文献分享 ||《床旁检测植物状态患者的意识情况》

Introduction

通过功能性核磁共振成像(fMRI)，Owen及其同事发现，一位看起来完全是植物状态的患者能够调节她的血氧水平依赖性(BOLD)反应来完成各种心理成像任务。用同样的技术，Monti及其同事发现，处于植物状态的24位患者中有4位有意识并能够在fMRI中可靠地完成这些任务。这些事实证明，有一群患者符合植物状态的所有行为标准，但仍然保持着一种隐蔽的意识水平，且无法通过行为评估来发现。

fMRI成本昂贵，患者在转移到配备适当功能的fMRI设施时所产生的物理压力很大，运动伪迹经常出现在无法保持静止状态的患者的成像数据中，并且金属植入物在许多遭受创伤的人群中很常见。EEG相较于fMRI来说便宜得多，并且EEG记录不受金属植入物的影响，更重要的是，可以在床边使用。

Methods

Patients and controls

这项研究是在2010年7月至2011年6月之间在两个欧洲中心进行的，我们招募了符合CRS-R植物状态的创伤性脑损伤和非创伤性脑损伤的患者。

Procedures

所有患者均入院4-5天，并每天用CRS-R量表进行评估。该量表旨在区分植物状态和最小意识状态的患者。

实验过程：每次听到嘟嘟声时，试着想象你将右手握拳然后放松它或摆动双脚上的所有脚趾然后放松它（4-8次）。如果你真的在做这个动作，集中注意力于你肌肉的感觉。5s后，按照指令进行15个音（600Hz 60ms）的双耳呈现，刺激间隔为4.5–9.5s（刺激被编程为在每次试验中随机选择刺激间隔)。每个患者共计完成6次任务，每次任务中间休息1到2分钟。图像任务的顺序是伪随机的，因此连续完成的相同图像类型不超过两个。

我们从原始的129通道电极中选择了运动区上方的25个电极(图1)，因为与运动想象相关的活动局限于头皮的该区域。

(图1)

Results

(表1)

研究者评估了16例处于植物人状态的患者(表1)，5例创伤性脑损伤患者和11例非创伤性脑损伤患者中分别有2例(40%)和1例(9%)能够对实验任务作出积极响应。

Discussion

三名似乎完全是植物状态的患者被发现能意识到并能够显著且持续地调节其EEG对命令的反应。我们的研究表明 EEG方法可以识别被诊断为植物状态患者的隐蔽意识，其准确率与其他检测方法相似。

为了充分理解我们的结果，应该考虑在产生显著的EEG结果之前必须满足的标准。首先，患者必须在头部已知这种活动发生在有意识个体中的相同区域上调节与运动想象相关的EEG信号的适当频带(图2)。其次，要对每种类型的图像进行准确分类，这种调节必须在相同图像类型的任务中保持一致，即具有一致的时间进程和频率内容，但也必须在两种类型的图像(右手和脚趾)之间保持一致的差异。最后，患者EEG数据的分类在二项式检验中必须具有重要意义。

(图2)

要想被认为是成功的，每个被试者必须在每次试验中长时间持续产生所要求的精神状态，并且必须在几次试验中都这样做。所有患者都接受了至少4天的CRS-R量表评分，没有任何患者表现出有意识的行为迹象。更重要的是，没有任何证据表明他们还有能力对命令做出反应。

执行此复杂任务对许多认知功能提出了一些要求，包括持续关注、反应选择、语言理解和工作记忆。所有这些功能都是自上而下的认知控制的方面，通常与正常的意识有关。

EEG高度便携、价格低廉、可以在床边进行、并且可以用于金属植入物的患者。此外，在迄今为止最全面的MRI研究中，54名患者中有9名患者的数据无法解释，因为运动伪影的数据过于嘈杂。相比之下，EEG受运动伪影的影响较小，因此本研究的淘汰率为零。

我们的研究结果表明，对命令的一致反应不需要通过行为来表达，而是可以根据EEG反应来准确识别。这项技术的成功也为这一患者群体的脑机接口或简单、可靠的通信设备的发展铺平了道路。这类设备将提供一种基于不同精神状态映射的外部控制和交流形式。EEG提供的自由度可以让这项技术超越二进制反应，基于多种形式的精神状态分类，允许更具功能表现力的交流方式。

（撰稿人：翟伟航）