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  • 脑机接口成功帮助植物人“说话”,科学家:他们的命运该自己决定

    来源:www.bloodonthemotorway.com 发布时间:2020-03-24

    脑损伤可能发生在任何年龄、任何时间和任何地方。事故、疾病和其他紧急情况可能导致严重的脑损伤。作为人类生命的指挥者,一旦大脑停止工作或出现异常,整个人都会倒下。或者瘫痪,或者昏迷,或者认知障碍,丧失行动能力,甚至自我意识。

    以严重的脑损伤为例。有些病人会因脑外伤或脑缺氧而昏迷一段时间,永远不会醒来,进入所谓的“植物人状态”。对于家庭来说,长期的陪伴和照顾需要难以想象的财力和精力。更重要的是,对于病人的个人意愿来说,如此“活着”可能不是他们自己的意愿。

    (来源:比尔桑德森/科学来源)

    突发情况往往使昏迷的受害者没有时间做出反应,甚至没有权利决定是生是死,一切都取决于家人和医生的决定。家庭成员和医生也承受着决定生死的沉重心理负担。

    “如果你能征求各方的意见,事情就会变得非常简单。”是的,你没有弄错。加拿大西安大略大学的阿德里安欧文教授给了我们与“素食者”交谈的建议。

    阿德里安欧文在这个实验中招募了21名没有脑损伤史的健康人。通过基于TR-fNIRS的脑-机接口,获得了“是”或“否”的生物信号,准确率约为75%。与以往的侵入性研究相比,TR-fNIRS更安全,将来有可能成为重型颅脑损伤患者与外界沟通的重要媒介。这项研究的细节发表在2月18日的《神经科学前沿》杂志上。

    禁闭的灵魂

    许多电影和电视作品,甚至更残酷的现实,都有关于素食者的故事。但是你真的了解蔬菜世界吗?他们意识到自己被身体囚禁了吗?他们能感知外部世界并以想法回应吗?

    持续性植物人状态(PVS),通常被称为植物人状态,指的是一个人的大脑已经完全或大部分丧失其功能,也就是说,已经失去意识但仍然活着。尽管仍有心跳和肢体反射,但他们的生活通常依赖于他人。

    Figure " Brain Reader " Adrian Owen(来源:JOHN HRYNIUK)

    他们有意识吗?

    欧文教授自2006年以来一直试图回答这个问题。通过测试几个处于植物人状态的病人,欧文发现当他们处于“想象打网球”的状态时,功能磁共振成像(fMRI)机发现大脑中辅助运动区的运动皮层像正常人一样活跃。这篇文章发表在当年的《科学》杂志上。

    但也许这只是一个“意外”?基于这项研究,欧文进行了更深入的研究。通过类似的技术,欧文测试了几个刚刚经历了严重脑损伤的病人。这一次,他们问了更多只需要回答“是”或“否”的问题,结果显示大约20%的植物人患者能够有意识地做出反应。

    在某些情况下,医生会预测病人的预后,如瘫痪或即使存活也不能说话。通常情况下,“活”或“死”的决定将在昏迷前10天做出。事实上,在这种情况下,只有大约四分之一的患者会因可能的不良预后而终止妊娠。

    “是”或“否”

    那么,哪些生物信号或指标可以解释为“是”或“否”?

    近年来,脑-机接口已经成为改善身体残疾患者生活质量的重要工具。脑-机接口是指人或动物大脑与外部设备之间建立的直接连接路径。它分为单一脑机接口和双向脑机接口,完成大脑和设备之间的信息交换。从入侵模式的角度来看,可以分为入侵脑机接口、部分入侵脑机接口和非入侵脑机接口。

    Chart |基于TR-fNIRS的脑-机接口示意图(来源:神经科学前沿)

    欧文可以通过基于时间分辨功能近红外光谱(TR-fNIRS)的脑-机接口无创地获得血液动力学反应、血氧含量等信号,从而完成与受试者的无声“对话”。

    为了回答这个问题,欧文招募了21名健康志愿者参加测试。通过问受试者“你有兄弟吗?”“你有姐妹吗?”“你现在觉得冷吗?”一种问题回答“是”和“否”,以抓住规则。

    研究发现,当回答“是”时,氧合血红蛋白达到峰值,而脱氧血红蛋白略有下降。同时,“是”的回答伴随着预期的血液动力学变化,而“否”则不出现。

    “生命”或“死亡”

    一场突发事故可以改变一个人的一生。

    严重脑损伤的患者往往没有时间处理生活中的琐事,甚至不能参与决定他们以后将面临的治疗计划,甚至生死。虚弱、绝望和孤独,与被囚禁的身体相比,这种没有人知道的有意识的意识更加难以忍受。

    (资料来源:安吉莉卡阿尔佐纳/吉莫多)

    对于研究人员和患者本身来说,他们仍然不得不面对一个残酷的问题。病人能否决定自己的生活,或者换句话说,一些病人能否违背家人的意愿选择死亡?

    欧文说他不会向公众透露此事。然而,他认为这种与病人自身交流的积极意义远远大于消极因素。他相信这项技术带来的交流将使更多的人选择继续使用呼吸机来延长他们的寿命,而不是放弃。“积极的方面比消极的决定更合理,”欧文补充道。

    但不是每个人都对这项技术绝对乐观。英国重症监护协会的保罗迪恩认为,尽管这项技术在未来可能有很大的潜力,但他并不抱太大希望,因为只有少数群体能够使用这项技术。

    同样,如果医生试图用这种方式与病人交流,他们首先需要确保病人有一个能够做出生死抉择的合法头脑。

    "这些病人真的理解医生提出的问题吗?他们真的了解诊断结果吗?”这是英国卡迪夫大学的珍妮基特辛格提出的一个问题。

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