植物人或因此而苏醒？科学家刺激丘脑中一块几毫米区域，唤醒了昏迷的猴子

2011 年中国完成了真正意义上的首例植物人脑起搏器植入手术，当时美国已经有 1 万多例脑起搏器植入手术，但经过植入的植物人唤醒率只有 25%~30%。

“人类对大脑的认识依然存在局限，为什么能通过脑起搏器对大脑中枢神经的干预来治疗疾病，我们的认识也在深入中”，清华大学神经调控技术国家工程实验室主任李路明说。

科学家们一直在探寻意识到底是由大脑中的什么位置在控制。尽管埃隆 · 马斯克的脑机接口是一项令人惊奇的技术突破，但是人类仍然没有找到可靠地大脑运作方式模型。大脑意识从何而来？这个问题的答案或许能最终治疗那些常年昏迷的人们。

图 | 外科医生将电极深深植入一位严重受伤的病人的大脑，试图刺激新的大脑活动（来源：Cleveland Clinic）

近日，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员发现，如果对丘脑中的一块几毫米大小的区域进行适当刺激，能唤醒昏迷的猴子。他们的研究成果 “Thalamus Modulates Consciousness via Layer-Specific Control of Cortex” 发表在 Neuron 上。

他们发现，稳定麻醉状态下，刺激中央外侧丘脑能把猴子叫醒，丘脑和深层皮层的兴奋与意识水平相关，意识依赖于前馈、反馈和柱间信号（intracolumnar signaling）。

研究人员在猴子的脑中植入电极，一次可记录多个大脑区域的活动。通过研究动物在清醒、睡眠和麻醉时的状态，他们最终把疑似与意识有关的区域精确锁定到了丘脑中的一个区域，该区域宽度为 1~1.5 毫米，深度 3~4 毫米，称为中央外侧丘脑 (CL) 。

图 | 他们最终把疑似与意识有关的区域精确到了丘脑中的一个区域，该区域宽度为 1~1.5 毫米，深度 3~4 毫米，称为中央外侧丘脑 （来源：论文）

之后，研究人员使用 DBS 技术（deep brain stimulation），用更小的电极精准地将电脉冲传递到 CL。DBS 疗法目前主要用于治疗帕金森等疾病，但在治疗昏迷患者中仅对少数人有效。

他们设计了与 CL 形状相似的电极，用电极间歇刺激。此外，他们的电脉冲频率是普通 DBS 电流的一半，也就是 50Hz。

“在开始刺激的两秒钟内，动物开始睁开眼睛，进行身体运动并有目的地伸手。” “尽管连续不断地施用相对大剂量的麻醉剂，但动物仍然环顾四周，就好像它是正常从麻醉中醒来的。”论文通讯作者、威斯康星大学麦迪逊分校的心理学助理教授 Yuri Saalmann 说。

刺激停止后，猴子在几秒内又回到无意识状态。

（图源：PIXABAY）

“我们发现，当我们刺激这个小小的大脑区域时，我们可以唤醒动物并恢复清醒时在皮质中看到的所有神经活动。它们的行为就像醒着一样。当我们关闭刺激时，这些动物立刻变得失去知觉”，Saalmann 说，“这是一个高难度的目标区域。”但是这能解释为什么只有少数意识障碍患者受益于 DBS，而大多数人不能。

研究人员希望这一发现可能能够帮助患有 “意识障碍” 的人。更重要的是，麻醉师可以利用这些发现来密切关注患者是否处于适当的状态以及何时开始醒来，从而避免了一些罕见的、但具有创伤性的手术实验。

之后，研究人员打算进行更多的动物实验，测试能否让猴子有更长的意识完成某些任务，比如玩视频游戏。更多实验之后，希望能将这种方法应用于昏迷患者的临床试验中。