作者： 埃里克·W·多兰 2023 年 8 月 1 日认知 科学,心理健康,神经影像学


一组科学家最近旨在通过使用脑成像技术研究意识障碍患者和健康志愿者的神经活动，更好地了解意识及其病理学。他们确定了与意识有关的两个重要的大脑回路。研究结果发表在《Human Brain Mapping》上。

意识是一种复杂而主观的体验，科学家和哲学家之间关于其本质和起源仍然存在很多争论。然而，在临床环境中，治疗严重脑损伤和意识障碍患者的医生需要找到帮助患者的方法，无论意识的确切定义如何。这项新研究的作者试图更好地了解病理性意识丧失及其恢复背后的机制，并寻求可靠的方法来评估患者的状态。


“近年来，许多研究试图利用各种神经影像技术客观地评估意识水平。虽然这些研究改进了我们诊断意识障碍患者的方法，但它们并没有完全解释意识是如何产生的，”该研究的作者、列日大学昏迷科学小组的博士后研究员 Jitka Annen 解释道。

“通过这项工作，我们想要描述刺激（或正在进行的活动中的扰动）如何影响脑损伤后不同意识减少状态下的神经活动流动。通过这样做，我们可以深入了解大脑区域如何接收来自其他大脑区域的活动并向其他大脑区域传播活动，或者某些受试者如何能够维持意识，而另一些受试者则不能。简而言之，我们试图更好地理解信息流在不同意识状态下有何不同。”


为了实现这些目标，研究人员使用神经影像方法，特别是功能磁共振成像（fMRI）来研究意识障碍患者和健康志愿者的大脑活动。他们关注的是外部扰动（例如感觉刺激或人工刺激）如何在不同的意识减弱状态下通过大脑传播。通过观察这些大脑动态，他们旨在了解信息如何在大脑中流动以及不同区域在意识和意识状态改变期间如何相互作用。

在这项研究中，他们包括严重脑损伤后出现意识障碍的受试者（例如处于最低意识状态和反应迟钝的觉醒综合症的受试者）和没有神经系统问题的健康对照志愿者。他们进行了行为评估并使用葡萄糖 PET 扫描来确认患者意识障碍的诊断。研究人员从所有参与者那里获取了结构和功能 MRI 数据。


利用功能磁共振成像数据，研究小组研究了意识障碍患者大脑中内源性（自发性）和计算机外源性（基于模型的）扰动的传播。他们根据静息态功能磁共振成像数据估计了大脑区域之间的定向和因果相互作用，并将其拟合到活动传播的线性模型中。

研究人员发现，患有意识障碍的患者大脑中的神经回路出现故障。这些电路无法正确地传达和整合信息，导致缺乏意识。


在健康个体中，他们发现特定的大脑区域负责传播和接收信息，这对于意识感知至关重要。然而，患有无反应觉醒综合症（UWS）的患者，大脑传输和整合信息的能力受到严重损害。他们观察到大脑活动迅速衰退，大脑区域之间的连接减少，导致缺乏意识感知。

对于处于最低意识状态、部分恢复意识的患者，其中一些大脑功能显示出改善，表明某些大脑区域正在恢复处理和整合信息的能力。

“患有意识障碍的患者的大脑阻碍了对事件的反应能力，”安南告诉《心理邮报》。“当事件到达皮层时，它们的活动无法成功传播到其他皮层区域进行进一步处理。在健康志愿者中，大脑区域嵌入在专门的网络中。”

“具体来说，大脑后部（大脑后部，接收感觉信息）和丘脑（大脑内部，充当身体和大脑之间的门户）专门负责整合额叶和颞叶（侧面）的活动流程。皮质区域（负责各种认知过程）专门负责传播事件活动。”

“这种功能专门化似乎在失去知觉的患者中消失了。所有区域的行为都相似，并且活动持续的时间不够长，无法由相关区域进行处理。在表现出最低意识的患者中，功能性神经处理的这些特性会恢复。”

研究还发现，大脑的葡萄糖消耗（通过 PET 扫描测量）与其处理刺激的能力直接相关。换句话说，当大脑的葡萄糖代谢较高时，它表现出更好的有效反应和处理信息的能力。这表明大脑处理信息的能力与其整体健康状况密切相关。

“刺激处理与大脑的糖消耗成正比，这是神经完整性的一个非常可靠的衡量标准，”安南说。“虽然这可以被认为是预料之中的，但我发现值得注意的是，这种关系是如此直接，特别是考虑到葡萄糖消耗数据来自同一受试者的完全不同类型的脑部扫描。”

这项研究为意识背后的机制以及脑损伤如何影响意识提供了重要的见解。了解这些过程可能有助于临床医生找到更好的方法来治疗和支持意识障碍患者。但与所有研究一样，该研究也包含一些警告。

“这项工作是在人脑项目的框架内进行的，如果没有 Rajanikant Panda 博士以及我们在巴塞罗那庞培法布拉大学（西班牙）的合作者 Ane López-González 和 Gorka Zamora-López，这项工作是不可能完成的，”她添加。

这项名为“全脑分析表明意识障碍中后部整合和丘脑额颞叶广播受损”的研究由 Rajanikant Panda、Ane López-González、Matthieu Gilson、Olivia Gosseries、Aurore Thibaut、Gianluca Frasso、Benedetta Cecconi 撰写、Anira Escrichs、昏迷科学组合作者、Gustavo Deco、Steven Laureys、Gorka Zamora-López 和 Jitka Annen。