中國日報12月3日電（記者 李夢涵）中國科學院自動化研究所、首都醫科大學附屬北京天壇醫院與杭州師范大學、比利時列日大學的聯合研究團隊，通過記錄并分析不同年齡、不同病因、不同嚴重程度的意識障礙患者大腦活動模式與他們意識恢復之間的關系，揭示了意識恢復的共性神經機制，為理解這一世界性醫學與科學難題提供了關鍵證據。近日，相關成果已發表于國際學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。
從異質性中發現統一規律
意識障礙是指患者因嚴重腦損傷導致意識長期喪失或嚴重受損，嚴重的患者被俗稱為"植物人"。我國有約一百萬的意識障礙患者，每年新增5-10萬，給患者、家庭和社會帶來嚴重影響。這類疾病的病因極其復雜，包括腦外傷、腦卒中、腦缺血缺氧等多種因素，損傷程度和位置各異，患者預后差異巨大。長期以來，科學界一直在探索：如此異質性的疾病背后，是否存在統一的恢復機制？這一問題的答案對于尋找更加有效的治療手段具有關鍵意義。
研究團隊通過分析23例接受深部腦刺激治療的意識障礙患者的微電極記錄數據，運用人工智能技術深入挖掘大腦"意識開關"——丘腦的神經活動模式。從34個電生理特征中，研究人員篩選出4個關鍵特征，特別是4-8赫茲的神經振蕩（也叫做Theta節律）的強度和穩定性，構建了與患者一年后意識恢復情況高度相關的統一神經度量。
研究顯示，該度量指標對不同病因、不同年齡、不同嚴重程度的患者均具有良好的預后判斷能力。這一發現意味著，盡管意識障礙的病因和臨床表現千差萬別，但其恢復過程受到一個共同的神經機制的影響。
識別"隱匿恢復者"，帶來新希望
該研究還識別出三種意識障礙的恢復類型。第一類患者丘腦活動普遍沉寂，全部為較為嚴重的植物狀態患者，無一例恢復；第二類具有較高的Theta節律強度，多為殘留部分微小意識的患者，超過半數實現意識恢復；第三類雖然大多為植物狀態患者，但顯示出較高的Theta節律穩定性，代表了一類"隱匿恢復者"，這部分被診斷為植物狀態的患者，雖然臨床表現不佳，但其丘腦活動保留著恢復的"火種"，最終有過半數患者能夠實現意識恢復。未來，有希望更精準地識別這些具有恢復潛力但被常規評估遺漏的患者，并為他們提供針對性治療。
雙路徑機制揭示意識恢復的奧秘
研究團隊通過構建神經網絡模型，模擬了意識損傷與恢復的腦網絡活動，深入探索了意識恢復的神經機制。研究發現，意識恢復可能存在兩條不同的神經動力學路徑。路徑1先恢復神經輸入強度，后恢復穩定性，對應上述第二類患者的典型特征；路徑2則相反，先恢復輸入的穩定性，后恢復強度，對應第三類"隱匿恢復者"的特征。這兩條路徑最終都有希望實現意識恢復，但經歷的中間狀態不同。該發現為國際主流的"ABCD"意識分級理論提供了關鍵證據，也為理解為何臨床表現相似的患者會有不同恢復軌跡提供了新見解。有意思的是，本研究揭示的意識障礙恢復機制，與以前研究中發現的麻醉、睡眠等意識狀態的切換過程具有高度的相似性，提示不同類型的意識改變可能遵循統一的神經變化規律。
臨床應用前景廣闊
該研究架起了從基礎神經科學到臨床應用的橋梁，不僅為高度異質性的意識障礙找到了統一的度量標準，更為臨床個體化治療策略提供了科學依據。基于丘腦Theta節律的統一度量，臨床醫生能夠更準確地評估患者預后，制定個體化治療方案。對于具有不同丘腦活動特征的患者類型，可以采取針對性的神經調控策略，提高治療效果。同時，研究團隊也正致力于開發非侵入式檢測工具，旨在通過高密度腦電圖等手段，無創評估丘腦活動狀態，并基于人工智能技術構建預后預測系統，惠及更多意識障礙患者。
中國科學院自動化研究所博士研究生張浩然為論文第一作者。中國科學院自動化研究所研究員余山、首都醫科大學附屬北京天壇醫院主任醫師何江弘以及杭州師范大學、比利時列日大學教授Steven Laureys為論文共同通訊作者。首都醫科大學附屬北京天壇醫院博士研究生葛芊芊、副主任醫師徐瓏、博士研究生莊禹童，北京大學教授吳思、博士研究生劉瀟，中國人民解放軍總醫院主治醫師黨圓圓為論文的共同作者。該工作得到國家重點研發計劃計劃（2023YFB4706100、2022YFE0141300）、國家自然科學基金（82272118）、北京市自然科學基金（7232046）、加拿大卓越研究主席基金、歐洲生物醫學研究基金、比利時國王鮑杜安基金會和國際心理健康基金的資金支持。
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