植物人或因此甦醒？刺激丘腦中一塊幾毫米區域，喚醒了昏迷的猴子

植物人或因此甦醒？刺激丘腦中一塊幾毫米區域，喚醒了昏迷的猴子

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2011 年中國完成了真正意義上的首例植物人腦起搏器植入手術，當時美國已經有 1 萬多例腦起搏器植入手術，但經過植入的植物人喚醒率只有 25%~30%。

“人類對大腦的認識依然存在侷限，為什麼能透過腦起搏器對大腦中樞神經的干預來治療疾病，我們的認識也在深入中”，清華大學神經調控技術國家工程實驗室主任李路明說。

科學家們一直在探尋意識到底是由大腦中的什麼位置在控制。儘管埃隆 · 馬斯克的腦機介面是一項令人驚奇的技術突破，但是人類仍然沒有找到可靠地大腦運作方式模型。大腦意識從何而來？這個問題的答案或許能最終治療那些常年昏迷的人們。

圖 | 外科醫生將電極深深植入一位嚴重受傷的病人的大腦，試圖刺激新的大腦活動（來源：Cleveland Clinic）

近日，威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員發現，如果對丘腦中的一塊幾毫米大小的區域進行適當刺激，能喚醒昏迷的猴子。他們的研究成果 “Thalamus Modulates Consciousness via Layer-Specific Control of Cortex” 發表在 Neuron 上。

他們發現，穩定麻醉狀態下，刺激中央外側丘腦能把猴子叫醒，丘腦和深層皮層的興奮與意識水平相關，意識依賴於前饋、反饋和柱間訊號（intracolumnar signaling）。

研究人員在猴子的腦中植入電極，一次可記錄多個大腦區域的活動。透過研究動物在清醒、睡眠和麻醉時的狀態，他們最終把疑似與意識有關的區域精確鎖定到了丘腦中的一個區域，該區域寬度為 1~1。5 毫米，深度 3~4 毫米，稱為中央外側丘腦 （CL） 。

圖 | 他們最終把疑似與意識有關的區域精確到了丘腦中的一個區域，該區域寬度為 1~1。5 毫米，深度 3~4 毫米，稱為中央外側丘腦 （來源：論文）

之後，研究人員使用 DBS 技術（deep brain stimulation），用更小的電極精準地將電脈衝傳遞到 CL。DBS 療法目前主要用於治療帕金森等疾病，但在治療昏迷患者中僅對少數人有效。

他們設計了與 CL 形狀相似的電極，用電極間歇刺激。此外，他們的電脈衝頻率是普通 DBS 電流的一半，也就是 50Hz。

“在開始刺激的兩秒鐘內，動物開始睜開眼睛，進行身體運動並有目的地伸手。” “儘管連續不斷地施用相對大劑量的麻醉劑，但動物仍然環顧四周，就好像它是正常從麻醉中醒來的。”論文通訊作者、威斯康星大學麥迪遜分校的心理學助理教授 Yuri Saalmann 說。

刺激停止後，猴子在幾秒內又回到無意識狀態。

（圖源：PIXABAY）

“我們發現，當我們刺激這個小小的大腦區域時，我們可以喚醒動物並恢復清醒時在皮質中看到的所有神經活動。它們的行為就像醒著一樣。當我們關閉刺激時，這些動物立刻變得失去知覺”，Saalmann 說，“這是一個高難度的目標區域。”但是這能解釋為什麼只有少數意識障礙患者受益於 DBS，而大多數人不能。

研究人員希望這一發現可能能夠幫助患有 “意識障礙” 的人。更重要的是，麻醉師可以利用這些發現來密切關注患者是否處於適當的狀態以及何時開始醒來，從而避免了一些罕見的、但具有創傷性的手術實驗。

之後，研究人員打算進行更多的動物實驗，測試能否讓猴子有更長的意識完成某些任務，比如玩影片遊戲。更多實驗之後，希望能將這種方法應用於昏迷患者的臨床試驗中。