甦醒的跡象。然而，有的「植物人」患者，卻終其一生只能保持「植物狀態」。如何判斷植物人能否恢復意識，一直以來都是臨床上的一大難題。

麥可·舒馬赫在2013年12月底滑雪時出現事故，頭部撞在巖石上 | Mark McArdle / Wikimedia Commons最近，中國科學家提出了一種新的方法，使用腦電圖檢測患者對語言的反應，有望預測植物人能否甦醒。「植物人」也有不同 「植物人」這種症狀，準確來說叫做「持續植物狀態」。很長一段時間內，他們能夠睜眼閉眼，但卻沒有知覺。近些年來，這種狀態被代替為更中性的「無反應覺醒症候群」。無反應覺醒症候群患者很難恢復，但仍然有像舒馬赫這樣的，或者是「植物人」多年後恢復意識的。於是 2002 年，學界又提出了「最小意識狀態」這個概念。處於最小意識狀態的患者具有有限的知覺，比如能和他人有眼神接觸，或者眼睛可追蹤移動物體。他們更有可能持續改善，一些人甚至可以恢復溝通和理解能力。另外，一部分無反應覺醒症候群患者，也可能會好轉至最小意識狀態。

正電子發射斷層掃描是比較常使用的神經影像技術，圖示為其對不同狀況患者的成像結果。三角區域為楔前葉，通常認為這個腦區的代謝水平可以代表意識的等級 | 參考文獻[5]對這兩種狀態的區分，目前主要依靠行為學量表。但這種方式主觀性強，比較容易誤診（誤診率約為40%）。這十年來，一些研究者嘗試使用神經影像技術來進行區分，這可以明顯提高診斷的正確率，但仍然存在設備昂貴稀少，測試花費巨大，使用不方便等問題。另一種方法是「腦電圖」，它通過貼在頭皮外的電極，記錄下大腦皮層的電活動，從而能夠客觀反映大腦的功能。這種方式相對方便，成本較低，甚至可以攜帶。來自中科院神經科學研究所和上海華山醫院的研究者正是通過腦電圖，開發了一種可以區分「植物人」能否甦醒的方法，研究近日發表於《自然·神經科學》雜誌。對字、詞、句各有反應 這種新方法所依據的是大腦對語言信息的理解和處理。它可以分為字、詞、句三個層次，對不同層次的處理能力，代表著不同的意識水平。比如上課時，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，就幾乎完全不知道老師在說什麼了；除非忽然聽到自己的名字，就會立馬驚醒。這時，我們對語言的處理能力，其實就從句子降到了單獨的詞語。這一點也在實驗中得以證實——當注意力不是集中於聽力、而是集中於視覺時，人們聽到單個字時的反應不變，但聽到詞彙和句子時的反應能力則明顯變差了。

上課昏昏欲睡時，通常很難理解老師說的句子 | Pixabay於是，研究者找來 36 位無反應覺醒症候群患者、42 位最小意識狀態患者和 47 位健康人，看一看他們對於字、詞、句的反應是否有區別，從而以此來區分他們的意識狀態。在實驗中，被試將聽到一系列聲音，這些聲音分為三個等級——單字、二字詞語、四字短句。如果可以處理這些語言信息，大腦對應字、詞、句所產生電活動的頻率是不一樣的。

每個字的時間長度都是250 ms；所以單字、二字詞語、四字短句出現的頻率分別是4 Hz、2 Hz 和1 Hz。如果大腦可以處理這些語言信息，腦電對字、詞、句的反應也應該是4 Hz，2 Hz 和1 Hz | 參考文獻[1]結果顯示，健康人對於字、詞、句都有明顯的反應；最小意識狀態的被試對詞有略微顯著的反應，對句子沒有反應；無反應覺醒症候群的被試，對詞和句都沒有顯著的反應。在最小意識狀態的組別中，有 11 位患者對於詞或句的反應更為顯著；這 11 位當中，有 5 位在 100 天內出現了明顯的好轉。4 位反應水平較高的無反應覺醒症候群患者中，也有 1 位出現了明顯好轉。有望讓預測更準確 目前科學界的主流理論認為，意識並不僅僅是靜態的，而是更多反應在全腦協同工作的動態過程上。在難度較高的腦活動中，與注意力、主觀感受相關的高級腦區，被激活的時間比較長。由於前面的結果難以反映大腦的動態變化，研究者接下來又分析了動態信息。結果顯示，在處理語言時，三組被試的大腦活動模式的確不同。尤其是處理詞和句時，健康者被激活的腦區更集中於注意力和主觀感受相關的高級腦區，患者組的腦活動則更多出現在與視覺、聽覺感知相關的低級感覺皮層。而且，最小意識狀態與無反應覺醒症候群被試之間，出現了可以量化的顯著差異，這能更好地區分這兩種狀態的患者。

之前的研究表明，前額葉皮層與注意力、計劃、抉擇等高級功能有關，頂葉皮層負責整合感覺信息，前額葉-頂葉皮層環路被認為參與到高級認知活動中 | the-scientist.com這些結果，反過來能不能用來診斷「植物人」的狀態，甚至判斷他們之後的恢復情況呢？研究者從實驗數據中提取了一些特徵，使用機器學習的方法訓練了一套診斷系統，並且對被試進行診斷。結果，對最小意識狀態被試的診斷準確率達到了 58 %，對無反應覺醒症候群達到了70%。用這個系統來預測病人在記錄腦電 100 天之後的好轉，準確率也從行為學量表的 27 %，提高到了 80 %。

圖 | Pixabay目前，這項工作還存在一定的局限。例如，現在使用的是軟體合成的聲音，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；降低詞語和句子的語速，也可能會增強他們的反應。另外，研究中能夠用到的病例較少，患者的意識水平會有波動，這些都可能會影響診斷系統的準確性。不過，我們仍然可以期待，這種新的方法能夠幫助我們早日完善對意識障礙患者的診斷，既可以優化醫療資源的分配，也給更多患者和其家屬帶來希望。參考文獻[1] Gui P, Jiang Y, Zang D, et al. Assessing the depth of language processing in patients with disorders of consciousness[J]. Nature Neuroscience, 2020, https://doi.org/10.1038/s41593-020-0639-1.[2]Dehaene S, Changeux J. Experimental and Theoretical Approaches to Conscious Processing[J]. Neuron, 2011,70(2): 200-227.[3] Engemann D A, Raimondo F, King J, et al. Robust EEG-based cross-site and cross-protocol classification of states of consciousness[J]. Brain, 2018, 141(11): 3179-3192.[4] Giacino J T, Fins J J, Laureys S, et al. Disorders of consciousness after acquired brain injury: The state of the science[J]. Nature Reviews Neurology, 2014, 10(2): 99-114.[5] Guldenmund P, Stender J, Heine L, et al. Mindsight: Diagnostics in Disorders of Consciousness[J]. Critical Care Research and Practice, 2012: 624724-624724.[6] Jennett B, Plum F. PERSISTENT VEGETATIVE STATE AFTER BRAIN DAMAGE: A Syndrome in Search of a Name[J]. The Lancet, 1972, 299(7753): 734-737.[7] Perrin F, Castro M, Tillmann B, et al. Promoting the use of personally relevant stimuli for investigating patients with disorders of consciousness[J]. Frontiers in Psychology, 2015: 1102-1102.作者：Insulindian編輯：麥麥

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來源：新華號 果殼

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