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在腦損傷后早期精準(zhǔn)判斷患者的意識水平及預(yù)后情況，不僅直接影響臨床治療策略的選擇，甚至還會影響親屬對患者生死去留的抉擇。

哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)學(xué)研究所Jan Claassen博士與紐約大學(xué)合作，利用機(jī)器學(xué)習(xí)分析了顱腦損傷早期臨床無反應(yīng)患者的腦電圖（EEG），發(fā)現(xiàn)部分患者對醫(yī)生的言語指令有大腦激活（稱為認(rèn)知-運(yùn)動分離）現(xiàn)象，并與患者更好的預(yù)后相關(guān)。該臨床研究于2019年6月27日發(fā)表在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》（NEJM），題為Detection of Brain Activation in Unresponsive Patients with Acute Brain Injury。

這篇論文為該類患者的精準(zhǔn)預(yù)后評估帶來新的思路，并且是NEJM首次發(fā)表應(yīng)用人工智能技術(shù)的臨床研究。在此，我們邀請首都醫(yī)科大學(xué)附屬宣武醫(yī)院康復(fù)科宋為群教授等解讀這篇論文。

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慢性意識障礙患者數(shù)量的逐年增多對家庭和社會造成極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時引發(fā)一系列倫理、法律等問題[1]。Science雜志曾提出125個重要的科學(xué)問題，其中意識的生物學(xué)基礎(chǔ)位列25個關(guān)鍵問題，可見關(guān)于意識方面的研究難度之大，意義之深遠(yuǎn)。

我們已經(jīng)知曉，處于顱腦損傷慢性期，對醫(yī)生指令無行為學(xué)反應(yīng)的意識障礙患者仍可對指令做出大腦活動層面的反應(yīng)（即認(rèn)知-運(yùn)動分離）[2,3]，然而目前還并不清楚這類可以被EEG探測到的大腦活動在早期腦損傷患者中的存在比例以及對其預(yù)后的指導(dǎo)意義。

在這項哥倫比亞大學(xué)和紐約大學(xué)合作完成的單中心、前瞻性臨床研究中，研究者通過對急性期顱腦損傷患者的神經(jīng)行為學(xué)篩查，納入了104名行為學(xué)無反應(yīng)的患者。當(dāng)醫(yī)生讓這些患者“伸出舌頭”或者“伸出右手的兩根手指”時，他們沒有任何動作。

作者發(fā)現(xiàn)，在平均ICU入院后4天，通過床旁腦電監(jiān)測及機(jī)器學(xué)習(xí)算法（machine-learning algorithm）發(fā)現(xiàn)，16名（15%）患者在至少一次監(jiān)測中存在一定認(rèn)知水平。其中8名認(rèn)知-運(yùn)動分離患者出院前（腦電記錄平均6天后）出現(xiàn)臨床遵囑行為，2名（12%）認(rèn)知-運(yùn)動分離患者出院后出現(xiàn)臨床遵囑行為。相比之下，未出現(xiàn)認(rèn)知-運(yùn)動分離患者中，僅25%（23名）在出院前（中位ICU天數(shù)，12.0）出現(xiàn)了上述行為。

嚴(yán)重腦損傷患者的長期意識障礙風(fēng)險不容忽視。因此，研究者通過電話隨訪了急性腦損傷12個月后的情況（其中4名患者失訪，最終獲得100名患者資料）。應(yīng)用一種評估創(chuàng)傷性腦損傷預(yù)后的業(yè)內(nèi)公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)GOS-E量表，他們發(fā)現(xiàn)7/16名（44%）認(rèn)知-運(yùn)動分離患者以及12/84名（14%）未存在認(rèn)知-運(yùn)動分離患者最終到達(dá)GOS-E量表4級（表示患者無需幫助可在家中獨(dú)立至少8小時）及以上，6名（38%）認(rèn)知-運(yùn)動分離患者和50名（60%）未存在認(rèn)知-運(yùn)動分離患者12個月后死亡。在這6名死亡的認(rèn)知-運(yùn)動分離患者中，4名死于停止生命支持治療。但若去掉所有停止生命支持治療的28名患者后，認(rèn)知-運(yùn)動分離仍可作為12個月后良好結(jié)局的預(yù)測因素。

該研究發(fā)現(xiàn)在顱腦損傷早期通過床旁EEG記錄，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法檢測出認(rèn)知-運(yùn)動分離的患者約占15%，這部分患者12個月后的預(yù)后總體優(yōu)于早期未出現(xiàn)認(rèn)知-運(yùn)動分離的患者。這一結(jié)果豐富了損傷早期可用于預(yù)后判斷的指標(biāo)，在ICU床旁評價可在一定程度判斷患者預(yù)后，避免有限醫(yī)療資源的過度浪費(fèi)。

當(dāng)然，該研究的所有患者均來源于單一醫(yī)療中心，我們應(yīng)繼續(xù)在多中心擴(kuò)大樣本量進(jìn)行隨訪研究，以驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，停止生命支持治療會混淆對急性腦損傷后意識障礙自然史的研究，而最新指南強(qiáng)調(diào)了這類研究的重要性和必要性[4]。

腦電評估聯(lián)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)

由于患者嚴(yán)重的運(yùn)動或感覺等功能缺損，因此對言語指令缺乏臨床可見的行為學(xué)反應(yīng)并不能完全證明其完全沒有意識，單純依靠行為學(xué)量表會造成較高誤診率[5]。神經(jīng)電生理學(xué)等客觀檢測手段的發(fā)展，以及從不同角度獲取人腦信息多模態(tài)成像方式的興起，使得從微觀到宏觀層次上全面刻畫大腦網(wǎng)絡(luò)成為可能，而機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能應(yīng)用的重要研究領(lǐng)域，也是人工智能和神經(jīng)計算的核心研究課題之一。

這項在NEJM發(fā)表的研究不僅表明機(jī)器學(xué)習(xí)在發(fā)現(xiàn)人類“隱藏的認(rèn)知水平”的重要作用，也提示醫(yī)工結(jié)合探明意識障礙的神經(jīng)機(jī)制是未來研究的一個重要方向。

多維度多模態(tài)聯(lián)合評價

目前神經(jīng)電生理學(xué)及神經(jīng)影像學(xué)研究已從大腦的結(jié)構(gòu)和功能層面對意識障礙患者的神經(jīng)特征進(jìn)行了初步探討，但單一技術(shù)從單維度研究不易精準(zhǔn)評估，而且2018年美國慢性意識障礙實(shí)踐指南也提出臨床診斷評價尚存在混淆因素，應(yīng)采取多模態(tài)功能影像學(xué)及電生理學(xué)檢查進(jìn)行評價[6]。我們認(rèn)為，在行為學(xué)量表評估的基礎(chǔ)上，對患者的神經(jīng)電生理學(xué)和功能神經(jīng)影像學(xué)評估信息加以整合，從而細(xì)化不同意識水平患者的大腦加工處理信息神經(jīng)機(jī)制以及不同腦網(wǎng)絡(luò)功能重塑機(jī)制差異，是必然趨勢。

個體化評估與治療策略

現(xiàn)存的多項有關(guān)意識障礙患者的研究結(jié)果均基于組水平，并未根據(jù)每名患者的個體差異進(jìn)行個體化研究探討，此項研究也未深入探明每名患者對言語指令的EEG反應(yīng)情況同預(yù)后的關(guān)系。每名患者的病因、病程、顱腦損傷部位等情況各不相同，如何根據(jù)個體患者的情況給予個體化評估與治療策略是重中之重。

目前，僅經(jīng)顱磁刺激聯(lián)合腦電圖（TMS-EEG）手段的擾動復(fù)雜指數(shù)（PCI）可從個體水平鑒別患者的意識水平，但由于設(shè)備龐大、計算復(fù)雜等原因，并未在ICU病房急性期患者中常規(guī)開展。因此，尋找臨床上適用的其他個體化評估與治療策略及指標(biāo)同樣是未來研究的重點(diǎn)。

作者介紹

宋為群，教授，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)系副主任，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科主任。擔(dān)任中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會重癥康復(fù)專業(yè)委員會主任委員、中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會常務(wù)理事、中國醫(yī)師協(xié)會康復(fù)醫(yī)師分會副會長、《中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會雜志》編委等社會職務(wù)。主持國家自然科學(xué)基金5項。主要研究方向為：非侵入性腦刺激技術(shù)、老年腦血管病康復(fù)、腦高級功能障礙的機(jī)制和神經(jīng)調(diào)控治療、神經(jīng)重癥康復(fù)等。發(fā)表SCI收錄論文16篇，中文論文130余篇。其中部分研究成果被2016年美國AHA/ASA成人卒中康復(fù)指南、2017年澳大利亞卒中臨床指南引用。

參考文獻(xiàn)

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