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【临床应用】经颅磁刺激联合脑电图技术在意识障碍患者意识判别中的应用
专栏: 应用研究
发布日期: 2017-07-11
阅读量: 3744
作者: 神经康复
来源: 应用研究
经颅磁刺激联合脑电图技术可以在任意给定的皮层区域施加磁刺激,同步记录大脑皮层的电反应,现已初步应用于各种生理(睡眠)、药理(麻醉)、病理(昏迷、植物状态等条件下的意识判别,有望成为个体水平上判别区分意识水平的有效工具。

摘 要

严重颅脑损伤后意识障碍主要包括植物状态(近年来已更名为无反应觉醒综合征)和微意识状态。对意识障碍患者意识的判别目前仍是临床难题,现阶段主要基于行为学评估,误诊率很高,非常需要客观指标协助意识判别。经颅磁刺激联合脑电图技术可以在任意给定的皮层区域施加磁刺激,同步记录大脑皮层的电反应,现已初步应用于各种生理(睡眠)、药理(麻醉)、病理(昏迷、植物状态等条件下的意识判别,有望成为个体水平上判别区分意识水平的有效工具。


意识障碍的评估


目前对残存意识水平的评估高度依赖行为学评估。在评估过程中临床医师通过专业化的行为学量表,如果在反复仔细的检查中未能发现任何一项行为学特征,患者被认定为无意识状态;而表现出非反射性行为,但无法交流的患者被认为处于微意识状态。这种方法有其内在的固有缺陷,误诊率很高。神经科学家一直在试图寻找不依赖于患者运动或语言输出配合的评估方式。近期的一项磁共振研究中,一位行为学评估无意识的患者在执行运动想象任务时(在磁共振扫描时研究者指示她想象打网球或在家中漫步)表现出与正常人执行此任务相似的激活图像。不过,任务态功能性磁共振同样需要患者对任务的理解、注意和配合,不少行为学评估明确意识存在的患者在任务态功能性磁共振并未表现出任务相关脑区的激活,阴性结果同样不能确认意识的缺失。近期有研究显示静息态功能性磁共振默认网络的功能连接与意识障碍患者的意识水平相关。


以脑电图为代表的电生理测量可以在毫秒级的时间量度上探测神经活动,具有极高的时间分辨率。脑电图与主动任务相结合的研究同样发现一些原先判断为无意识的患者在执行特定任务时有主动反应。


神经影像和脑电可以绕开行为学评估的部分限制因素,不少评估指标在组间水平上可区分意识状态,但目前尚无法应用于个体水平,而且很多评估同样需要患者保留语言理解功能及主动参与配合。作为一种新技术,经颅磁刺激联合多导联脑电图(TMS-EEG)克服了上述各种技术方法的缺点,无需患者主动参与配合,无需语言或动作输出,也不受评估者的主观影响,可应用于床旁评估脑功能。一些研究者认为该技术可能在个体水平上得到精确的意识评估结果。


TMS-EEG技术


自20世纪80年代以来TMS技术即开始广泛应用于神经和心理学研究领域。这是一种无创的技术,通过线圈作用于头皮产生强而短暂的磁脉冲刺激大脑皮层。磁场强度的快速变化诱导组织中产生感应电流,导致局限区域皮层神经元的去极化和激活。

 


磁场强度随距离线圈距离的增加迅速衰减。重复经颅磁刺激可诱发皮层局部神经元持久的激活(高频刺激)或抑制(低频刺激),具有延迟效应,可能有神经重塑的功能,而研究者通过观察刺激后激发的行为或认知功能改变来研究rTMS的效应。近几年来,随着技术的进步,发明了磁兼容的脑电电极和放大器,使得TMS刺激下同步记录不受干扰的脑电成为可能,经颅磁刺激联合脑电图(TMS-EEG)技术因此诞生。运用TMS-EEG技术,可记录到脑本身对磁刺激的反应,与肌电或行为认知观察相比,因果关系更为明确、直接。

 

为提高信号记录的质量.脑电通常选用64导联脑电图帽,电极为特制的磁兼容电极,可减少TMS相关伪迹信号。磁刺激可能诱发眼肌、面部肌肉抽动,给信号记录带来干扰,为降低此项干扰,通常选择邻近中线头皮区域为刺激部位。此外,为避免听觉诱发的脑电干扰,记录时可予以患者佩戴耳塞或通过耳机播放白噪声屏蔽听觉刺激圜。为进一步规范刺激参数,提高刺激的精度和可重复性,建议最好能配备导航系统。一方面可提高刺激部位的准确性,另一方面可通过导航系统明确头皮至皮层的相对距离,有助于评估计算TMS在皮层区域诱发的真实电场强度。


初步研究


对于意识障碍程度更深的植物状态(VS)患者,TMS诱发的脑电改变类似于深度麻醉状态,是典型的局限而又一成不变的反应,类似一种局限性慢波,并且不传导至其它皮层。脑电显示大脑的连接度大幅减少,尤其在长距离连接中更为明显,并且与深度麻醉状态一样,TMS诱发的脑电反应短暂,不会持续超过几十毫秒。对于闭锁综合征患者,TMS诱发的脑电改变类似于正常被试清醒状态的表现。而意识障碍程度较轻的微意识状态(MCS)患者,TMS诱发的脑电改变则介于正常被试清醒状态与VS患者之间。初步研究的结果令人鼓舞,TMS-EEG有希望在个体水平上判别意识水平。


为满足临床评估意识的应用需要,仅依靠目测分析TMS诱发的EEG波形的特征变化是远远不够的,客观定量指标的提出十分必要。Massimini的研究团队从TMS-EEG分析中提出了一项关于脑电复杂度的指标——扰动复杂指数(perturbational complexity index,PCI)。该指标通过对TMS-EEG产生的脑电数据进行大量复杂的数学处理得到,结果为单一数值指标(0到1之间)。对于单一个体的不同意识状态,均能通过TMS-EEG记录的数据提取出具体数值指标PCI。初步研究中,该指标可以在个体水平上很好的区分觉醒、睡眠、麻醉及病理状态下各个不同层次意识水平。


展 望


TMS-EEG及由其提取出的一些指标在意识障碍领域显示了很令人鼓舞的应用前景,对意识的判别普遍适用于各种异常意识状态,包括生理性(睡眠)、药理性(麻醉药物)和病理性(昏迷、植物状态及相关疾病)异常意识状态。扰动复杂指数PCI在一定数量的病例研究中表现出稳定的个体水平上判别区分意识水平的能力。但仍需扩大受试者数量或者使用不同TMS参数设定来进一步扩展验证其有效性。


同时,TMS-EEG作为一种记录刺激-响应过程的新技术,可以反映出大脑信息丰富度和集成信息的能力,根据信息集合论也即产生意识的能力。与传统脑电分析、功能性磁共振等技术相比有其独特的优势。同样,TMS-EEG不仅可用于意识的判别,也可作为一种工具来评估各种药物、康复理疗等治疗意识障碍的效果和机制分析,以及用于癫痫的诊断与预测。


来源:夏小雨,杨艺,白洋,何江弘.经颅磁刺激联合脑电图技术在意识障碍患者意识判别中的应用. 中华神经医学杂志2016年4月第15卷 第4期 Chin J Neuromed,April2016,Vol.15,No.4



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