“植物人”可否如愿以償清醒？
經(jīng)濟(jì)日報·中國經(jīng)濟(jì)網(wǎng)新聞記者 沈 慧
本來近在眼前，卻被隔絕在不一樣的全球。對許多遭受悲劇的“植物人”親屬而言，世界最遙遠(yuǎn)的距離，也許并不是天各一方，只是我就站在你眼前，卻沒法相互溝通交流。應(yīng)對家人熱切的召喚，“沉睡”中的她們有朝一日會否造就清醒驚喜？它是認(rèn)知能力神經(jīng)科學(xué)遭遇的一大挑戰(zhàn)。現(xiàn)如今，新式確診專用工具面世，讓大家看到了曙光。
為攻破“植物人”清醒這一國際級難點(diǎn)，我國科學(xué)家歷經(jīng)勤奮努力，獲取了意識障礙患者與語言生產(chǎn)加工有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)定性分析，并將其與深度學(xué)習(xí)方式 融合，建立了一套確診及預(yù)測模型，完成了對“植物人”意識水準(zhǔn)的方便快捷臨床診斷與康復(fù)治療預(yù)測分析，準(zhǔn)確率達(dá)80%。有關(guān)科研成果由中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)非凡創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究室）、中科院靈長類神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實驗室王立平研究組等精英團(tuán)隊協(xié)同進(jìn)行，已線上發(fā)布于國際性權(quán)威性科學(xué)期刊《自然—神經(jīng)科學(xué)》。
目前確診方式 的局限
據(jù)不徹底統(tǒng)計分析，在我國每一年有近十萬患者因顱腦外傷、腦卒中、缺血性缺氧性腦病等病癥深陷暈厥，進(jìn)而進(jìn)到長期性意識障礙情況，即傳統(tǒng)定義上的“植物人”情況。
在意識障礙患者中，有兩大類情況更為普遍。一類是可以睜開眼睛閉上眼卻沒有直覺的無反映覺醒綜合癥，這類患者一般 難以修復(fù)；也有一類是最少意識情況，即患者具備比較有限直覺，例如能與別人有目光觸碰，或是雙眼可追蹤挪動物件。與無反映覺醒綜合癥患者對比，最少意識情況患者的殘留意識水準(zhǔn)高些，康復(fù)治療概率也高些。
殊不知，目前對患者情況的評定關(guān)鍵取決于有診治經(jīng)驗醫(yī)師的觀查與量表得分，例如觀查患者對命令的反映，查看患者的雙眼可否跟隨醫(yī)生的手旋轉(zhuǎn)，但這類評定方法誤診率達(dá)到40%。
歸根結(jié)底，學(xué)者覺得，這類評定方法具備一定主觀性，承擔(dān)查驗的醫(yī)師必須歷經(jīng)專業(yè)技能培訓(xùn)，不然非常容易做出錯誤判斷。除此之外，一些“植物人”很有可能很清晰醫(yī)師讓她們干什么，但沒法作出反應(yīng)。“這并不意味著她們的大腦沒有醒著，假如錯判了這種患者，事后便會錯過許多醫(yī)治機(jī)會。”該科學(xué)研究的相互第一作者桂鵬博士表明。
為進(jìn)一步提高確診準(zhǔn)確率，近些年有學(xué)者運(yùn)用腦電或磁共振成像紀(jì)錄患者的腦主題活動，從而推斷其意識障礙水平。但在桂鵬來看，后面一種存有著較多執(zhí)行局限，例如許多患者會聯(lián)接呼吸機(jī)等支持性機(jī)器設(shè)備，這給相應(yīng)檢查產(chǎn)生了巨大麻煩，另外也常因支持性機(jī)器設(shè)備與磁共振儀器設(shè)備沒法適配造成沒法查驗，乃至出現(xiàn)意外。
“值得一提的是，因為神經(jīng)系統(tǒng)指標(biāo)值比較貧乏，運(yùn)用磁共振成像檢驗患者的意識水準(zhǔn)，其精確性仍有一定提高室內(nèi)空間。”桂鵬稱。
可否開發(fā)設(shè)計一種更便捷、更客觀性的意識障礙確診方式 ？一直著眼于語言有關(guān)體制科學(xué)研究的王立平?jīng)Q策依靠腦電圖，將語言生產(chǎn)加工這一大腦高級認(rèn)知功能與意識情況緊密結(jié)合進(jìn)行科學(xué)研究。對于此事，華山醫(yī)院神經(jīng)外科毛穎/吳雪海精英團(tuán)隊一拍即合，彼此從2017年起進(jìn)行協(xié)作科學(xué)研究。
在王立平來看，這一舉動一方面針對科學(xué)研究大腦在不一樣意識情況下解決語言生產(chǎn)加工的工作能力及神經(jīng)系統(tǒng)體制擁有關(guān)鍵科學(xué)研究使用價值；另一方面，將語言生產(chǎn)能力做為大腦思維能力指標(biāo)值來分辨患者殘留的意識水準(zhǔn)，針對意識障礙患者情況確診與康復(fù)治療預(yù)測分析擁有至關(guān)重要的臨床醫(yī)學(xué)使用價值與社會發(fā)展實際意義。
研究室根據(jù)的科學(xué)原理
這類新方式 根據(jù)大腦對語言信息內(nèi)容的了解與解決。本科學(xué)研究合作方、浙江大學(xué)研究者丁鼐工作中發(fā)覺，當(dāng)正常人傾聽按一定頻率展現(xiàn)的漢語語音編碼序列時，大腦會相匹配不一樣等級的語言構(gòu)造——字、詞、語句及語句。
例如，當(dāng)以4字每秒鐘的速率持續(xù)播放視頻“小馬過河”4字語句時，大腦會跟蹤在其中的字（“小”“馬”“過”“河”，出現(xiàn)頻率為4Hz）、詞（“小馬”“過河”，出現(xiàn)頻率為2Hz）與句（“小馬過河”，出現(xiàn)頻率為1Hz）構(gòu)造，并在腦磁或腦電等神經(jīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號上得到反映。相對的，假如展現(xiàn)的是“高學(xué)山跑”那樣不會有詞與句構(gòu)造的4字視頻語音編碼序列，則只有觀查到與字結(jié)構(gòu)出現(xiàn)頻率相匹配的神經(jīng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號。
在這個基礎(chǔ)上，精英團(tuán)隊假定，意識障礙患者殘留意識水準(zhǔn)與語言編碼序列中等級構(gòu)造的生產(chǎn)加工深層很有可能存有關(guān)系，特別是在會在高層住宅級語言構(gòu)造的神經(jīng)系統(tǒng)定性分析上獲得反映。也就是說，意識障礙患者對字、詞、句3個不一樣層級的解決工作能力，很有可能意味著著不一樣的意識水準(zhǔn)。假如能解決這種語言信息內(nèi)容，大腦相匹配字、詞、句所造成腦電主題活動的頻率是不一樣的。“科學(xué)研究根據(jù)的基本原理便是大腦僅有越保持清醒，才可以了解越繁雜的語句。”王立平表述。
根據(jù)此，科學(xué)研究工作人員設(shè)計方案了3種包括不一樣等級的語言編碼序列：僅包括字等級的單字編碼序列，包括字及詞構(gòu)造的詞組編碼序列，包括字、詞、句等級的語句編碼序列，將其播放視頻給無反映覺醒綜合癥與最少意識情況患者，紀(jì)錄她們遭受視頻語音刺激性時的腦電主題活動。經(jīng)與正常人比照數(shù)據(jù)顯示，患者組與身心健康被試組均主要表現(xiàn)出了對字這一層級構(gòu)造的明顯神經(jīng)系統(tǒng)回應(yīng)，但僅身心健康被試組的腦電主題活動明顯反映出對詞和句子結(jié)構(gòu)的跟蹤。
特別注意的是，在個人剖析中，科學(xué)研究工作人員發(fā)覺，15名患者主要表現(xiàn)出了對詞與句子結(jié)構(gòu)跟蹤的神經(jīng)系統(tǒng)主題活動。“深度學(xué)習(xí)進(jìn)一步顯示信息，運(yùn)用詞組編碼序列與語句編碼序列標(biāo)準(zhǔn)下的神經(jīng)系統(tǒng)主題活動對兩大類患者開展區(qū)別更加合理。”王立平詳細(xì)介紹。
或?qū)ふ腋者m評價指標(biāo)
從神經(jīng)系統(tǒng)體制上而言，意識并不是一個靜止不動的腦作用，只是一個動態(tài)變化、自身維持與全腦協(xié)調(diào)工作的即時演化過程。
因為前邊的試驗結(jié)果無法體現(xiàn)大腦動態(tài)變化，根據(jù)意識的全局性工作中室內(nèi)空間基礎(chǔ)理論中意識與高級表皮層腦區(qū)的關(guān)聯(lián)，精英團(tuán)隊進(jìn)一步做出了假定，高意識水準(zhǔn)的腦主題活動會生時間滯留在比較高級的前額葉—頂葉表皮層信息內(nèi)容環(huán)路中，低意識水準(zhǔn)腦主題活動更常遍布于覺得等低等信息資源管理腦區(qū)。“簡易講，便是大腦解決的語言編碼序列句法結(jié)構(gòu)越繁雜，涉及到的高級腦區(qū)主題活動越多。”王立平表明。
因此，科學(xué)研究工作人員紀(jì)錄了3組被試在接納3種不一樣等級構(gòu)造語言編碼序列時的腦電微情況，并與靜息狀態(tài)進(jìn)行了比照。數(shù)據(jù)顯示，在解決多等級語言編碼序列時，身心健康被試大量主要表現(xiàn)出與高級腦區(qū)主題活動有關(guān)的腦電微情況，患者組腦主題活動與覺得表皮層主題活動更有關(guān)。進(jìn)一步比照2組患者精英團(tuán)隊發(fā)覺，與無反映覺醒綜合癥組對比，最少意識情況組低等覺得有關(guān)微情況的延遲時間更短，高級認(rèn)知能力有關(guān)微情況的單位時間內(nèi)出現(xiàn)頻次大量，且患者組間的腦主題活動微情況差別在高級語言每日任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)下更加明顯。
開發(fā)利用所述語言范式下腦電指標(biāo)值創(chuàng)建的深度學(xué)習(xí)實體模型，不但在確診上明顯好于根據(jù)行為學(xué)量表的臨床醫(yī)學(xué)評定，且能更精確預(yù)測分析患者個人在腦電紀(jì)錄100天后的康復(fù)治療，準(zhǔn)確率達(dá)80%。科學(xué)研究中，一位47歲的男士腦中風(fēng)暈厥患者，據(jù)傳統(tǒng)式個人行為評定量表只在總成績23分中得到 5分，這說明清醒幾率極低。殊不知，在對其大腦推行語言生產(chǎn)加工刺激性科學(xué)研究中，患者對詞句與語句的神經(jīng)系統(tǒng)主題活動明顯，科學(xué)研究工作人員融合腦電微情況分辨，他有非常大幾率修復(fù)意識——最后，他清醒了。
“這代表著大家很有可能找到一種普適大腦意識水準(zhǔn)的評價指標(biāo)，在暈厥、睡眠質(zhì)量、麻醉劑等一系列與意識水準(zhǔn)有關(guān)的大腦情況評定中，擁有普遍潛在性運(yùn)用使用價值。”王立平表明。
桂鵬表露，精英團(tuán)隊將在科學(xué)研究中進(jìn)一步提升測試方案，融合多模態(tài)檢測與紀(jì)錄方式，提升科學(xué)研究結(jié)果的臨床醫(yī)學(xué)實際效果、融入面與自動化技術(shù)水平，最后為科學(xué)研究意識障礙的神經(jīng)系統(tǒng)體制、意識主題活動的神經(jīng)系統(tǒng)定性分析，及其在意識障礙患者中進(jìn)行有關(guān)科研出示試驗根據(jù)與理論基礎(chǔ)。
