图说：高密度脑电记录系统 记者 郜阳 摄
你或许曾因为这样的故事而泪目：亲人日复一日的呼唤，终于让病床上的植物人苏醒。因为车祸、脑卒中等原因，我国每年有10万患者在昏迷后进入长期的意识障碍状态，即“植物人”状态。能否利用神经科学的方式更准确判断“植物人”有无清醒的可能？
中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、中科院灵长类神经生物学重点实验室王立平研究组与复旦大学附属华山医院神经外科毛颖/吴雪海团队历时多年，针对意识障碍患者开展了语言加工相关神经表征的探索性研究，并将相关神经表征与机器学习方法相结合，成功实现了对患者意识状态的诊断和康复预测，为意识障碍患者的临床诊疗提供了新的参考。相关成果于北京时间今夜在《自然-神经科学》上在线发表。
图说：研究者结合多层级语言序列范式和头皮高密度脑电记录，帮助临床医生对意识障碍患者的意识水平进行诊断和预后判断 来源/中科院脑智卓越中心
目前状态鉴定准确性低
“植物人”的长期治疗给家庭和社会都带来了巨大的压力。“对于家庭和医生来说，都是一个两难抉择。一般家庭难以承担长时间住院产生的费用；而医院的床位资源也有限。”王立平说。
长期意识障碍患者中，以无反应觉醒综合征和最小意识状态两类最为常见。相较于前者，最小意识状态患者的残存意识水平更高，康复可能性也更高。“现在对患者的状态鉴定依赖于有经验医生的观察和量表评分，比如观察对于指令的反应和瞳孔，但这具有一定的主观性，误诊率高达40%。”王立平介绍，“近年来，有研究者利用脑电或磁共振成像记录患者的脑活动，进而推测其意识障碍程度，但范式较为局限，神经指标也较为匮乏，准确性仍有一定的提升空间。”
三年前，脑智卓越中心学术主任、中科院院士蒲慕明的一席话让王立平眼前一亮。“能否利用神经科学，将语言加工这一大脑高级认知功能与意识状态相结合来开展研究。”
“这项研究凝聚了很多人的努力。北京天坛医院在早期开展过很多实验。在我们和华山医院的研究中，纳入了200余人次作为实验组和对照组。”王立平告诉记者。将语言加工能力做为大脑认知能力指标来判断患者残存的意识水平，对于意识障碍患者状态诊断和康复预测有着极其重要的临床价值和社会意义。
图说：科研人员介绍语言加工相关神经活动 记者 郜阳 摄
巧妙实验获得有效结果
现阶段，科研人员尚未彻底理解语言层级结构在大脑中的神经基础和计算机制。不过，现有的基础研究结果已经可以为临床转化提供借鉴。“我们的合作者浙江大学丁鼐研究员发明了一项声音范式，可以用来探索大脑对语言层级结构的加工表征。”王立平介绍，“根据的原理其实很简单，大脑只有越清醒，才能理解越复杂的句子。”
在实验室，王立平向记者演示了实验过程。科研人员播放一连串语音信号，每个字250毫秒，也就是每秒4个字，同时采集被测者的大脑信号。“当播放的是诸如‘高学山跑’这样无关联的四字时，正常人大脑会跟着节奏，我们会观察到4赫兹的震荡。”王立平介绍。如果播放的是“婴儿哭泣”或者“小马过河”，若能理解词组，会观察到2赫兹/秒的震荡；若理解句子则变为1赫兹/秒。
“群体对比的结果显示，患者组和健康被试组均表现出了对字层级结构的显著神经响应，但仅健康被试组的脑电活动显著体现出对词和句子结构的追踪。”王立平说。值得注意的是，在个体分析中，研究人员发现15名患者表现出对词和句子结构追踪的神经活动，其中6名患者在脑电记录的100天后表现出明显的意识水平康复。机器学习进一步显示，利用词组序列和句子序列条件下的神经活动对两类患者的区分更为有效。
图说：研究流程
或找到普适评价标准
令人欣喜的是，团队研究方法不仅在诊断上显著优于基于行为学量表的临床评估，而且可以更准确地预测患者个体在脑电记录100天后的康复，正确率达到80%。
“目前的工作并不能解决所有问题。”王立平严肃地说，“现在数据量多了，模型也日趋成熟。我们可以帮助临床医生提高诊断的准确性，也能更好预测患者的预后。”在他看来，实验还有很多可以完善的地方。科研人员希望通过了解患者的喜好，播放一些个性化、有针对性的声音。
据悉，研究团队或已找到了一种普适的大脑意识水平的评价指标，在昏迷、睡眠、麻醉等一系列与意识水平相关的大脑状态评估中有着广泛的潜在应用价值。王立平笑着告诉记者，目前，通过16个记录点即可获取相关神经信号。他们计划将相关软硬件整合在一起，未来让病人家属在家中就能操作。不过他补充说，这需要专业的团队加入。
“我加入脑智卓越中心后，蒲先生就一直教导我们，要将基础研究和临床问题结合在一起。”王立平感慨，“能够将神经科学的知识运用到临床，大家的热情都很高涨。”