Simultaneous metabolic–functional coupling topology in disorders of consciousness
本研究利用同步 PET/MR 技术，通过对意识障碍中代谢-功能耦合的空间组织进行调查，揭示了尽管全脑耦合幅度无法区分最小意识状态与无反应状态，但该关系在特定脑区表现出空间异质性，这值得进一步的独立验证。
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意识并非位于大脑某一处的单一开关，而是发生在数百万个细胞之间的一场宏大且协调的对话。为了让大脑维持这种对话，它需要两样东西和谐共存：充足的能量供应，就像汽车的燃料一样；以及同步的电活动模式，就像合唱团的节奏一样。当一个人遭受严重脑损伤并陷入长期的无意识状态时，医生往往难以判断患者仅仅是在睡眠，还是仍保留着某种程度的意识。这种情况被称为意识障碍，包括患者可能睁开眼睛但没有表现出理解迹象的状态（无反应觉醒综合征），以及表现出短暂意识迹象的状态（微意识状态）。区分这些状态对于预后和护理至关重要，然而目前的工具通常依赖于观察行为，如果患者无法移动或说话，这种方法可能并不可靠。
为了破解这个谜题，北京天坛医院的研究人员利用两种强大的成像技术，通过在同一时间运行这两项技术，深入观察了患者的大脑内部。他们研究了二十九名处于这些无意识状态超过一个月患者，以及一小组清醒且有意识的患者作为参照。通过扫描大脑在休息时的状态，团队可以观察到大脑不同区域消耗了多少葡萄糖（大脑的主要燃料），同时测量大脑细胞如何同步地放电。其目标是观察大脑的燃料消耗与其电活动节奏之间的关系，是否能揭示出行为测试可能忽略的隐藏意识迹象。
研究人员首先分别观察了大脑图谱，检查了哪里燃料使用高或低，以及哪里电活动节奏强或弱。他们发现，在意识水平较高的患者与意识水平较低的患者之间，差异模式在每种测量指标上都是截然不同的。燃料使用存在差异的区域与电活动节奏存在差异的区域并不完全匹配。这表明，大脑的能量与其活动并非在整个器官范围内以完全相同的方式失效。然而，当团队尝试测量整个大脑中燃料使用与电活动节奏之间整体连接的强度时，他们发现了一个令人惊讶的结果。这种联系的总强度对于两组患者来说基本上是相同的。换句话说，将大脑作为一个统一的整体来看待，并不能揭示微意识状态患者与无反应状态患者之间的清晰区别。
然而，当研究人员缩小范围，转而观察大脑内部特定的“社区”时，故事发生了变化。他们寻找了大脑中燃料与节奏关系可能表现异常的局部区域。他们发现了几个突出的候选区域，尽管这些发现是初步的，仍需在更大规模的研究中进行进一步确认。在意识程度较低的一组中，燃料与节奏之间的联系在脑后部（特别是涉及视觉和大脑后部中心的区域）以及负责协调运动的小脑中表现出改变。相比之下，具有某些意识迹象的一组则在脑前部和侧部显示出不同的连接模式，包括靠近岛叶（一个涉及情绪和自我意识的深层褶皱）以及处理触觉和运动的感觉运动皮层等区域。
这些特定位置之所以重要，是因为它们与科学家已知的意识运作方式相吻合。大脑后部通常与大脑的默认思维模式相关，而前部和侧部区域则与注意力以及处理外部世界相关。差异出现在这些特定区域，而非表现为整体脑活动的下降，这一事实表明，大脑维持意识的能力可能取决于这些特定网络中能量与活动的协调程度。该研究并未发现一个能够瞬间诊断患者状态的单一、简单的数值，也没有证明这些特定的脑部模式是意识的决定性原因。相反，它提供了一份详细的地图，展示了在大脑的不同无意识类型中，大脑的内部经济与电信号可能在哪里失去了同步。
最终，这项研究将关注点从询问大脑拥有多少能量，转向了询问这些能量是如何相对于大脑活动被使用的。研究结果表明，微意识状态患者与非微意识状态患者之间的区别，可能在于这些代谢信号与功能信号在局部、特定层面的组织结构，而非全局性的全脑度量。虽然这些结果尚未准备好用于标准的临床检测，但它们为未来的研究提供了新的线索。通过识别这些大脑的燃料与节奏可能失调的具体区域，科学家现在可以设计更好的研究，以观察针对这些区域进行干预是否能帮助恢复意识或提高预测患者康复情况的准确性。
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