近日，中國科學(xué)院自動化研究所、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、不同嚴重程度的意識障礙患者大腦活動模式與其意識恢復(fù)之間的關(guān)系，揭示了意識恢復(fù)的共性神經(jīng)機制，為理解這一醫(yī)學(xué)與科學(xué)難題提供了關(guān)鍵證據(jù)。

　　意識障礙是指患者因嚴重腦損傷而陷入長期昏迷或意識嚴重受損的狀態(tài)。研究分析接受深部腦刺激治療的意識障礙患者的微電極記錄數(shù)據(jù)，運用人工智能技術(shù)挖掘大腦“意識開關(guān)”——丘腦的神經(jīng)活動模式。在34個電生理特征中，研究篩選出四個關(guān)鍵特征，特別是4至8赫茲的神經(jīng)振蕩的強度和穩(wěn)定性，構(gòu)建出與患者一年后意識恢復(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(yù)后判斷能力。這表明，盡管意識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)機制的影響。

　　研究同時識別出三種意識障礙的恢復(fù)類型。第一類患者丘腦活動普遍沉寂，為較嚴重的植物狀態(tài)患者，無一例恢復(fù)；第二類具有較高的Theta節(jié)律強度，多為殘留部分微小意識的患者，超過半數(shù)實現(xiàn)意識恢復(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，但其丘腦活動保留著恢復(fù)“火種”，有過半數(shù)患者能夠?qū)崿F(xiàn)意識恢復(fù)。

　　研究通過構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模擬了意識損傷與恢復(fù)的腦網(wǎng)絡(luò)活動，剖析了意識恢復(fù)的神經(jīng)機制。研究發(fā)現(xiàn)，意識恢復(fù)可能存在兩條不同的神經(jīng)動力學(xué)路徑。路徑一：先恢復(fù)神經(jīng)輸入強度，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現(xiàn)意識恢復(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)性的意識障礙找到了統(tǒng)一的度量標準，并為臨床個體化治療策略提供了科學(xué)依據(jù)。同時，研究團隊正致力于開發(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研發(fā)計劃計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。