IT之家 12 月 3 日消息，中國科學院自動化研究所聯合北京天壇醫院、杭州師范大學等組成的聯合研究團隊，通過人工智能技術分析意識障礙患者的大腦“意識開關”，揭示了意識恢復的共性神經機制。

▲ 概念示意圖（圖源：中國科學院自動化研究所）

從異質性中發現統一規律

意識障礙是指患者因嚴重腦損傷導致意識長期喪失或嚴重受損，嚴重的患者被俗稱為“植物人”。我國有約一百萬的意識障礙患者，每年新增 5-10 萬，給患者、家庭和社會帶來嚴重影響。這類疾病的病因極其復雜，包括腦外傷、腦卒中、腦缺血缺氧等多種因素，損傷程度和位置各異，患者預后差異巨大。長期以來，科學界一直在探索：如此異質性的疾病背后，是否存在統一的恢復機制？這一問題的答案對于尋找更加有效的治療手段具有關鍵意義。

研究團隊通過分析 23 例接受深部腦刺激治療的意識障礙患者的微電極記錄數據，運用人工智能技術深入挖掘大腦“意識開關”—— 丘腦的神經活動模式。從 34 個電生理特征中，研究人員篩選出 4 個關鍵特征，特別是 4-8 赫茲的神經振蕩（也叫做 Theta 節律）的強度和穩定性，構建了與患者一年后意識恢復情況高度相關的統一神經度量。

研究顯示，該度量指標對不同病因、不同年齡、不同嚴重程度的患者均具有良好的預后判斷能力。這一發現意味著，盡管意識障礙的病因和臨床表現千差萬別，但其恢復過程受到一個共同的神經機制的影響。

識別“隱匿恢復者”，帶來新希望

該研究還識別出三種意識障礙的恢復類型。第一類患者丘腦活動普遍沉寂，全部為較為嚴重的植物狀態患者，無一例恢復；第二類具有較高的 Theta 節律強度，多為殘留部分微小意識的患者，超過半數實現意識恢復；第三類雖然大多為植物狀態患者，但顯示出較高的 Theta 節律穩定性，代表了一類“隱匿恢復者”，這部分被診斷為植物狀態的患者，雖然臨床表現不佳，但其丘腦活動保留著恢復的“火種”，最終有過半數患者能夠實現意識恢復。未來，有希望更精準地識別這些具有恢復潛力但被常規評估遺漏的患者，并為他們提供針對性治療。

雙路徑機制揭示意識恢復的奧秘

研究團隊通過構建神經網絡模型，模擬了意識損傷與恢復的腦網絡活動，深入探索了意識恢復的神經機制。研究發現，意識恢復可能存在兩條不同的神經動力學路徑。路徑 1 先恢復神經輸入強度，后恢復穩定性，對應上述第二類患者的典型特征；路徑 2 則相反，先恢復輸入的穩定性，后恢復強度，對應第三類 隱匿恢復者 的特征。這兩條路徑最終都有希望實現意識恢復，但經歷的中間狀態不同。該發現為國際主流的“ABCD”意識分級理論提供了關鍵證據，也為理解為何臨床表現相似的患者會有不同恢復軌跡提供了新見解。有意思的是，本研究揭示的意識障礙恢復機制，與以前研究中發現的麻醉、睡眠等意識狀態的切換過程具有高度的相似性，提示不同類型的意識改變可能遵循統一的神經變化規律。

臨床應用前景廣闊

該研究架起了從基礎神經科學到臨床應用的橋梁，不僅為高度異質性的意識障礙找到了統一的度量標準，更為臨床個體化治療策略提供了科學依據。基于丘腦 Theta 節律的統一度量，臨床醫生能夠更準確地評估患者預后，制定個體化治療方案。對于具有不同丘腦活動特征的患者類型，可以采取針對性的神經調控策略，提高治療效果。同時，研究團隊也正致力于開發非侵入式檢測工具，旨在通過高密度腦電圖等手段，無創評估丘腦活動狀態，并基于人工智能技術構建預后預測系統，惠及更多意識障礙患者。

相關成果已于 11 月 24 日發表于《自然?通訊》。中國科學院自動化研究所博士研究生張浩然為論文第一作者。中國科學院自動化研究所研究員余山、首都醫科大學附屬北京天壇醫院主任醫師何江弘以及杭州師范大學、比利時列日大學教授 Steven Laureys 為論文共同通訊作者。首都醫科大學附屬北京天壇醫院博士研究生葛芊芊、副主任醫師徐瓏、博士研究生莊禹童，北京大學教授吳思、博士研究生劉瀟，中國人民解放軍總醫院主治醫師黨圓圓為論文的共同作者。IT之家附論文地址：