“植物人”苏醒的机制是什么？中国科学院找到了大脑中的“意识开关”

12月3日消息，由中国科学院自动化研究所携手北京天坛医院、杭州师范大学等单位组建的联合研究团队，借助人工智能技术对意识障碍患者大脑的“意识开关”展开分析，从而揭示出意识恢复所共有的神经机制。

▲ 概念示意图（图片来源：中国科学院自动化研究所）

从异质性中发现统一规律

意识障碍是指患者因严重脑损伤而出现意识长期丧失或严重受损的情况，病情严重者常被俗称为“植物人”。在我国，这类患者约有一百万，且每年新增5到10万例，对患者自身、家庭以及整个社会都造成了沉重影响。该类疾病的病因极为复杂，涵盖脑外伤、脑卒中、脑缺血缺氧等多种因素，加之损伤程度与部位各不相同，患者的预后情况也存在显著差异。长期以来，科学界始终在探寻：这种具有高度异质性的疾病，其背后是否存在统一的恢复机制？这一问题的解答，对于研发更有效的治疗方法而言至关重要。

研究团队对23例接受深部脑刺激治疗的意识障碍患者的微电极记录数据展开分析，借助人工智能技术对大脑“意识开关”——丘脑的神经活动模式进行深入探究。研究人员从34个电生理特征里筛选出4个关键特征，其中4-8赫兹的神经振荡（即Theta节律）的强度与稳定性尤为关键，由此构建出与患者一年后意识恢复状况高度关联的统一神经度量指标。

研究表明，该度量指标在不同病因、年龄及严重程度的患者群体中，均展现出优异的预后评估效能。这一成果提示，尽管意识障碍的致病原因与临床表征存在显著差异，但其恢复进程可能受到某种共性神经机制的调控。

识别“隐匿恢复者”，带来新希望

该研究同时辨别出意识障碍的三种恢复类型。第一类患者丘脑活动整体处于沉寂状态，均为症状较重的植物状态患者，没有一例出现恢复情况；第二类患者的Theta节律强度较高，大多是仍残留部分微弱意识的患者，其中超半数成功实现意识恢复；第三类患者尽管多数属于植物状态，却表现出较高的Theta节律稳定性，这类患者可被称为“隐匿恢复者”——他们虽被诊断为植物状态，临床症状表现并不理想，但丘脑活动中仍保留着意识恢复的“希望火种”，最终也有超过半数的患者能够实现意识恢复。未来，我们有望更精准地识别出这些具备恢复潜力却被常规评估所忽略的患者，进而为他们提供更具针对性的治疗方案。

双路径机制揭示意识恢复的奥秘

研究团队借助构建神经网络模型，对意识损伤及恢复阶段的脑网络活动展开模拟，从而深入探究了意识恢复背后的神经机制。研究结果表明，意识恢复或许存在两条各异的神经动力学路径：路径1的特点是先恢复神经输入强度，之后再恢复稳定性，这与前文提及的第二类患者的典型特征相契合；路径2则与之相反，先恢复输入的稳定性，再恢复强度，对应着第三类“隐匿恢复者”的特征。尽管这两条路径最终都有望达成意识恢复，但所经历的中间状态有所不同。这一发现不仅为国际上主流的“ABCD”意识分级理论提供了关键依据，也为解释为何临床表现相近的患者会出现不同恢复轨迹提供了新的思路。值得注意的是，本研究揭示的意识障碍恢复机制，与以往研究中发现的麻醉、睡眠等意识状态切换过程极为相似，这暗示着不同类型的意识改变或许遵循着统一的神经变化规律。

临床应用前景广阔

该研究搭建起基础神经科学与临床应用之间的桥梁，既为高度异质性的意识障碍确立了统一的度量标准，也为临床个体化治疗策略提供了科学支撑。借助基于丘脑Theta节律的统一度量方式，临床医生可更精准地评估患者预后，制定个性化治疗方案。针对具有不同丘脑活动特点的患者群体，能够实施针对性的神经调控策略，以提升治疗成效。与此同时，研究团队还在积极研发非侵入式检测工具，计划通过高密度脑电图等技术手段，无创性地评估丘脑活动状态，并结合人工智能技术构建预后预测系统，从而让更多意识障碍患者从中获益。

相关成果已于11月24日在《自然・通讯》上发表。该论文的第一作者是中国科学院自动化研究所的博士研究生张浩然。共同通讯作者包括中国科学院自动化研究所研究员余山、首都医科大学附属北京天坛医院主任医师何江弘，以及杭州师范大学和比利时列日大学的Steven Laureys教授。论文的共同作者有首都医科大学附属北京天坛医院的博士研究生葛芊芊、副主任医师徐珑、博士研究生庄禹童，北京大学教授吴思、博士研究生刘潇，还有中国人民解放军总医院主治医师党圆圆。

【：IT之家】