植物人有意識嗎?如何與植物人對話?

2021-02-13 科學畫報

文/饒 毅

死與生相對，是個哲學問題，更是個很難解的神經生物學問題。

莎士比亞讓王子感嘆要不要死，雖然也是神經生物學問題，是關於大腦對自身決策的神經生物學問題，但非本文討論的問題。

本文主題是，如何確定一個人「死」了。內容非哲學、亦非技術，而是介紹一個巧妙的實驗思路：選擇重要的問題，用20多年前的舊技術，通過巧妙的實驗設計，解決問題。

何為「死」？一個貌似簡單的現象實際很難下定義，而確定生死還是「人命關天」的大事。平常對死亡的粗略定義，一般說得過去，例如在醫院以外常將無呼吸、心跳作為判斷死亡的標準。但是，在現代醫院只依據呼吸、心跳判斷死亡就不合適。這一問題，不僅與個體有關，與家庭成員如何決定是否撤銷維持呼吸心跳的機器有關，也與人類普遍關心的生死問題有關。

神經生物學結合現代成像技術，可以化解這個貌似哲學問題的神經生物學問題，找到物理學答案。

神經生物學的研究，從來都與物理（和化學）有很強的交叉。義大利醫生兼物理學家伽伐尼發現電刺激蛙腿導致肌肉收縮，這個發現成為電生理學的開端。檢測神經系統電流、電位的方法，檢測腦活動的方法，都成為神經基礎研究和臨床應用的基本需求。從20世紀初的腦電圖（簡稱EEG）到80年代的正電子掃描（簡稱PET）、90年代的功能性磁共振成像（簡稱fMRI），都推動了腦機理的研究，改善了腦疾病的診斷。

目前，PET和fMRI主要（但不僅僅）用於檢測局部腦血流。利用fMRI檢測血氧水平依賴（簡稱BOLD）信號的方法，是日裔科學家小川誠二在美國貝爾實驗室工作期間發明的。因為脫氧的血紅蛋白（簡稱dHb）與氧化的血紅蛋白（簡稱Hb）磁性不同，能夠被fMRI所檢測。當神經細胞活動增加時，腦的局部血流增加，帶來更多Hb，改變dHb和Hb的比例，fMRI可以檢測到BOLD信號，間接反映局部腦區神經細胞的活躍程度。

現代醫學在可以維持植物人的呼吸心跳的同時，給醫學、倫理出了難題。其實，如何確定植物人有無意識是一個很大的問題。

英國劍橋大學的歐文等於2006年在《科學》雜誌發表一篇短文，用fMRI探尋植物人的意識是否存在。他們檢測的一名患者在23歲時因為車禍導致腦損傷，雖然有睡眠覺醒的周期，但無臨床醫生可以檢測到的反應，完全滿足植物狀態的診斷。歐文等先在對她說話的時候檢測fMRI，發現圖像上好像有反應，但不能確定是有意義的反應。

歐文等設計實驗，請正常人設想自己打網球，發現可以用fMRI觀察到腦的特定區域有BOLD信號；請正常人設想在家裡走動時，發現另外腦區有BOLD信號。歐文再用語言請患者設想打網球或在家裡走動，結果發現患者與正常人一樣的腦區有BOLD信號，從而認為該植物人實際有意識。

此後，歐文指導的課題組對英國54名診斷為植物狀態的患者進行fMRI檢測，其中5名可以檢測到fMRI的反應，一名年輕男子的反應更神奇：在外界向他問話時，可以在fMRI信號上顯示YES或NO。在fMRI的腦成像圖上，並無直接表示YES或NO的區域。歐文等請正常人在回答YES時想像自己打網球，而如果回答NO時想像在家裡走動，這樣，可以觀察到正常人打網球的特定BOLD信號表達YES，在家走動的特定BOLD信號表示NO。在檢測的54位患者中，那名神奇的年輕男子可以正確回答YES和NO。比如，詢問他父親的名字後，請他用打網球或在家走動代表YES或NO，結果他只在被問到他父親真名時出現打網球的BOLD信號，其他都顯示在家走動的BOLD信號。這說明，他能夠學會臨時制定的規則並給予正確的答案。

這位年輕男子的反應說明，他肯定有意識，對於他的家人有很大意義：不僅他活著，而且可以與他交流。當然，目前不能檢測到反應的其他患者，並不能斷定其缺乏意識，還有待開發新的實驗設計和檢測方法。

fMRI所需要的機器價格昂貴，不適合一般家庭使用，也不是所有醫院的常規設備。於是，歐文等開始試用EEG，發現也可以觀察到植物人的腦電信號。

神經生物學研究，對人類思考生死的問題提供了科學基礎。

——選自《科學畫報》



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