圖說(shuō)：高密度腦電記錄系統(tǒng) 新民晚報(bào)記者 郜陽(yáng) 攝

你或許曾因?yàn)檫@樣的故事而淚目：親人日復(fù)一日的呼喚，終于讓病床上的植物人蘇醒。因?yàn)檐嚨?、腦卒中等原因，我國(guó)每年有10萬(wàn)患者在昏迷后進(jìn)入長(zhǎng)期的意識(shí)障礙狀態(tài)，即“植物人”狀態(tài)。能否利用神經(jīng)科學(xué)的方式更準(zhǔn)確判斷“植物人”有無(wú)清醒的可能？

中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、中科院靈長(zhǎng)類神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王立平研究組與復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)外科毛穎/吳雪海團(tuán)隊(duì)歷時(shí)多年，針對(duì)意識(shí)障礙患者開(kāi)展了語(yǔ)言加工相關(guān)神經(jīng)表征的探索性研究，并將相關(guān)神經(jīng)表征與機(jī)器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)患者意識(shí)狀態(tài)的診斷和康復(fù)預(yù)測(cè)，為意識(shí)障礙患者的臨床診療提供了新的參考。相關(guān)成果于北京時(shí)間今夜在《自然-神經(jīng)科學(xué)》上在線發(fā)表。

圖說(shuō)：研究者結(jié)合多層級(jí)語(yǔ)言序列范式和頭皮高密度腦電記錄，幫助臨床醫(yī)生對(duì)意識(shí)障礙患者的意識(shí)水平進(jìn)行診斷和預(yù)后判斷 來(lái)源/中科院腦智卓越中心

目前狀態(tài)鑒定準(zhǔn)確性低

“植物人”的長(zhǎng)期治療給家庭和社會(huì)都帶來(lái)了巨大的壓力?！皩?duì)于家庭和醫(yī)生來(lái)說(shuō)，都是一個(gè)兩難抉擇。一般家庭難以承擔(dān)長(zhǎng)時(shí)間住院產(chǎn)生的費(fèi)用；而醫(yī)院的床位資源也有限?！蓖趿⑵秸f(shuō)。

長(zhǎng)期意識(shí)障礙患者中，以無(wú)反應(yīng)覺(jué)醒綜合征和最小意識(shí)狀態(tài)兩類最為常見(jiàn)。相較于前者，最小意識(shí)狀態(tài)患者的殘存意識(shí)水平更高，康復(fù)可能性也更高?！艾F(xiàn)在對(duì)患者的狀態(tài)鑒定依賴于有經(jīng)驗(yàn)醫(yī)生的觀察和量表評(píng)分，比如觀察對(duì)于指令的反應(yīng)和瞳孔，但這具有一定的主觀性，誤診率高達(dá)40%?！蓖趿⑵浇榻B，“近年來(lái)，有研究者利用腦電或磁共振成像記錄患者的腦活動(dòng)，進(jìn)而推測(cè)其意識(shí)障礙程度，但范式較為局限，神經(jīng)指標(biāo)也較為匱乏，準(zhǔn)確性仍有一定的提升空間。”

三年前，腦智卓越中心學(xué)術(shù)主任、中科院院士蒲慕明的一席話讓王立平眼前一亮?！澳芊窭蒙窠?jīng)科學(xué)，將語(yǔ)言加工這一大腦高級(jí)認(rèn)知功能與意識(shí)狀態(tài)相結(jié)合來(lái)開(kāi)展研究?！?/p>

“這項(xiàng)研究凝聚了很多人的努力。北京天壇醫(yī)院在早期開(kāi)展過(guò)很多實(shí)驗(yàn)。在我們和華山醫(yī)院的研究中，納入了200余人次作為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組?！蓖趿⑵礁嬖V記者。將語(yǔ)言加工能力做為大腦認(rèn)知能力指標(biāo)來(lái)判斷患者殘存的意識(shí)水平，對(duì)于意識(shí)障礙患者狀態(tài)診斷和康復(fù)預(yù)測(cè)有著極其重要的臨床價(jià)值和社會(huì)意義。

圖說(shuō)：科研人員介紹語(yǔ)言加工相關(guān)神經(jīng)活動(dòng) 新民晚報(bào)記者 郜陽(yáng) 攝

巧妙實(shí)驗(yàn)獲得有效結(jié)果

現(xiàn)階段，科研人員尚未徹底理解語(yǔ)言層級(jí)結(jié)構(gòu)在大腦中的神經(jīng)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)制。不過(guò)，現(xiàn)有的基礎(chǔ)研究結(jié)果已經(jīng)可以為臨床轉(zhuǎn)化提供借鑒?！拔覀兊暮献髡哒憬髮W(xué)丁鼐研究員發(fā)明了一項(xiàng)聲音范式，可以用來(lái)探索大腦對(duì)語(yǔ)言層級(jí)結(jié)構(gòu)的加工表征?！蓖趿⑵浇榻B，“根據(jù)的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，大腦只有越清醒，才能理解越復(fù)雜的句子?！?/p>

在實(shí)驗(yàn)室，王立平向記者演示了實(shí)驗(yàn)過(guò)程。科研人員播放一連串語(yǔ)音信號(hào)，每個(gè)字250毫秒，也就是每秒4個(gè)字，同時(shí)采集被測(cè)者的大腦信號(hào)?！爱?dāng)播放的是諸如‘高學(xué)山跑’這樣無(wú)關(guān)聯(lián)的四字時(shí)，正常人大腦會(huì)跟著節(jié)奏，我們會(huì)觀察到4赫茲的震蕩?！蓖趿⑵浇榻B。如果播放的是“嬰兒哭泣”或者“小馬過(guò)河”，若能理解詞組，會(huì)觀察到2赫茲/秒的震蕩；若理解句子則變?yōu)?赫茲/秒。

“群體對(duì)比的結(jié)果顯示，患者組和健康被試組均表現(xiàn)出了對(duì)字層級(jí)結(jié)構(gòu)的顯著神經(jīng)響應(yīng)，但僅健康被試組的腦電活動(dòng)顯著體現(xiàn)出對(duì)詞和句子結(jié)構(gòu)的追蹤。”王立平說(shuō)。值得注意的是，在個(gè)體分析中，研究人員發(fā)現(xiàn)15名患者表現(xiàn)出對(duì)詞和句子結(jié)構(gòu)追蹤的神經(jīng)活動(dòng)，其中6名患者在腦電記錄的100天后表現(xiàn)出明顯的意識(shí)水平康復(fù)。機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)一步顯示，利用詞組序列和句子序列條件下的神經(jīng)活動(dòng)對(duì)兩類患者的區(qū)分更為有效。

圖說(shuō)：研究流程

或找到普適評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

令人欣喜的是，團(tuán)隊(duì)研究方法不僅在診斷上顯著優(yōu)于基于行為學(xué)量表的臨床評(píng)估，而且可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)患者個(gè)體在腦電記錄100天后的康復(fù)，正確率達(dá)到80%。

“目前的工作并不能解決所有問(wèn)題?！蓖趿⑵絿?yán)肅地說(shuō)，“現(xiàn)在數(shù)據(jù)量多了，模型也日趨成熟。我們可以幫助臨床醫(yī)生提高診斷的準(zhǔn)確性，也能更好預(yù)測(cè)患者的預(yù)后?！痹谒磥?lái)，實(shí)驗(yàn)還有很多可以完善的地方?？蒲腥藛T希望通過(guò)了解患者的喜好，播放一些個(gè)性化、有針對(duì)性的聲音。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)或已找到了一種普適的大腦意識(shí)水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在昏迷、睡眠、麻醉等一系列與意識(shí)水平相關(guān)的大腦狀態(tài)評(píng)估中有著廣泛的潛在應(yīng)用價(jià)值。王立平笑著告訴記者，目前，通過(guò)16個(gè)記錄點(diǎn)即可獲取相關(guān)神經(jīng)信號(hào)。他們計(jì)劃將相關(guān)軟硬件整合在一起，未來(lái)讓病人家屬在家中就能操作。不過(guò)他補(bǔ)充說(shuō)，這需要專業(yè)的團(tuán)隊(duì)加入。

“我加入腦智卓越中心后，蒲先生就一直教導(dǎo)我們，要將基礎(chǔ)研究和臨床問(wèn)題結(jié)合在一起?！蓖趿⑵礁锌澳軌?qū)⑸窠?jīng)科學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到臨床，大家的熱情都很高漲?！?/p>

新民晚報(bào)記者 郜陽(yáng)

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