研究脑损伤后意识的奥秘

对于科学家来说，创伤性脑损伤(TBI)后的意识恢复仍然是一个谜，也不容易预测。石溪大学(Stony Brook University)文艺复兴医学院(Renaissance School of Medicine)神经外科的研究人员最近发表的一系列研究发现，通过使用技术监测脑外伤后的大脑功能，科学家可能能够更好地预测谁会在脑外伤后“醒来”，以及针对哪些脑回路来潜在地治疗意识障碍。

人类能够做出无限多样的行为，所以人类的短期预测行为是不可能的。通过研究大脑受伤该研究的作者之一，外科和电子与计算机工程系的助理教授Sima Mofakham博士，以及神经外科的助理教授Charles Mikell医学博士，已经确定了不可预测行为所需的大脑回路，他们认为这是人类意识共同的核心特征。他们的研究涉及他们联合运营的神经外科实验室的同事和全国的合作者。

“在脑损伤后，无意识和半意识的患者不会做太多事情，他们不会参与目标导向的行为，他们的行为是高度可预测的，”Mikell博士说。

Mofakham博士总结了这项研究的汇编和创伤性脑损伤患者的情况，他解释说:“这种可预测性在我们用头皮和大脑上的特殊电极记录的患者大脑信号中很明显。通过研究脑损伤患者在这种状态下，我们已经确定了大脑回路不可预测的行为。具体来说，我们发现大脑中一个叫做丘脑的区域受到损伤，会导致大脑中的“吸引子动力学”。“吸引子”是描述大脑难以逃避的重复活动的方式，就像试图逃离漩涡一样。丘脑是一块核桃大小的脑组织，负责协调大脑其他部位的活动。

“对于皮层网络，吸引子限制了不同大脑状态的可用性，从而限制了行为。我们发现，丘脑-皮质连接的完整性可能支持与意识相关的行为和电生理不可预测性。”

第一篇论文，发表于通信生物学该研究通过在大脑中植入电极来观察昏迷患者在苏醒后的大脑动态脑损伤．这种植入(深度)电极的使用使该研究成为同类研究中的首例，并为研究昏迷患者受伤后的大脑动力学打开了一扇新的窗口。他们在一项结合脑电波记录和脑成像的独特研究中评估了5名患者，试图了解丘脑损伤如何影响皮质功能。

他们的主要发现是，丘脑输入设施形成的皮质集合，需要恢复认知功能和意识。这一观察结果支持了这样一种观点，即丘脑对皮层的输入使与意识相关的皮层动态丰富起来。

发表在神经生物学的进展，Drs。Mofakham和Mikell及其同事在另一组患者(n = 15)中发现，大脑皮层状态的数量是有限的，在丘脑及其投射到皮层的患者中，大脑活动是可以预测的。他们发现，丘脑输入的退出会导致皮层吸引状态，但可用状态的数量有限，从而导致有限的行为。

他们写道，“研究结果符合对丘脑的新观点:丘脑不仅仅是一个中继中心，它可以动态控制皮层网络内部和跨皮层网络的分布式适应动态，以支持正在进行的认知任务。”多份报告支持这一观点，并定义了丘脑，特别是高阶丘脑核，如背中核，作为连接的调节器的新角色。”

发表于神经学前沿研究表明，丘脑损伤和内侧背核损伤的人，恢复意识内容的可能性较小。本研究对25例重度脑外伤患者进行分析。他们研究了通过扩散张量成像评估的丘脑-前额叶回路的完整性是否与目标导向行为的回归有关。

一些患者康复了，但有些没有，超过一半的患者恢复到可以执行命令或从事其他目标导向行为的状态。所有研究人员对患者的成像和测试数据都支持完整的丘脑-前额叶连通性对回归目标导向行为至关重要。

总的来说，研究人员提供了一个更好地理解大脑以及TBI后的恢复。