圖說：高密度腦電記錄系統 新民晚報記者 郜陽 攝
你或許曾因為這樣的故事而淚目：親人日復一日的呼喚，終於讓病床上的植物人甦醒。因為車禍、腦卒中等原因，我國每年有10萬患者在昏迷後進入長期的意識障礙狀態，即「植物人」狀態。能否利用神經科學的方式更準確判斷「植物人」有無清醒的可能？
中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心、中科院靈長類神經生物學重點實驗室王立平研究組與復旦大學附屬華山醫院神經外科毛穎/吳雪海團隊歷時多年，針對意識障礙患者開展了語言加工相關神經表徵的探索性研究，並將相關神經表徵與機器學習方法相結合，成功實現了對患者意識狀態的診斷和康復預測，為意識障礙患者的臨床診療提供了新的參考。相關成果於北京時間今夜在《自然-神經科學》上在線發表。
圖說：研究者結合多層級語言序列範式和頭皮高密度腦電記錄，幫助臨床醫生對意識障礙患者的意識水平進行診斷和預後判斷 來源/中科院腦智卓越中心
目前狀態鑑定準確性低
「植物人」的長期治療給家庭和社會都帶來了巨大的壓力。「對於家庭和醫生來說，都是一個兩難抉擇。一般家庭難以承擔長時間住院產生的費用；而醫院的床位資源也有限。」王立平說。
長期意識障礙患者中，以無反應覺醒症候群和最小意識狀態兩類最為常見。相較於前者，最小意識狀態患者的殘存意識水平更高，康復可能性也更高。「現在對患者的狀態鑑定依賴於有經驗醫生的觀察和量表評分，比如觀察對於指令的反應和瞳孔，但這具有一定的主觀性，誤診率高達40%。」王立平介紹，「近年來，有研究者利用腦電或磁共振成像記錄患者的腦活動，進而推測其意識障礙程度，但範式較為局限，神經指標也較為匱乏，準確性仍有一定的提升空間。」
三年前，腦智卓越中心學術主任、中科院院士蒲慕明的一席話讓王立平眼前一亮。「能否利用神經科學，將語言加工這一大腦高級認知功能與意識狀態相結合來開展研究。」
「這項研究凝聚了很多人的努力。北京天壇醫院在早期開展過很多實驗。在我們和華山醫院的研究中，納入了200餘人次作為實驗組和對照組。」王立平告訴記者。將語言加工能力做為大腦認知能力指標來判斷患者殘存的意識水平，對於意識障礙患者狀態診斷和康復預測有著極其重要的臨床價值和社會意義。
圖說：科研人員介紹語言加工相關神經活動 新民晚報記者 郜陽 攝
巧妙實驗獲得有效結果
現階段，科研人員尚未徹底理解語言層級結構在大腦中的神經基礎和計算機制。不過，現有的基礎研究結果已經可以為臨床轉化提供借鑑。「我們的合作者浙江大學丁鼐研究員發明了一項聲音範式，可以用來探索大腦對語言層級結構的加工表徵。」王立平介紹，「根據的原理其實很簡單，大腦只有越清醒，才能理解越複雜的句子。」
在實驗室，王立平向記者演示了實驗過程。科研人員播放一連串語音信號，每個字250毫秒，也就是每秒4個字，同時採集被測者的大腦信號。「當播放的是諸如『高學山跑』這樣無關聯的四字時，正常人大腦會跟著節奏，我們會觀察到4赫茲的震蕩。」王立平介紹。如果播放的是「嬰兒哭泣」或者「小馬過河」，若能理解詞組，會觀察到2赫茲/秒的震蕩；若理解句子則變為1赫茲/秒。
「群體對比的結果顯示，患者組和健康被試組均表現出了對字層級結構的顯著神經響應，但僅健康被試組的腦電活動顯著體現出對詞和句子結構的追蹤。」王立平說。值得注意的是，在個體分析中，研究人員發現15名患者表現出對詞和句子結構追蹤的神經活動，其中6名患者在腦電記錄的100天後表現出明顯的意識水平康復。機器學習進一步顯示，利用詞組序列和句子序列條件下的神經活動對兩類患者的區分更為有效。
圖說：研究流程
或找到普適評價標準
令人欣喜的是，團隊研究方法不僅在診斷上顯著優於基於行為學量表的臨床評估，而且可以更準確地預測患者個體在腦電記錄100天後的康復，正確率達到80%。
「目前的工作並不能解決所有問題。」王立平嚴肅地說，「現在數據量多了，模型也日趨成熟。我們可以幫助臨床醫生提高診斷的準確性，也能更好預測患者的預後。」在他看來，實驗還有很多可以完善的地方。科研人員希望通過了解患者的喜好，播放一些個性化、有針對性的聲音。
據悉，研究團隊或已找到了一種普適的大腦意識水平的評價指標，在昏迷、睡眠、麻醉等一系列與意識水平相關的大腦狀態評估中有著廣泛的潛在應用價值。王立平笑著告訴記者，目前，通過16個記錄點即可獲取相關神經信號。他們計劃將相關軟硬體整合在一起，未來讓病人家屬在家中就能操作。不過他補充說，這需要專業的團隊加入。
「我加入腦智卓越中心後，蒲先生就一直教導我們，要將基礎研究和臨床問題結合在一起。」王立平感慨，「能夠將神經科學的知識運用到臨床，大家的熱情都很高漲。」
新民晚報記者 郜陽