根据严重脑损伤后运动和认知功能水平，慢性意识障碍（prolonged disorders of consciousness,p Do Cs）主要包括无反应觉醒综合征/植物状态（unresponsive wakefulness syndrome/vegetative state,UWS/VS）和微意识状态（minimally conscious state,MCS）等。我国每年新增p Do Cs数量超过10万，1名长期接受治疗及康复的慢性意识障碍患者的终生护理费用可高达100万美元，给其家庭及社会带来巨大的经济负担。

近些年来以经颅直流电刺激（transcranial direct current stimulation,t DCS）技术为代表的非侵入性神经调控技术在p Do Cs的促醒康复中逐渐得到关注[2,3]。随着网络靶向治疗逐渐成为非侵入性神经调控领域的趋势，同时由于左侧前额叶背外侧皮层（dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC）在意识网络中的关键作用，目前大部分研究均将其作为刺激靶点，发现无论单次还是多次t DCS刺激均会在组水平层面改善部分MCS患者的意识水平[4,5,6,7,8,9,10,11]。我们的前期研究也表明，t DCS可能通过对提高MCS患者注意及以上认知资源的分配而引起其意识水平的整体改善[12]。但是大部分国内外研究均集中在探索或验证t DCS的疗效，而忽略反向对干预响应患者神经机制的探讨，这可能也是寻找慢性意识障碍领域t DCS最优适应人群的最大阻碍。目前有关t DCS干预响应p Do Cs神经特征的研究数量有限，有个别研究利用脑电图、正电子发射计算机断层扫描等技术试图分析左侧DLPFC刺激靶点t DCS干预显效MCS患者的大脑特征[13]，但研究对象多为急性期意识障碍患者，并仅研究单次t DCS刺激，缺乏对于多次t DCS刺激干预响应p Do Cs的神经机制的探讨。也有团队通过高密度脑电技术发现单次左侧DLP-FC刺激靶点干预响应者θ带网络连接较非响应者更强[14]，但由于样本量有限故仍未得出确切结论。

事件相关电位（event-related potential,ERP）技术作为客观神经电生理学评估手段，已应用于评估p Do Cs的皮层加工处理信息的能力，其中的P300成分与注意力及意识知觉能力相关，其波幅可反映参与者注意及其他认知资源的分配能力，潜伏期可反映对刺激物评估处理的时间[15]。最新美国及欧洲慢性意识障碍实践指南中也指出可将P300成分作为慢性意识障碍患者诊断及预后评估的指标之一，但未明确最佳范式的选择[16,17]。本项目组前期分别利用纯音联合熟悉的声音呼唤受试者姓名（subject's own name,SON）和受试者反名（subject's derived name,SDN）作为听觉刺激，成功创立了两组加工深度递阶式增加的ERP听觉Oddball范式，从对听觉刺激的低级听觉处理、语音感知处理和语义加工处理三个方面全方位探讨损伤大脑对听觉刺激的感觉—认知处理过程，发现P300在UWS和MCS患者的鉴别诊断、预后预测和t DCS疗效评估中有一定的应用价值[12,18]。但目前对于左侧DLPFC刺激靶点t DCS响应患者对听觉刺激的低级听觉处理、语音感知处理和语义加工处理的感觉-认知神经机制的分析研究仍未见报道。

本研究针对干预疗效和适应证这一关键问题展开研究，选取左侧DLPFC作为意识网络关键脑区进行治疗，对t DCS干预响应p Do Cs的皮层信息加工处理能力进行探讨，有助于寻找有效干预目标人群，为临床开展应用提供重要的理论依据。

1、资料与方法

1.1一般资料

选取首都医科大学宣武医院康复医学科2015年2月至2021年7月收治的p Do Cs。

纳入标准：(1)年龄18—80岁者；(2)基于改良昏迷恢复量表（coma recovery scale-revised,CRS-R）诊断为UWS和MCS者；(3)病程≥28天者；(4)病因包括缺血缺氧性脑病、脑外伤、脑卒中等；(5)右利手者。

排除标准：(1)昏迷前存在其他神经或精神疾病史者；(2)有颅内动脉夹、心脏起搏器、神经刺激器等金属植入物者；(3)服用影响皮层兴奋性药物者；(4)存在不可控制的癫痫或不自主运动者；(5)存在反复感染或长时间不明感染；(6)家属拒绝签署知情同意书。所有患者实验期间均接受基本的康复治疗措施（4h/d,5天/周），包括常规物理因子治疗、床旁的被动关节活动和直立床站立等，均不接受其他促醒治疗，观察期间家属未参与。

1.2 t DCS

TDCS刺激仪采用德国产刺激器（neuro Conn Gmb H，德国），刺激电极采用5cm×7cm等渗盐水明胶海绵电极，阳极电极置于左侧DLPFC（国际脑电图10—20系统电极放置法F3），参考电极置于右侧眶上（大致为Fp2）。刺激电流强度采用2m A，每次20min，每天2次，共10天，t DCS刺激过程中电阻<5kΩ。

1.3行为学评估

所有患者入住病房后利用3—4天的时间熟悉病房环境，调整自身状态。患者的诊断由我科有经验并对实验分组不知情的医师在患者入院后连续观察3天依据CRS-R量表评分得出。本研究中，同一名患者治疗前和20次t DCS治疗后的行为学评估均由相同的医师进行评价。其中t DCS响应定义为t DCS治疗后至少表现出一种之前未出现过得新的意识迹象（如视觉追踪、听觉追踪、痛觉定位、遵嘱反应等），相反t DCS未响应为治疗后CRS-R评分不变或降低。为保证患者状态的一致性，每名患者的行为学评估均在早晨常规护理结束后在床旁进行。

1.4 ERP评估

1.4.1程序：

本研究采用本课题组前期创建的难度逐渐递增的听觉Oddball范式：第一组为纯音—正名（TO组），1000Hz纯音为标准刺激，SON为偏差刺激，第二组为反名-正名（DO组），SDN为标准刺激，SON为偏差刺激。SON及SDN均为两个字，SDN由组成SON的两个字前后位置互换而成，均由患者熟悉的人录制。刺激材料产生采用Adobe Audition 3.0软件，听觉刺激编程采用E-prime 2.0软件。纯音刺激持续时间为100ms,SON及SDN持续时间600ms左右，刺激强度为90d B。听觉刺激由头戴式耳机播放给患者，每组听觉刺激共包含500个，偏差刺激出现的概率为20%，每组范式中标准刺激和偏差刺激随机播放，声音的间隔为0.8—1.2s。

1.4.2 ERP记录：

所有患者的ERP均在床旁进行，记录前洗头以降低阻抗。ERP实验仪器为Neuro Scan ERP工作站，利用64导联电极帽持续记录患者脑电，水平眼电使用一对置于双眼外眦外侧10mm左右的电极记录，垂直眼电则使用一对置于左眼上方及下方的电极记录，参考电极置于鼻尖。电极阻抗<5kΩ，滤波带通为0.1—100Hz。ERP记录时确保患者处于睡眠—觉醒周期中的觉醒状态，若觉醒程度下降则给予痛觉刺激以提高觉醒程度。若实验记录数据质量较差，短期内会继续重新采集数据。

1.4.3 ERP分析：

脑电处理方法参照前期课题组相关研究。分析的脑电时程为800ms，为刺激前100ms的基线脑电以及刺激后700ms内的脑电，当峰峰波幅>±100μV时被自动剔除，随后对偏差刺激以及标准刺激的脑电进行平均叠加，在300ms左右由偏差刺激激发的正向波即为P300。P300波形的识别由我科有经验且对实验分组不知情的医师进行，P300存在指的是Fz、Cz、Pz点均存在相应波形，其波幅及潜伏期通过波峰识别软件自动计算得出。

1.5统计学分析

数据分析采用SPSS 22.0统计软件。计数资料的比较采用Fisher确切概率法，用n（%）的形式表示。计量资料满足正态性的，不同分组的比较用独立样本t检验，用均数±标准差表示；不满足正态性的，不同分组的比较用非参数Mann-Whitney U检验方法，用M(P25,P75）的形式表示。在单因素分析中，差异具有显著性意义的变量纳入多因素Logistic回归分析，P<0.05为差异具有显著性意义。

2、结果

2.1患者一般情况

入组患者共47例，包括17例UWS/VS患者和30例MCS患者，其中男性30例，女性17例，病因包括脑出血（19例）、脑梗死（7例）、脑外伤（15例）、缺血缺氧性脑病（6例），过程中未出现与t DCS相关的治疗副作用。治疗后经行为学评估，UWS患者中t DCS响应者为2例（11.8%），未响应者15例（88.2%),MCS患者中t DCS响应者15例（50%），未响应者15例（50%）。患者一般情况如表1。

2.2 UWS组与t DCS响应相关因素分析

单因素分析结果表明显示，响应者和未响应者治疗前CRS-R评分（P=0.53）、性别（P=0.074）、年龄（P=0.26）、病程（P=0.46）、是否接受手术情况（P=0.43）、TO范式中P300出现比例（P=0.15）、DO范式中P300出现比例（P=0.74）均无显著性差异（见表2）。

表1患者一般资料  

UWS：无反应觉醒综合征；MCS：微意识状态

2.3 MCS组与t DCS响应相关因素分析

单因素分析结果表明，响应者和非响应者在CRS-R评分（11.8±3.38 vs 9±1.77,P=0.01）和DO范式中P300出现比例（80%vs 33.3%,P=0.013）方面有显著性差异，而性别（P=0.172）、年龄（P=0.079）、病程（P=0.33）、是否接受手术情况（P=0.50）及TO范式中P300出现情况（P=0.058）方面无显著性差异（见表3）。

将CRS-R评分以及DO范式中P300出现情况纳入Logistic回归分析中，结果表明CRS-R评分（P=0.015）和DO范式P300(P=0.005）与t DCS响应独立相关（见表4）。进一步分析响应者和非响应者DO范式中P300的波幅与潜伏期，发现P300波幅、P300潜伏期差别均无显著性意义（P>0.05）（见表5）。

表2 UWS组单因素分析结果 

表3 MCS组单因素分析结果  

表4 MCS组多因素Logistic回归分析结果 

表5 MCS组DO范式中P300的波幅与潜伏期分析（±s)  

3、讨论

目前由于缺乏对p Do Cs循证医学证据支持的有效促醒手段，患者家属常盲目选择促醒治疗措施，导致大量医疗资源的过度浪费。虽然目前很多研究表明左侧DLPFC刺激靶点t DCS对部分MCS患者的意识水平有一定改善作用，但干预响应者神经特征并未明确，因此深入探讨干预响应患者的神经特征，有助于寻找有效干预目标人群，同时为临床开展应用提供重要的理论依据。

2002年国际上首次提出“微意识状态”这一概念后[19]，后又进一步将MCS分为MCS+和MCS-，随着对意识理解的深入及亚型的不断演进[15,20]，表明MCS是一类保留低水平意识的诊断集群，是某个特定意识水平范围的多个意识谱的集合。总结既往研究，包括我们此次实验结果均表明MCS患者整体疗效要高于UWS患者，说明无论从概念或者临床实践方面，MCS患者相比与UWS患者均有更大恢复意识的潜力。

Beukema等[21]将对听觉刺激的处理能力分为三个层次，由低级到高级分别为低级听觉处理、语音感知处理和语义加工处理，因此单一的听觉ERP范式并不能完全反映大脑皮层对听觉刺激的信息加工处理能力，基于此本团队前期创立了两组加工深度递增式增加的听觉Oddball范式[22]。由于SON与纯音性质的差异，TO范式中的P300成分可反映大脑皮层对听觉刺激的语音感知能力。而在DO范式中，由于难度的提升，对SON与SDN的听觉刺激差异则可反映语义加工处理过程。我们的研究结果表明，与TO范式中P300成分相比，DO范式中的P300与p Do Cs对t DCS的响应性更相关，推测原因是DO范式中的P300成分更能反映患者残存的更为高级的脑功能，因此恢复意识水平的可能性更大。但进一步的研究表明，在MCS患者中，干预响应者和非响应者P300成分的潜伏期和波幅并未出现显著性差异，分析其原因可能由于样本量限制的因素，在本研究纳入的30例MCS患者中，其中只有12例响应者和5例非响应者在DO范式中有P300，目前研究结果只能在P300出现与否方面给予定性说明，尚不足以做定量评估。

随着网络靶向治疗逐渐成为无创神经调控领域的趋势，前额叶区域如左侧DLPFC被作为p Do Cs促醒治疗的刺激靶点，主要是以全局工作空间理论为依据[23]。针对前额叶区域的刺激，有助于丘脑—皮层和皮层—皮层联系的恢复与神经可塑，其对应的是执行控制网络，反映的是意识对外界的觉知层面[23]。但p Do Cs脑损伤差异性大，单靶点的治疗尚未考虑患者脑损伤多样性因素，这可能也是目前无创神经调控技术在意识障碍领域的瓶颈所在[24]。因此我们推测，对p Do Cs的无创神经调控治疗从单靶点过渡到根据不同患者脑损伤特征的多靶点个体化治疗，试图覆盖更多的意识神经网络也是无创神经调控发展的重要趋势。

我们的研究探讨了性别、年龄、病程、行为学评分及TO和DO范式中P300出现情况等因素与t DCS干预响应的关系。实际上，不同病因也是影响p Do Cs预后及疗效的重要因素之一，未将其纳入的原因是由于样本量的因素（其中MCS患者中仅有2例缺血缺氧性脑病患者）有可能会造成结果不准确。因此未来我们将会在更大患者群体中开展病因对t DCS干预响应的相关性研究。

本研究的局限性主要包括以下方面：首先本研究的结果仅从组水平说明干预响应者的行为学及电生理学特征，尚未从个体水平预测患者t DCS干预后的临床改善水平，因此未来研究可能需要检测特定的特征来预测个体化的治疗效果。其次本研究并未将脑损伤部位作为可能影响疗效的因素进行深入研究，有研究表明t DCS刺激部位的结构及功能的完整性同样会影响效果[13]，因此未来研究将在更大样本的患者群体中验证损伤部位的影响情况。再次，本次研究重点关注连续t DCS治疗即刻响应性与患者一般情况及电生理数据的相关性，尚未探讨患者远期预后与其的相关性分析，随着接下来随访研究的继续，会进一步分析统计发表有关t DCS长程效果与相关因素相关性的研究结果。最后，由于神经电生理学技术和功能神经影像学技术可以分别从不同角度提供患者潜在的特征信息，未来研究也会继续探索t DCS响应者的神经影像学等方面的特征，多维度准确地了解响应者的特征信息，比较和合并来自不同来源的证据，从而增加研究说服力。

4、结论

本结果表明，更高的CRS-R分和分层听觉ERP范式中P300的存在，特别是DO范式中的P300成分与MCS患者的t DCS响应性有关，推测是由于DO范式中P300成分代表患者残存的语义加工处理能力，具有优先恢复的能力。因此，高水平认知加工的电生理指标是t DCS干预响应的重要预测指标，结果有助于指导MCS患者临床规范化应用t DCS技术。

基金资助:国家自然科学基金资助项目(82102658,81873723);北京市自然科学基金资助项目(7204267);科技部科技创新项目(2030+2021ZD0204300);北京市医院管理中心“青苗”计划专项经费资助项目(QML20230813);

文章来源:张晔,李瑞,万小萍,等.P300与慢性意识障碍患者经颅直流电刺激响应的相关性研究[J].中国康复医学杂志,2024,39(07):940-946.