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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

核心提示:此次试验准确率约 75%。相比于之前的侵入性研究,TR-fNIRS 更为安全,未来很可能会成为严重脑损伤患者与外界沟通的重要媒介。

脑损伤,无论在什么年纪、何时何地都可能发生。事故、疾病等突发情况可能造成严重的脑损伤,作为人类生命的指挥官,大脑一旦停止工作或者出现异常,整个人就将宕机。或瘫痪,或昏迷,或认知障碍,丧失行动能力甚至自我意识。

以严重脑损伤为例,部分患者会因为脑部创伤或脑部缺氧而昏迷一段时间,甚至永远不会醒来,进入所谓的“植物人状态”。对于家庭而言,漫长的陪伴和护理需要付出难以想象的财力与精力。更重要的是,对于患者的个人意志来说,如此“活着”,可能并非是他们自己的意愿。

(来源:BILL SANDERSON/SCIENCE SOURCE)

突如其来的状况,往往让昏迷者来不及任何反应,甚至是决定生与死的权利都没有,一切都听凭家人与医生的决定。而家人与医生身上,也承担着决定生死的沉重心理负担。

“如果可以问问当事人的意见,那么事情将会变得无比简单”。是的,你没有看错,来自加拿大西安大略大学(University of Western Ontario)的 Adrian Owen 教授给出的建议正是:与 “植物人” 对话。

此次试验 Adrian Owen 共招募了 21 名并未有过脑损伤病史的健康人,通过基于 TR-fNIRS 的脑机接口获得受试者对于回答 “是” 或“否”的生物信号,准确率约 75%。相比于之前的侵入性研究,TR-fNIRS 更为安全,未来很可能会成为严重脑损伤患者与外界沟通的重要媒介。研究的具体内容发表在 2 月 18 日的 Frontiers in Neuroscience 杂志上。

禁锢的灵魂

很多影视作品,甚至更残酷的现实里都有关于植物人的故事。但你真的了解植物人的世界么?肉体被禁锢的他们存在意识么?他们可以感知外界并作出意念回应么?

持续性植物状态(Persistent vegetative state,PVS),俗称植物人,是指大脑已经完全或大半失去功能,亦即已经失去意识,但尚存活的人。虽然仍有心跳,且会有肢体反射动作,但他们的生命延续通常必须依赖他人。

图丨 “读脑人” Adrian Owen (来源:JOHN HRYNIUK)

那他们是不是有意识呢?

早在 2006 年,Owen 教授就已经在试图回答这个问题。通过对几名植物人状态的患者进行测试,Owen 发现当他们处于 “想象打网球” 的状态时,通过功能性磁共振成像(fMRI)机器,发现与正常人一样,脑中辅助运动区的运动皮层属于活跃状态,这一文章发表于当年的Science杂志上。

但或许这只是 “偶然” 呢?基于这一研究,Owen 进行了更深入的研究。通过相似的技术,Owen 又对几位刚刚经历严重脑损伤的患者进行了试验。这一次他们问了更多只需回答 “是” 或“否”的问题,结果发现,约有 20% 处于植物状态的患者意识上可以做出回应。

有的情况下,医生会对患者的预后进行预测,如即使存活可能也会瘫痪或无法说话。通常,在昏迷的前 10 天,“生”或 “死” 的决定会被做出。而事实上,在这种情况下,只有约四分之一的患者会因为可能的不良预后而被终止治疗。

“是”或“否”

那么,哪些生物信号或指标可以被解读为 “是” 或者 “否” 呢?

近年来,脑机接口成为提升肢体残疾病人生活品质的重要工具。脑机接口是指在人或者动物脑部与外部设备间创建的直接连接通路,分为单项脑机接口和双向脑机接口,用来完成脑与设备之间的信息交换,从入侵方式来看,又可分为侵入式脑机接口、部分侵入式脑机接口以及非侵入式脑机接口。

图 | 基于 TR-fNIRS 的脑机接口示意图 (来源:Frontiers in Neuroscience)

通过一种基于时间分辨功能性近红外光谱(TR-fNIRS)的脑机接口,Owen 可以非侵入式地获取血液动力学反应、血氧含量等信号,进而完成了与受试者的无声“对话”。

为回答这一问题,Owen 招募了 21 名健康的志愿者进行测试。通过要求受试者对 “你有兄弟么?”“你有姐妹么?”“你现在感觉冷么?” 一类问题回答 “是” 与“否”,捕捉其中的规律。

研究发现,“是”的回答时氧合血红蛋白出现峰值,而脱氧血红蛋白轻微降低。同时,“是”的回答伴随着预期中的血流动力学变化,而 “否” 则并未出现。

“生”或“死”

一瞬间的意外,却可能改变人的一生。

严重脑损伤的病人往往来不及处理生活中的琐碎杂事,甚至对于之后自己会面对的治疗方案,甚至生死,都无法参与决定。无力、绝望、孤独,相比于被禁锢的肉体,这种无人知晓的意识清醒,更让人难以忍受。

(来源:Angelica Alzona/Gizmodo)

对于研究者与患者本身,仍旧有一个不得不面对的残忍问题——患者是否可以决定自己的生死,或者换句话说,是否有的病人会与家属的意愿相悖,选择死亡呢?

对于这个问题,Owen 表示并不会向公众披露。但他认为,这种与患者本身进行沟通的积极意义要远大于消极因素。他认为这种技术所带来的沟通将会使更多人选择继续使用呼吸机延续生命,而非放弃。“相比于负面决定,积极的方面更合情合理”,Owen 补充道。

但并非所有人都对这一技术持绝对的乐观态度。英国重症监护协会的 Paul Dean 认为,尽管这一技术未来可能具有巨大潜力,但他并不抱太大希望,因为可能只有少数群体可以使用到这一技术。

同样,医生如果试图通过这种方式与病人沟通,那他们首先需要确保患者具有合法的可以做出攸关生死决定的心智。

“这些患者真的明白了医生们提出的问题了吗?他们真的听懂诊断结果了吗?”这是来自英国卡迪夫大学的 Jenny Kitzinger 的疑问。

也许这一次,我们真的听到了他们的心声,但由他们做主,还有一段路要走。

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