昏迷後還有意識嗎?科學家開發新方法,找到沉睡在大腦裡的人

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昏迷後的人還有意識嗎?我們如何與他們重新搭上線?意識對醫學界一直是個謎團,不過有科學家嘗試開發了新的監測方法,為沉睡的人打開甦醒的生機。

楊德昌導演的電影《一一》裡有一幕,老婆婆下樓倒垃圾後陷入昏厥,從此一覺不起。醫師叮囑家人多陪陪婆婆,媽媽便對兒子說:「從今天起,我們每個人每一天都要跟婆婆說話,這樣她才會醒過來。」

昏迷的人,真的還有意識嗎?他們是否能感知刺激,即便無法給予回應?我們又該怎麼與他們對話?

為了回答這些問題,米蘭大學的腦科學專家馬西米尼(Marcello Massimini)開發出一套全新監測方法,並運用新指標「擾動複雜指數(Perturbational Complexity Index,PCI)」,更精準地判定患者的意識。

找到沉睡在腦內的人 PCI讓家屬重燃希望

臨床神經生理學專家柯曼杜奇(Angela Comanducci)曾在馬西米尼旗下受訓。離開實驗室後,她第一線治療意識障礙(DOC)的患者,親眼見證了PCI的臨床影響力。

2020年6月,一名21歲、腦部嚴重受損而昏迷的女子,被送進柯曼杜奇的病房。「所有臨床診斷的測試、實驗,都指出她腦內不存在意識活動。」女子的病情非常悲觀,家人一度被告知,她很可能永遠不會再醒來。

但當柯曼杜奇使用馬西米尼的新方法,量測該名女子的PCI,所有人都震驚極了。「只有短短幾秒鐘,我在螢幕上看到,她還在,在她的大腦裡。」這名女子的PCI顯示,她的腦內仍存在高度整合性,被判定為尚有極低度的意識。

柯曼杜奇因此對復健人員說:「你們現在起要扮演偵探,四處搜尋、把她找回來!」

(與昏迷的人重新連結,是許多家屬的心願。圖片來源/Unsplash)

接下來數週,復健人員開始定時去移動患者的手指、手臂、腿部,藉此刺激她的大腦。他們對著她說話、想要得到一點回應—可能是嘆口氣、也可能是眼球的微幅轉動;醫師並開立一種名為阿曼他丁(amantadine)的藥物,試圖激發腦部仍然健全的區塊活動。

1個月後,女子的手指有了動靜。在復健人員的幫助下,她漸漸能移動更多手指,用手指活動來回答簡單的問題,開始與外界溝通。

「意識」可能存在 只是我們感覺不到

根據神經科醫師呂建榮撰文指出,頸部外傷、腦中風、中樞神經系統感染等,只要影響到腦幹或兩側大腦半球的正常功能,都會導致病患昏迷不醒,醫學上統稱為DOC。

全球每年有上百萬人進入DOC。腦死、低度神經活動、植物人都屬於DOC的範圍,但其意識跟清醒程度還是有差異。在某些情況下,如患者對外界聲光刺激沒有反應,只會做反射動作(如膝跳反應)等,就會被判定為DOC。

但馬西米尼認為,DOC的細緻判別並不夠嚴謹。意識原本就源自大腦,而其他腦區很可能因為腦損,造成感官障蔽、截斷患者的神經迴路,無法做出訊息反應。這讓意識只存在大腦中。但我們不能因為患者無法跟外界溝通、聯繫,就斬釘截鐵地說他「沒有意識」。意識活動很可能存在,只是我們觀測不到。

靠現有腦波儀偵測 誤判機率高達4成

馬西米尼的疑慮不是沒有根據。《麻省理工科技評論》報導,實務上,DOC有高達20~40%誤判機率。也由於無法確定患者的意識還存不存在,許多人礙於道德壓力,不敢替家人拔管;對有甦醒可能性的人來說,醫師若能確認患者的細節狀況,或許也能採取更精準的復健策略。

早在1924年代,科學家就發明出腦波儀,來確認腦傷者的意識活動—偵測腦中電壓、電波起伏,畫成波狀圖像,追蹤神經傳導的證據。不過,被動監測得來的腦波,依然無法全然跟意識劃上等號,因為這當中有太多例外情形。

舉例而言,施打麻醉藥氯胺酮也會刺激大腦,讓某些腦波變得活躍,但麻醉的患者其實仍在無意識狀態中。過去也有實證研究顯示,當人處於「癲癇重積狀態」,腦波會顯得非常微弱、跟無意識的人差不多,但患者卻又說他們是清醒的,知道自己在哪裡、發生什麼事。

另一個更大的問題,是大腦本身也有一些活動,如:昏睡狀態、視覺干擾、注意力過短、心神懶散…等,都會釋放其他振盪頻率、干擾腦波,使腦波儀監測失準。

(科學家長年都在探索腦內的意識活動。圖片來源/Pexels)

開發「擾動複雜指數」 判定意識有望更精準

相較於腦波儀,馬西米尼研發的PCI,是藉由進階科技、演算法,更客觀地測量大腦中的神經活動,以讓判斷意識活動的精準度提高。

首先,研究人員會先在患者頭上加裝「穿顱磁刺激儀(Transcranial magnetic stimulation,TMS)」,運用非侵入性的電磁共生原理,對特定區塊發送強力、短暫的磁性脈衝。這個步驟的目的,是刺激大腦灰質區,引發神經迴路上微量的電流。接著,他們再使用腦波儀,偵測這股電流後續在腦內的擾動狀況。

馬西米尼指出,根據「整合資訊理論(IIT)」,大腦具有意識時,腦內的整合力會比較高,換句話說,各腦區相互影響的程度更高,產生高度的複雜性(complexity)。相反地,如果是沒有意識的大腦,那就只會產生規律、簡單的電波擾動,不會有複雜反應。

我們的大腦裡,有多達860億個神經元、100兆個神經網路節點,彼此的交互作用複雜而多變。馬里西尼試圖要找的,就是這種複雜性。如果電流刺激進入大腦後,產生高度複雜性,那就代表意識還在。他們並進一步開發計算公式,制定出能應用於實務的「擾動複雜指數」。

推進大腦研究 以全新角度理解意識活動

英國神經科學家安卓恩·歐文(Adrian Mark Owen OBE)指出,意識通常還可以細分為兩種,一是生理的意識清醒(wakefulness);一是神智的意識清醒(awareness)。生理的意識較好判斷,比如熟睡或醒來;但神智的清醒就比較困難,這是令專家比較苦惱的地方。

並非所有人都認同馬里西尼的方式。普林斯頓大學神經學家格拉齊亞諾(Michael Graziano)就反對使用PCI,更認為整合資訊理論只是偽科學。不過他也坦言,即便是「顱相學(用腦部形狀判斷性格)」這樣偏門的研究領域,都能帶領19世紀的研究,去探索大腦不同的區塊與功能,現在就要抹滅PCI的研究價值,或許還太早。

雖然時至今日,不少科學家對「意識存在與否」的問題仍持保留態度,但馬里西尼團隊開發出的PCI,確實為腦科學研究、臨床神經治療帶來更多可能,也將意識的判定向前大幅推進。

參考資料:Human Brain Project、MIT Technology Review、《困在大腦裡的人:揭開腦死、昏迷、植物人的意識世界,一位腦神經科學家探索生與死的邊界》

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