張靜

2011年中國(guó)完成了真正意義上的首例植物人腦起搏器植入手術(shù)，當(dāng)時(shí)美國(guó)已經(jīng)有1萬(wàn)多例腦起搏器植入手術(shù)，但經(jīng)過(guò)植入的植物人喚醒率只有25%～30%。

? ? 外科醫(yī)生將電極深深植入一位嚴(yán)重受傷的病人的大腦，試圖刺激新的大腦活動(dòng)

“人類(lèi)對(duì)大腦的認(rèn)識(shí)依然存在局限，為什么能通過(guò)腦起搏器對(duì)大腦中樞神經(jīng)的干預(yù)來(lái)治療疾病，我們的認(rèn)識(shí)也在深入中”，清華大學(xué)神經(jīng)調(diào)控技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室主任李路明說(shuō)。

科學(xué)家們一直在探尋意識(shí)到底是由大腦中的什么位置在控制。盡管埃隆·馬斯克的腦機(jī)接口是一項(xiàng)令人驚奇的技術(shù)突破，但是人類(lèi)仍然沒(méi)有找到可靠地大腦運(yùn)作方式模型。大腦意識(shí)從何而來(lái)？這個(gè)問(wèn)題的答案或許能最終治療那些常年昏迷的人們。

近日，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員發(fā)現(xiàn)，如果對(duì)丘腦中的一塊幾毫米大小的區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)刺激，能喚醒昏迷的猴子。他們的研究成果“Thalamus Modulates Consciousness vlaLayer-Specifc Control of Cortex”發(fā)表在Neuron上。

他們發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定麻醉狀態(tài)下，刺激中央外側(cè)丘腦能把猴子叫醒，丘腦和深層皮層的興奮與意識(shí)水平相關(guān)，意識(shí)依賴于前饋、反饋和柱間信號(hào)。

研究人員在猴子的腦中植入電極，一次可記錄多個(gè)大腦區(qū)域的活動(dòng)。通過(guò)研究動(dòng)物在清醒、睡眠和麻醉時(shí)的狀態(tài)，他們最終把疑似與意識(shí)有關(guān)的區(qū)域精確鎖定到了丘腦中的一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域?qū)挾葹?毫米～1.5毫米，深度3毫米～4毫米，稱為中央外側(cè)丘腦（CL）。

之后，研究人員使用DBS技術(shù)（deep brainstimulation），用更小的電極精準(zhǔn)地將電脈沖傳遞到CL。DBS療法目前主要用于治療帕金森等疾病，但在治療昏迷患者中僅對(duì)少數(shù)人有效。

他們?cè)O(shè)計(jì)了與CL形狀相似的電極，用電極間歇刺激。此外，他們的電脈沖頻率是普通DBS電流的一半，也就是50Hz。“在開(kāi)始刺激的兩秒鐘內(nèi)，動(dòng)物開(kāi)始睜開(kāi)眼睛，進(jìn)行身體運(yùn)動(dòng)并有目的地伸手?！薄氨M管連續(xù)不斷地施用相對(duì)大劑量的麻醉劑，但動(dòng)物仍然環(huán)顧四周，就好像它是正常從麻醉中醒來(lái)的?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⑼箍敌谴髮W(xué)麥迪遜分校的心理學(xué)助理教授Yuri Saalmann說(shuō)。

刺激停止后，猴子在幾秒內(nèi)又回到無(wú)意識(shí)狀態(tài)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們刺激這個(gè)小小的大腦區(qū)域時(shí)，我們可以喚醒動(dòng)物并恢復(fù)清醒時(shí)在皮質(zhì)中看到的所有神經(jīng)活動(dòng)。它們的行為就像醒著一樣。當(dāng)我們關(guān)閉刺激時(shí)，這些動(dòng)物立刻變得失去知覺(jué)”，Saalmann說(shuō)，“這是一個(gè)高難度的目標(biāo)區(qū)域?！钡沁@能解釋為什么只有少數(shù)意識(shí)障礙患者受益于DBS。而大多數(shù)人不能。

研究人員希望這一發(fā)現(xiàn)可能能夠幫助患有“意識(shí)障礙”的人。更重要的是，麻醉師可以利用這些發(fā)現(xiàn)來(lái)密切關(guān)注患者是否處于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)以及何時(shí)開(kāi)始醒來(lái)，從而避免了一些罕見(jiàn)的、但具有創(chuàng)傷性的手術(shù)實(shí)驗(yàn)。

之后，研究人員打算進(jìn)行更多的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，測(cè)試能否讓猴子有更長(zhǎng)的意識(shí)完成某些任務(wù)，比如玩視頻游戲。更多實(shí)驗(yàn)之后，希望能將這種方法應(yīng)用于昏迷患者的臨床試驗(yàn)中。（摘自美《深科技》）（編輯/華生）