Slēptu apziņas pazīmju medības nesasniedzamiem pacientiem

Eksperti var nepiekrist tam, kas ir vai nav apziņa. Taču tas nav atturējis Marčello Masimini ielūkoties to cilvēku prātos, kuriem ir dziļas smadzeņu traumas, lai noteiktu, vai kāds joprojām atrodas iekšā, un kā turpināt ārstēšanu.

Russ Juskalians

autors

• Russ Juskalians arhīva lapa

2021. gada 25. augusts

No pirmā acu uzmetiena nav nekā ievērības cienīga neiedvesmotajā mazstāvu slimnīcā Milānas rietumu pusē, ko mīlīgi sauc par Gnocchi. Bet divus stāvus uz augšu, izolētā ēkas spārnā Dona Karlo Gnoki IRCCS S. Maria Nascente centrs , nekomunikabls vīrietis ar smagu smadzeņu traumu ir saistīts ar tehnoloģiju komplektu, kas, pēc pētnieku domām, var pateikt, vai viņš ir pie samaņas.

Vīrietis sēž motorizētā zobārsta krēslā, galvu atgāzis, muti un degunu aizsedz zila ķirurģiska maska. Baltu sieta vāciņu, kas izraibināts ar 60 elektrodiem, katrs savienots ar divus metrus garu kabeli, tiek turēts ar siksnu zem zoda. Virs viņa atrodas infrasarkanais bloks, kas novietots uz artikulējošās rokas, raidot signālus no sensoriem, kas piestiprināti pie vīrieša deniņiem, lai tuvējā monitorā izveidotu kustīgu, MRI konstruētu viņa smadzeņu pārklājumu. Pētnieks, kurš vēro monitoru, piespiež baltu plastmasas ovālu pie vīrieša galvaskausa un vērš elektromagnētiskos impulsus uz Tic Tac lieluma smadzeņu apgabaliem.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2021. gada septembra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Katrs impulss rada dzirdamu klikšķi. Trīs smagie kabeļi, katrs apmēram tikpat biezs kā dārza šļūtene, aiz ierīces izritinās uz ceturtdaļmiljonu dolāru vērtu iekārtu, kas kontrolē izvadi. Telpas otrā pusē Marčello Masimini, zilacains, cirtainais neirologs, un Andžela Komanduči, pacienta neiroloģe, klēpjdatorā vēro, kā ekrānu gandrīz reāllaikā aizpilda sarežģītas zilas viļņošanās, kas attēlo smadzeņu viļņus. Tas, ko zinātnieki tajās redz, ir vājākā liminālas, varbūt sapņainas apziņas pazīme.

Vesels cilvēks kalpo kā testa subjekts apziņas mērītājam.

RUSS JUSKALIANS

Atgriežoties laboratorijā, dators šiem smadzeņu viļņu ierakstiem piešķirs skaitli no 0 līdz 1 — tā saukto perturbācijas sarežģītības indeksu jeb PCI. Šis vienīgais skaitlis, pēc Massimini un viņa kolēģu domām, ir neapstrādāts sarežģītības rādītājs, kas atklāj, vai cilvēks ir pie samaņas. Pētnieki pat ir aprēķinājuši robežvērtību 0,31, kas saskaņā ar 2016. gadā veikto tehnoloģiju pētījumu veseliem un smadzeņu ievainotiem subjektiem izšķīra bezsamaņā esošus un apzinātus apstākļus ar 100% jutīgumu un 100% specifiskumu. Citiem vārdiem sakot, tas darbojas labi — patiešām labi.

Vairāk satraukumu rada tas, ka pētnieki aprēķināja PCI no pacientu grupas ar nereaģējošas nomoda sindroms (UWS, stāvoklis, kas iepriekš bija pazīstams kā veģetatīvs stāvoklis), viņi atklāja, ka aptuveni katram piektajam bija PCI vērtība apziņas sadalījumā. Pat ja [šāds] pacients ir pilnīgi nereaģējošs, viņam nav nekādu samaņas pazīmju, Massimini man teica, jūs varat droši teikt, ka šis pacients tomēr ir pie samaņas.

Šāds izrāviens ir visprecīzākais apziņas mērītājs, kāds jebkad redzēts medicīnā (pat ja tas joprojām ir neapstrādāts, rudimentārs un neattīrīts). Medicīniskā ietekme ir plaša. Aplēses liecina, ka visā pasaulē ir līdz 390 000 cilvēku ar ilgstošu apziņas traucējumi . Dažus no viņiem, nereaģējot, var izturēties tā, it kā tur neviena nebūtu — kamēr viņi piedzīvo pasauli nomodā, vieni un nespēj izkļūt no sava ķermeņa cietuma, kamēr viņi dzīvo.

Massimini ir pārliecināts, ka PCI var palīdzēt identificēt šos cilvēkus.

2021. gada jūlijā, kad es viņu apmeklēju Milānā, Massimini sadarbojās ar citiem pētniekiem Milānā, Bostonā, Losandželosā un citur. Tikmēr Gnocchi jau tiek izmantoti PCI mērījumi, lai palīdzētu noteikt diagnozi un noteiktu daļējas atveseļošanās iespējas.

Atrisinājums

PCI radās meklējumos, lai pārvarētu gandrīz gadsimtu ilgus šķēršļus, kas traucē apziņas mērīšanai. Kopš 1924. gada, kad Hanss Bergers izgudroja elektroencefalogrāfiju (EEG), zinātnieki ir mēģinājuši piekļūt elektriskajām reakcijām, ko mūsu smadzenes izmanto, lai sazinātos, cerot redzēt, paredzēt un izmērīt to, kas notiek aiz mūsu galvaskausu 6,5 milimetrus biezās aizsardzības. Bergera izgudrojums atklāja izmaiņas mūsu neironu radītajos sprieguma kāpumos, pārvēršot šos signālus seismogrāfam līdzīgos viļņos, kas popularizēti kā smadzeņu viļņi.

Standarta EEG modeļi ietver ātrus alfa viļņus, kas svārstās apmēram 10 reizes sekundē un ir izplatīti apziņā, un lēnus delta viļņus, kas svārstās aptuveni reizi sekundē un bieži sastopami miega laikā vai anestēzijā. Bet pasīva smadzeņu klausīšanās ar EEG ir nepilnīgs veids, kā noteikt apziņu, jo izņēmumi slēpjas visur.

Anestēzijas līdzeklis ketamīns var uzbudināt smadzenes, izraisot pārmaiņus alfa un delta viļņus. Dažiem komas pacientu veidiem bezsamaņā ir ātras svārstības. Un cilvēki, kas atrodas narkotiku atropīna ietekmē vai krampju veidā, ko sauc par epilepsijas stāvokli, ziņo, ka ir pie samaņas, vienlaikus parādot lēnus smadzeņu viļņus, kas raksturīgi bezsamaņai.

Vēl lielāka problēma ir tā, ka pacienta smadzeņu darbība pati par sevi — īsa uzmanības noturības, miegainības, brīvprātīgu vai piespiedu kustību, redzes traucējumu vai pat vēlmes trūkuma dēļ sekot norādījumiem — var izraisīt pasīvās EEG novirzes un reaģēt tādā veidā, kas padarīt tās ziņojumus par haosu.

PCI gadījumā tas apgalvo, ka tas ir objektīvs apziņas mērs — samērā vienkāršs jā vai nē. Pēc Massimini domām, tas atšķiras no parastās EEG, ka, lai gan vecākā tehnoloģija mēra tikai notiekošo smadzeņu darbību, PCI mēra smadzeņu spēju uzturēt sarežģītas iekšējās mijiedarbības. Viņš saka, ka jūs varat to izdarīt, ja jūs pieklauvējat smadzenes un pēc tam sekojat tam, kā šī perturbācija filtrējas un atbalsojas, kā arī tiek iedarbināta, šķērsojot fantastiski sarežģīto 86 miljardu neironu un to arhitektūru. 100 triljoni savienojumu cilvēka smadzenēs .

Tas klauvē vai zap tiek piegādāts, izmantojot transkraniālo magnētisko stimulāciju (TMS), kas mūsdienu formā pastāv kopš 1980. gadiem: zizlis tiek turēts pret galvu, lai smadzenēs iešautu elektromagnētisku impulsu. Ja to lieto, lai mērķētu uz motorisko garozu, TMS var izraisīt netīšu rokas raustīšanu; kad tas ir vērsts uz redzes garozu, tas var izraisīt zibens līdzīgus attēlus prāta acī.

Lai ģenerētu PCI nolasījumu, Massimini izmanto TMS smadzeņu garozā. Pēc tam viņš izmanto EEG, lai izmērītu notiekošo. Tā ir pasta kvalitāte zap signāls, kas noved pie rezultāta.

Marčello Masimini savā Milānas birojā.

RUSS JUSKALIANS

Tas, ko Massimini meklē šajā traucētajā EEG, ir īpaša veida sarežģītība, kas ir organizēta, bet ne pārāk sakārtota. Apzinātais prāts nerada ne perfekti sinhronizētu akmens viļņošanos, kas iemūrēts iedomātā dīķī, ne perfekti sajauktu analogā TV starpkanālu sniega troksni. Apziņas veidne ir vairāk kā sarežģīts haoss — unikāls modelis starp gandrīz bezgalīgi daudzām iespējām, kur smadzeņu viļņi dažās jomās šķiet līdzīgi un citās būtiski atšķirīgi.

Slimnīcas ekrānā augsts PCI izskatās kā virkne ķeburu, kas sākas līdzīgi, tomēr atšķiras viens no otra, pārvietojoties pa smadzeņu ģeogrāfiju. Zems PCI ir vēl vieglāk pamanāms: vai nu jūs visur saņemat vienu un to pašu garo, lēno vilni, vai arī jūs saņemat vilni vienā smadzeņu daļā un klusumu visur citur.

Gadiem ilgi Massimini un citi varēja burtiski skatīties, kā ekrānā tiek ierakstīta apziņa, taču viņus apjuka, kā to noteikt.

Viņiem bija norādes, kā rīkoties, jo PCI meklēšana tika balstīta uz integrētās informācijas teorija (IIT), strīdīgs apziņas modelis, ko ierosinājis Viskonsinas Universitātes Medicīnas skolas psihiatrijas profesors Džulio Tononi (skat. 82. lpp.). IIT apgalvo, ka apzinātām smadzenēm ir augsts integrācijas līmenis (tās dažādās daļas ietekmē viena otru), kā arī augsts diferenciācijas līmenis (daļas rada dažādus signālus).

Massimini mēģināja atrast šīs sarežģītības aizstājēju, ko faktiski varētu aprēķināt laboratorijā, taču mērķis bija nenotverams.

Laimīgo streiku, kā viņš atceras, sniedza garlaikots brazīliešu fiziķis Adenauers Kasali, kura sieva strādāja gaitenī. Massimini piedāvāja Casali vietu savā birojā, kur fiziķis pavadīja laiku, lasot Danti un citus itāļu dižgarus. Kādu dienu abi sāka runāt, un Massimini pieminēja šo problēmu.

Viņš ir manā laboratorijā un sēž uz krēsla, atceras Massimini. Mēs sākam runāt: 'Mēs darām to un to, un mums, starp citu, ir šī problēma — varbūt jūs varat kaut ko pievienot?' Patiešām, Kasali risinājums bija acīmredzams. Viss, kas Massimini bija jādara, bija uzņemt TMS-EEG ierakstus un saspiest datus, izmantojot to pašu algoritmu, ko dators izmanto, lai saspiestu failus ZIP formātā. Zemas sarežģītības signāls būtu niecīgs, jo tajā būtu tik maz unikālu datu. Augstas sarežģītības signāls, kas norāda uz apzinātu prātu, būtu liels. Casali tika atzīts par pirmo autoru darbā, kurā tika ieviesta PCI kvantitatīva noteikšana, un pati procedūra joprojām ir pazīstama kā zap-ZIP .

Apšaubāmie

Ir grūti īstenot kaut ko līdzīgu PCI, kad eksperti joprojām nevar vienoties par to, kas ir un kas nav apziņa. Tononi, kurš brīžiem izklausās pēc mistiķa, man izskaidroja apziņas būtību ar piemēru no ikdienas. Tu guļi gultā un aizmidzis, miegs bez sapņiem, un tad tu pamosties un pēkšņi ir kaut kas, nevis nekas, viņš man teica. Tas kaut kas ir apziņa — pieredzes iegūšana.

Lielāko daļu vēstures, to atklājot kaut ko nemaz nebija tik grūti. Ja uzdevāt kādam jautājumu un saņēmāt saprātīgu atbildi, šī persona, iespējams, bija pie samaņas.

Tas joprojām ir zelta standarts, saka Massimini.

[Massimini] ir empīriski parādījis, ka, ja smadzeņu tīkli tiek izslēgti ar anestēziju, miegu vai smadzeņu traumu, jums ir sarežģītības modeļi, kas atšķiras no tiem, kas redzami, kad kāds ir nomodā.

Emerijs Brauns

Taču pieaugošā mehāniskās ventilācijas izmantošana 1950. un 1960. gados palīdzēja pirmo reizi izveidot ievērojamu cilvēku skaitu ar ilgstošiem apziņas traucējumiem. Mūsdienās ir tādi, kurus var noturēt pie dzīvības, lai gan mums nav nekādu pierādījumu par kādu esamību tur . Un ir tādi, piemēram, sirmais vīrietis Gnocchi, kas parāda potenciālus apziņas mājienus, piemēram, acis, kas izseko kustībām, bet kurām nav uzvedības veida, kā sazināties vai pierādīt savu iekšējo esamību. Beyond ir vesela virkne grūti atšķiramu stāvokļu. Tononi kaut ko ir stāvoklis, ko mēs visi varam nekavējoties identificēt sevī, taču mums ir grūti uzzināt par to citos cilvēkos, ja vien viņi mums to nepasaka.

Saistīts stāsts

Anestēzijas noslēpums Kartējot, kā mūsu nervu ķēdes mainās anestēzijas ietekmē, varētu izgaismot vienu no neirozinātnes mulsinošākajām mīklām: apziņu.

Tas padara jebkuru apziņas mērauklu pretrunīgu, nemaz nerunājot par to, kura teorētiskais pamats ir IIT. Lai gan daži zinātnieki ir nosaukuši IIT par labāko līdz šim izvirzīto apziņas teoriju, ne visi ir fani. Kad es rakstīju Prinstonas neirozinātniekam Michael Graziano par viņa viedokli par IIT un PCI, viņa atbilde bija nepārprotama.

Viņš rakstīja, ka IIT ir pseidozinātne.

Taču, viņš turpināja, pat frenoloģija — ideja, kas tagad ir stingri nostiprinājusies kā muļķība, ka cilvēku galvas forma var pastāstīt par viņu personību, — palīdzēja zinātnei 1800. gados virzīties uz ideju, ka dažādām smadzeņu daļām ir dažādas funkcijas, un ka smadzeņu garoza bija kādas uzmanības vērta. Viņš atzina, ka šīs perspektīvas izmaiņas noveda pie lielākajiem atklājumiem smadzeņu zinātnē gadsimta garumā, tāpēc PCI joprojām varētu būt kaut ko vērta.

Emerijs Brauns, neirozinātnieks un anesteziologs, kurš ir Hārvardas MIT programmas veselības zinātnes un tehnoloģiju jomā direktors, patur spriedumu, gaidot, kad tiks saņemti papildu pierādījumi. Viņš uzmanās, ka teorija virza analīzi. Tomēr Brauns apbrīno Massimini par eksperimentiem, rūpīgu datu analīzi un rezultātu publicēšanu, lai ikviens to varētu redzēt.

Man tajā patīk, kad dzirdu Marčello par to runājam, ka viņš ir pilnīgs empīrists, Brauns man teica. Viņš ir empīriski parādījis, ka, ja smadzeņu tīkli tiek izslēgti ar anestēziju, miegu vai smadzeņu traumu, jums ir sarežģītības modeļi, kas atšķiras no tiem, kas tiek novēroti, kad kāds ir nomodā.

Un šis empīrisms ir pārliecinošs gadījums, kad PCI vērtības tiek aprēķinātas reāliem cilvēkiem.

Skaista konsistence

Massimini pieejas spēks, iespējams, vislabāk ir attēlots skaistā konsekvencē diagramma no gadiem ilgas tehnoloģijas testēšanas.

Diagrammā PCI vērtības, kas aprēķinātas no cilvēkiem, kuri, kā zināms, bijuši pie samaņas vai nē, tiek reģistrēti kā punkti, kas atdalīti ar pārtrauktu līniju pie sliekšņa 0,31. Katrā atsevišķā gadījumā maksimālie PCI rādītāji, kas reģistrēti miegā bez sapņiem vai kādas no trim dažādām anestēzijas zālēm, ir zem līnijas. Un tiem pašiem cilvēkiem katrs no maksimālajiem rādītājiem nomodā, piedzīvojot REM sapņu miegu vai ketamīna ietekmē (kas anestēzijas devās izraisa sapņainu stāvokli) ir virs robežas.

Tādi ir gandrīz visi maksimālie rādītāji pacientiem ar bloķēta sindromu un kuriem bija insults un kuri pētījuma laikā varēja pierādīt savu apziņu, sazinoties. Proti, 36 no 38 pacientiem minimāli apzinātā stāvoklī uzrādīja augstu sarežģītību, parādot PCI kā objektīva apziņas marķiera nepieredzētu jutīgumu.

Kontroles subjekta smadzeņu tiešraides TMS-EEG ieraksti eksperimenta laikā.

RUSS JUSKALIANS

Bet deviņi no 43 pacientiem, kuri iepriekš tika uzskatīti par pilnīgi bez samaņas, arī ieguva punktus virs līnijas. Tas rada sarežģītus jautājumus. Ja nav cita veida, kā pierādīt savu apziņu, un nav iespējas sazināties, šie pacienti atspoguļo vai nu PCI neveiksmi, vai tā šausminošos solījumus. Viņu zap-ZIP atbildes pēc kvalitātes bija līdzīgas cilvēkiem ar minimālu samaņas līmeni, kā arī cilvēkiem, kas ir pie samaņas, kad viņi ir nomodā, sapņoja vai saņēma ketamīnu. Un patiesībā, pusgadu pēc pārbaudes, seši no šiem pacientiem uzlabojās tiktāl, ka viņi tika klasificēti kā minimāli pie samaņas. Šķiet, ka kāds tur tomēr bija.

Pēdējos gados Massimini grupas pētniekiem ir bijusi iespēja stimulēt neironus un reģistrēt smadzeņu darbību no elektrodiem, kas īslaicīgi ievietoti epilepsijas operācijas pacientu smadzenēs. Šie mērījumi atklāja an interesants mehānisms, ar kuru PCI var sabrukt pēc smadzeņu traumas , kas noved pie samaņas zuduma. Neironu ķēdes, kuras ir fiziski saudzējušas bojājuma dēļ, var nonākt miega režīmā, atstājot visas smadzenes nespējīgas radīt sarežģītus mijiedarbības modeļus.

Šāda miega veida neironu aktivitātes ielaušanās var būt tikai īslaicīga dažiem pacientiem, kuri galu galā atgūs samaņu, bet var saglabāties citiem, kuri paliek bloķēti zemas sarežģītības stāvoklī, kas atbilst ilgstošam veģetatīvam stāvoklim, saka Massimini. Un tas, viņaprāt, varētu būt pamatojums jaunu ārstēšanas metožu izstrādei, lai atmodinātu smadzeņu ķēdes un atjaunotu apziņu.

PCI var uzlabot, izmantojot citus veidus, kā traucēt smadzenes, piemēram, fokusētu ultraskaņu vai mērķētu lāzera gaismu. Vai arī tehnoloģiju varētu uzlabot, izmantojot labāku telpisko un laika izšķirtspēju vai pat automatizētu skenēšanu un skaitļošanas aprēķinus, kur bojātās smadzenēs tiek maksimāli palielināta sarežģītība.

Massimini ir skaidrs, ka pašreizējā formā PCI nevar daudz pateikt par apziņas kvalitāti vai pakāpi — tikai par to, vai tā ir vai nav. Un viņš uzskata, ka 0,31 slieksnis ir neskaidra stāvokļa klīnisks rādītājs — nav tā, ka pulksten 0,30 vairs nav nekā un pie 0,32 apziņa parādās pilnā formā. Viņš saka, ka jums var būt augsts PCI rādītājs, un pat nav nozīmes tam, vai jūs sapņojat vai esat nomodā. Acīmredzot trūkst daļa no attēla.

Izlaušanās cauri

Bet Andžela Komanduči, klīniskā neirofizioloģe, kura mācības laikā izgāja cauri Massimini laboratorijai un tagad pārrauga Gnocchi 13 gultu spārnu, kas ir veltīts apziņas traucējumiem, jau ir novērojusi PCI klīnisko spēku no pirmavotiem. 2020. gada jūnijā uz nodaļu tika nogādāta 21 gadu veca sieviete divus mēnešus pēc tam, kad no sitiena guva traumatisku smadzeņu traumu. Katrs klīniskās diagnostikas tests, eksperimentāls un izveidots, neuzrādīja apziņas pazīmes, man teica Comanducci. Situācija bija tik šausmīga, ka pacientes ģimenei tika teikts, ka viņa paliks neatgriezeniskā veģetatīvā stāvoklī.

Saistīts stāsts

Smadzeņu attēlveidošana ļauj veģetatīviem pacientiem sazināties Pārsteidzošais jaunais pētījums, visticamāk, apšaubīs mūsu priekšstatus par apziņu.

Taču, kad Comanducci un viņas darbinieki pieslēdza sievieti pie apjomīgā TMS-EEG aparāta, ko izmantoja, lai izmērītu viņas PCI, viņus pārsteidza redzētais. Dažu sekunžu laikā es redzēju uz ekrāna, ka viņa tur atrodas, sacīja Komanduči. PCI, ko viņi aprēķināja vēlāk tajā pašā dienā, bija augsts, atspoguļojot augstas sarežģītības EEG reakciju uz TMS stimulāciju, un saderīgs ar minimāli apzinātu stāvokli.

Nākamo nedēļu laikā viņi manuāli kustināja pacientes pirkstus, rokas un kājas, mēģinot atsākt viņas smadzenes tā, kā jūs varētu iedarbināt vecu lidmašīnu, griežot tās propelleri. Viņi runāja ar viņu tā, it kā viņa klausītos, mēģinot izraisīt atbildi — iespējams, nopūtu vai vismazāko vertikālo viņas acu kustību. Un viņi ievadīja zāles, ko sauc par amantadīnu, cerot pamodināt smadzeņu daļas, par kurām viņiem bija aizdomas, ka tās varētu būt nebojātas, taču tādā stāvoklī kā aizsargājošs miegs.

Es teicu savam rehabilitācijas personālam: 'Tagad jums jābūt detektīviem,' atcerējās Komanduči. 'Meklējiet visur un atrodiet viņu!'

Apmēram pēc mēneša viņi viņu atrada.

Ar viena pirksta milimetru kustinot, sieviete atvēra trauslu saziņas portālu ar ārējo pasauli. Praktizējoties, viņa iemācījās kustināt vairāk pirkstu, izveidojot sistēmu, ar kuras palīdzību viņa varēja atbildēt uz vienkāršiem jautājumiem.

Russ Juskalians ir ārštata rakstnieks un fotogrāfs, kura darbi ir parādījušies Atklājiet , Smitsons , un Ņujorkas Laiks.