近日，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院、杭州師范大學(xué)、比利時(shí)列日大學(xué)合作，通過記錄并分析不同年齡、不同病因、不同嚴(yán)重程度的意識(shí)障礙患者大腦活動(dòng)模式與其意識(shí)恢復(fù)之間的關(guān)系，揭示了意識(shí)恢復(fù)的共性神經(jīng)機(jī)制，為理解這一醫(yī)學(xué)與科學(xué)難題提供了關(guān)鍵證據(jù)。

　　意識(shí)障礙是指患者因嚴(yán)重腦損傷而陷入長期昏迷或意識(shí)嚴(yán)重受損的狀態(tài)。研究分析接受深部腦刺激治療的意識(shí)障礙患者的微電極記錄數(shù)據(jù)，運(yùn)用人工智能技術(shù)挖掘大腦“意識(shí)開關(guān)”——丘腦的神經(jīng)活動(dòng)模式。在34個(gè)電生理特征中，研究篩選出四個(gè)關(guān)鍵特征，特別是4至8赫茲的神經(jīng)振蕩的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，構(gòu)建出與患者一年后意識(shí)恢復(fù)情況高度相關(guān)的統(tǒng)一神經(jīng)度量。

　　研究顯示，該度量指標(biāo)對不同病因、不同年齡、不同嚴(yán)重程度的患者均具有良好的預(yù)后判斷能力。這表明，盡管意識(shí)障礙的病因和臨床表現(xiàn)千差萬別，但其恢復(fù)過程受到共同的神經(jīng)機(jī)制的影響。

　　研究同時(shí)識(shí)別出三種意識(shí)障礙的恢復(fù)類型。第一類患者丘腦活動(dòng)普遍沉寂，為較嚴(yán)重的植物狀態(tài)患者，無一例恢復(fù)；第二類具有較高的Theta節(jié)律強(qiáng)度，多為殘留部分微小意識(shí)的患者，超過半數(shù)實(shí)現(xiàn)意識(shí)恢復(fù)；第三類多為植物狀態(tài)患者，但顯示出較高的Theta節(jié)律穩(wěn)定性，代表一類“隱匿恢復(fù)者”，被診斷為植物狀態(tài)的患者，雖臨床表現(xiàn)不佳，但其丘腦活動(dòng)保留著恢復(fù)“火種”，有過半數(shù)患者能夠?qū)崿F(xiàn)意識(shí)恢復(fù)。

　　研究通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模擬了意識(shí)損傷與恢復(fù)的腦網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，剖析了意識(shí)恢復(fù)的神經(jīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，意識(shí)恢復(fù)可能存在兩條不同的神經(jīng)動(dòng)力學(xué)路徑。路徑一：先恢復(fù)神經(jīng)輸入強(qiáng)度，后恢復(fù)穩(wěn)定性，對應(yīng)前述第二類患者的典型特征；路徑二：先恢復(fù)輸入的穩(wěn)定性，后恢復(fù)強(qiáng)度，對應(yīng)第三類“隱匿恢復(fù)者”的特征。這兩條路徑均有望實(shí)現(xiàn)意識(shí)恢復(fù)，但經(jīng)歷的中間狀態(tài)不同。這為理解患者不同的康復(fù)歷程提供了新視角，也提示人類在從麻醉、睡眠到清醒的不同意識(shí)狀態(tài)切換中，可能共享著特定基礎(chǔ)的神經(jīng)規(guī)律。

　　上述研究架起了基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)到臨床應(yīng)用的橋梁，為高度異質(zhì)性的意識(shí)障礙找到了統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，并為臨床個(gè)體化治療策略提供了科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)正致力于開發(fā)非侵入式檢測工具，旨在通過高密度腦電圖等手段，無創(chuàng)評估丘腦活動(dòng)狀態(tài)，并基于人工智能技術(shù)構(gòu)建預(yù)后預(yù)測系統(tǒng)，惠及更多意識(shí)障礙患者。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。