fNIRS研究：意識(shí)障礙患者接收不同聽(tīng)覺(jué)刺激時(shí)的血流動(dòng)力學(xué)變化

研究目的

本研究旨在評(píng)估長(zhǎng)期意識(shí)障礙（pDoC）患者的殘留意識(shí)水平，通過(guò)測(cè)量大腦對(duì)不同刺激的反應(yīng)。研究使用近紅外腦功能成像（fNIRS）技術(shù)來(lái)檢測(cè)大腦活動(dòng)，通過(guò)氧合血紅蛋白（HbO）和脫氧血紅蛋白（HbR）濃度的變化來(lái)評(píng)估pDoC患者的殘留意識(shí)。

研究方法

受試者

pDoC患者：共18人，包括植物狀態(tài)（VS）14人和最小意識(shí)狀態(tài)（MCS）4人。健康對(duì)照組（HC）：15人。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

刺激類型包括主動(dòng)刺激（運(yùn)動(dòng)想象，MI）和被動(dòng)刺激（被試自己的名字，SON）。

實(shí)驗(yàn)流程：每個(gè)被試接受兩種類型的刺激，通過(guò)耳機(jī)傳遞聽(tīng)覺(jué)命令。實(shí)驗(yàn)包括一個(gè)初始基線期（60秒），隨后是8個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊包括任務(wù)期（30秒）和恢復(fù)期（40秒）（圖1）。

采用雙波長(zhǎng)fNIRS設(shè)備，發(fā)射探頭和接收探頭相隔3cm，以腦電10-20系統(tǒng)定位法將探頭置于前額葉，在任務(wù)期間采集相應(yīng)腦區(qū)的氧合血紅蛋白（HbO）和脫氧血紅蛋白（HbR）濃度。

圖1 實(shí)驗(yàn)方案：組塊（BLOCK）刺激持續(xù)進(jìn)行30秒，間隔40秒，重復(fù)8次。這兩種刺激以60秒的間隔隨機(jī)呈現(xiàn)。

圖2 光源和探測(cè)器在頭皮上位置分布的示意圖

研究結(jié)果

1、血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)：

健康對(duì)照組在SON和MI任務(wù)中表現(xiàn)出負(fù)向血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，HbO和HbR濃度在任務(wù)開(kāi)始時(shí)下降。pDoC患者在SON任務(wù)中表現(xiàn)出正向反應(yīng)，而在MI任務(wù)中則表現(xiàn)出輕微的正向反應(yīng)。

圖3 健康對(duì)照組和pDoC患者在SON和MI任務(wù)期間的群體平均血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)的時(shí)間過(guò)程

2、HbO、HbR濃度比較：

健康對(duì)照組在MI條件下的HbO、HbR濃度顯著高于SON刺激。pDoC患者在SON刺激下的HbO、HbR濃度顯著高于健康對(duì)照組。

3、不同意識(shí)狀態(tài)的比較：

VS患者的HbO、HbR濃度高于MCS患者，而MCS患者的HbO、HbR濃度高于健康對(duì)照組。

圖4 健康對(duì)照組（HC）、最小意識(shí)狀態(tài)（MCS）患者和植物狀態(tài)（VS）患者在運(yùn)動(dòng)想象（MI）和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行（SON）任務(wù)期間血流動(dòng)力學(xué)變化的比較。健康對(duì)照組和慢性意識(shí)障礙（pDoC）患者按要求接受了運(yùn)動(dòng)執(zhí)行 / 運(yùn)動(dòng)想象刺激。記錄了運(yùn)動(dòng)執(zhí)行（圖A和B）及運(yùn)動(dòng)想象（圖C和D）過(guò)程中氧合血紅蛋白（HbO）/ 脫氧血紅蛋白（HbR）的濃度。呈現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)執(zhí)行（圖E和F）及運(yùn)動(dòng)想象（圖G和H）過(guò)程中氧合血紅蛋白 / 還原血紅蛋白的擬合斜率。**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001

結(jié)論

研究結(jié)果表明，通過(guò)fNIRS測(cè)量大腦對(duì)不同刺激的反應(yīng)，可以評(píng)估pDoC患者的殘留意識(shí)水平。研究進(jìn)一步證明了fNIRS在評(píng)估pDoC患者殘留意識(shí)方面的可行性和可靠性，為fNIRS技術(shù)在臨床的擴(kuò)展應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Lu H, Jiang J, Si J, Wang Y, Huang F. A functional near-infrared spectroscopy study on hemodynamic changes of patients with prolonged disorders of consciousness responding to different auditory stimuli. BMC Neurol. 2023 Jun 23;23(1):242. doi: 10.1186/s12883-023-03292-6. PMID: 37353754; PMCID: PMC10288743.

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