圖說：高密度腦電記錄系統(tǒng) 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(fù)一日的呼喚，終于讓病床上的植物人蘇醒。因為車禍、腦卒中等原因，我國每年有10萬患者在昏迷后進入長期的意識障礙狀態(tài)，即“植物人”狀態(tài)。能否利用神經(jīng)科學(xué)的方式更準確判斷“植物人”有無清醒的可能？

中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、中科院靈長類神經(jīng)生物學(xué)重點實驗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/吳雪海團隊歷時多年，針對意識障礙患者開展了語言加工相關(guān)神經(jīng)表征的探索性研究，并將相關(guān)神經(jīng)表征與機器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合，成功實現(xiàn)了對患者意識狀態(tài)的診斷和康復(fù)預(yù)測，為意識障礙患者的臨床診療提供了新的參考。相關(guān)成果于北京時間今夜在《自然-神經(jīng)科學(xué)》上在線發(fā)表。

圖說：研究者結(jié)合多層級語言序列范式和頭皮高密度腦電記錄，幫助臨床醫(yī)生對意識障礙患者的意識水平進行診斷和預(yù)后判斷 來源/中科院腦智卓越中心

目前狀態(tài)鑒定準確性低

“植物人”的長期治療給家庭和社會都帶來了巨大的壓力?！皩τ诩彝ズ歪t(yī)生來說，都是一個兩難抉擇。一般家庭難以承擔(dān)長時間住院產(chǎn)生的費用；而醫(yī)院的床位資源也有限?！蓖趿⑵秸f。

長期意識障礙患者中，以無反應(yīng)覺醒綜合征和最小意識狀態(tài)兩類最為常見。相較于前者，最小意識狀態(tài)患者的殘存意識水平更高，康復(fù)可能性也更高?！艾F(xiàn)在對患者的狀態(tài)鑒定依賴于有經(jīng)驗醫(yī)生的觀察和量表評分，比如觀察對于指令的反應(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，但范式較為局限，神經(jīng)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(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)，將語言加工這一大腦高級認知功能與意識狀態(tài)相結(jié)合來開展研究?！?/p>

“這項研究凝聚了很多人的努力。北京天壇醫(yī)院在早期開展過很多實驗。在我們和華山醫(yī)院的研究中，納入了200余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，對于意識障礙患者狀態(tài)診斷和康復(fù)預(yù)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(guān)神經(jīng)活動 新民晚報記者 郜陽 攝

巧妙實驗獲得有效結(jié)果

現(xiàn)階段，科研人員尚未徹底理解語言層級結(jié)構(gòu)在大腦中的神經(jīng)基礎(chǔ)和計算機制。不過，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)明了一項聲音范式，可以用來探索大腦對語言層級結(jié)構(gòu)的加工表征?！蓖趿⑵浇榻B，“根據(jù)的原理其實很簡單，大腦只有越清醒，才能理解越復(fù)雜的句子。”

在實驗室，王立平向記者演示了實驗過程?？蒲腥藛T播放一連串語音信號，每個字250毫秒，也就是每秒4個字，同時采集被測者的大腦信號?！爱?dāng)播放的是諸如‘高學(xué)山跑’這樣無關(guān)聯(lián)的四字時，正常人大腦會跟著節(jié)奏，我們會觀察到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?yōu)?赫茲/秒。

“群體對比的結(jié)果顯示，患者組和健康被試組均表現(xiàn)出了對字層級結(jié)構(gòu)的顯著神經(jīng)響應(yīng)，但僅健康被試組的腦電活動顯著體現(xiàn)出對詞和句子結(jié)構(gòu)的追蹤?！蓖趿⑵秸f。值得注意的是，在個體分析中，研究人員發(fā)現(xiàn)15名患者表現(xiàn)出對詞和句子結(jié)構(gòu)追蹤的神經(jīng)活動，其中6名患者在腦電記錄的100天后表現(xiàn)出明顯的意識水平康復(fù)。機器學(xué)習(xí)進一步顯示，利用詞組序列和句子序列條件下的神經(jīng)活動對兩類患者的區(qū)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(yōu)于基于行為學(xué)量表的臨床評估，而且可以更準確地預(yù)測患者個體在腦電記錄100天后的康復(fù)，正確率達到80%。

“目前的工作并不能解決所有問題。”王立平嚴肅地說，“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)生提高診斷的準確性，也能更好預(yù)測患者的預(yù)后。”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(jù)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(guān)的大腦狀態(tài)評估中有著廣泛的潛在應(yīng)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(guān)神經(jīng)信號。他們計劃將相關(guān)軟硬件整合在一起，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(yè)的團隊加入。

“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)研究和臨床問題結(jié)合在一起?！蓖趿⑵礁锌?，“能夠?qū)⑸窠?jīng)科學(xué)的知識運用到臨床，大家的熱情都很高漲?！?/p>

新民晚報記者 郜陽

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