科学研究：大脑植入物或许可以帮助完全瘫痪的病人交流

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编者按：对于完全无法与外界进行沟通的患者，应该如何向他人表达想法呢？最新的一项研究揭示了帮助完全瘫痪的患者进行外界交流的可能性。本文来自编译，希望对您有所启发。

2020 年，当时在图宾根大学（University of Tübingen）和日内瓦威斯生物和神经工程中心（Wyss Center for Bio and Neuroengineering）工作的生物医学工程师乌吉瓦尔·乔杜里（Ujwal Chaudhary）惊奇地看着自己的电脑，他花了数年时间进行的一项实验终于出结果了。一名 34 岁的瘫痪男子仰卧在实验室里，他的头通过一根电缆与一台电脑相连，一个合成的声音用德语读出字母：“E, A, D……”

这名患者几年前被诊断患有肌萎缩性侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis），这种疾病会导致参与运动的脑细胞进行性退化。这个人甚至失去了移动眼球的能力，完全无法与人交流。用医学术语来说，他完全处于“封闭状态”。

至少看起来是这样的。在乔杜里的实验中，这个人能通过想象从电脑发出的稳定字母流中选择单个的字母。他大约一分钟能选择一个字母，从而能造出单词和句子。

他曾写道：“我想吃咖喱，我想吃咖喱配土豆，然后还想吃腊肠和土豆汤。”

乔杜里和他的同事们目瞪口呆。“我自己都不敢相信这是可能做到的，”乔杜里回忆说。乔杜里现在是位于德国的神经生物技术公司 ALS Voice gGmbH 的董事总经理，他已经不再与该患者合作了。

“这项研究发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上，该研究提供了一个处于完全封闭状态的患者与外部世界进行详细通信的第一个示例，”尼尔斯·比尔鲍默（Niels Birbaumer）说，他是这项研究的领导者，曾是图宾根大学的神经学家，现在已经退休。

乔杜里和比尔鲍默在 2017 年和 2019 年对处于完全“封闭状态”的患者进行了两个类似的实验，最终都使得这些患者能够对外交流。然而德国研究基金会（German Research Foundation）的一项调查得出结论称，研究人员只是用视频部分记录了患者的受试过程，而没有恰当地展示他们分析的细节，并且做出了虚假陈述，随后这两项研究都被撤回。德国研究基金会（German Research Foundation）发现比尔鲍默有科学不端行为，对其实施了一些最严厉的制裁，包括在 5 年内禁止提交提案和担任该基金会的审稿人。

该机构发现，乔杜里也犯有科学不端行为，并对他实施了为期 3 年的相同制裁。乔杜里和比尔鲍默都被要求撤回其论文。

这项调查是在 2018 年，一名名为马丁·斯普勒（Martin Spüler）的举报人对这两名科学家提出了担忧之后进行的。

不过，比尔鲍默坚持他的研究结论，并对德国研究基金会采取了法律行动。德国研究基金会发言人马尔科·菲内蒂（Marco Finetti）表示，诉讼结果预计将在未来两周内公布。乔杜里说，他的律师希望能打赢这场官司。

菲内蒂说，德国研究基金会对目前发表的研究并不知情，并将在未来几个月进行调查。在一封电子邮件中，《自然通讯》的一名不愿透露姓名的代表拒绝评价该研究的审查细节，但表示对审查过程充满信心。这位代表说：“我们有严格的政策来保护我们发表的研究的完整性，包括确保研究是按照高道德标准进行的，并透明地进行发表。”

“我认为这是一项可靠的研究。”德国弗莱堡大学（University of Freiburg）脑机接口研究员娜塔莉·玛拉查兹-克斯汀（Natalie Mrachacz-Kersting）说。她没有参与这项研究，但知道之前被撤回的论文一事。

但加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）的研究员布兰登·艾利森（Brendan Allison）持保留意见。“就像比尔鲍默的其他文章一样，考虑到他的历史，这篇文章可能也有问题，”艾利森说。艾利森在 2017 年发表的一篇论文中指出，他与团队能够用基本的“是”或“否”回答，来与完全封闭的患者沟通。

该研究结果对处于类似无反应状态的患者（包括最低意识状态和昏迷状态）以及全球每年不断增加的肌萎缩侧索硬化症患者有潜在的帮助。到 2040 年，这些患者的人数预计将达到 30 万。

“这项技术会改变游戏规则，”史蒂芬·洛雷斯（Steven Laureys）说，他是比利时列日大学（University of Liège）昏迷科学小组的负责人，没有参与这项研究。他补充说，这项技术可能会在有关“医生协助处于封闭状态的人或植物人自杀”的讨论中产生伦理上的影响，“看到这项研究取得进展真是太棒了，让患者在自己的决定上有了发言权。”

曾经有无数的方法被用来与低意识的病人沟通。有些家庭成员使用纸笔与患者进行沟通。有的时候护理人员会指向或说出物品的名称，并观察病人的微反应——眨眼、手指抽搐等。

近年来，一种新方法成为了人们关注的焦点：脑机接口技术，它旨在将人的大脑信号转换成命令。研究机构、私营公司和埃隆·马斯克（Elon Musk）这样的亿万富翁都在这项技术上投入了巨资。

研究结果有好的一面也有不好的一面，但整体是令人信服的：患者仅凭意念就能移动假肢，而那些中风、多发性硬化症和其他疾病患者则能再次与亲人交流。然而，直到现在，科学家们还不能和那些没有任何动作的人交流，就像前文提到的新研究中的受试者那样。

2017 年，在患者处于完全封闭状态之前，他能用眼球运动与家人交流。由于预见到患者很快就会失去这种能力，他的家人向乔杜里和比尔鲍默提出了另一种通信方式，并联系了他们。乔杜里和比尔鲍默是脑机接口技术领域的先驱，两人都在附近工作。

在该男子的同意下，神经外科医生、该研究的作者延斯·莱姆伯格（Jens Lehmberg）博士在该男子大脑中控制运动的区域植入了两个微型电极。然后，在两个月的时间里，该男子被要求想象移动他的手、手臂和舌头，看看这些是否会产生清晰的大脑信号。但这一努力没有产生任何可靠的结果。

然后，比尔鲍默建议使用听觉神经反馈技术，通过这种技术，患者可以接受训练，积极地操纵自己的大脑活动。首先给患者听一个声音，音调高或低，对应“是”或“不是”。这就是患者的“目标音调”，是他必须要匹配的音调。

然后给患者播放第二个声音，这个声音与植入电极检测到的大脑活动相对应。通过集中注意力，想象移动眼睛，有效地调节大脑活动，他能够改变第二个音调来匹配第一个音调。当患者这样做的时候，他能得到关于声音如何变化的实时反馈，这让他可以在想说“是”的时候提高音调，或者在想说“不”的时候降低音调。

这种方法见效很快。在第一天的尝试中，他便能够做到改变第二个音调。12 天后，他成功地将第二个音调和第一个匹配起来了。

“在那之后，一切都变得一致了，他可以重现这些模式，”威斯中心（Wyss Center）的神经科学家、该研究的作者之一乔纳斯·齐默尔曼（Jonas Zimmermann）说。当病人被问及是什么改变了他自己的大脑活动时，他回答说：“眼球运动。”

在接下来的一年里，该患者用这种技能造出了单词和句子。科学家们实际上是借鉴了病人在眼睛还能活动时与家人交流时使用的沟通策略。

研究人员把字母分成五组颜色。一个计算机化的声音首先列出了这些颜色，然后患者根据他想要选择的字母是否在这个集合中回答“是”或“不是”。然后，这个声音再列出每个字母，患者再以类似的方式选择。他一套一套地重复这些步骤，一个字母一个字母地重复，最后就能清晰地说出完整的句子。

在患者努力拼写的第二天，他写道：“首先，我想感谢比尔鲍默。”他拼写出的句子中还包含“头部按摩”、“更频繁地给我的眼睛上凝胶”、“炖牛肉汤和甜豌豆汤。”等内容。

患者在拼写上花了 107 天，其中有 44 天写出了容易理解的句子。他的写作速度大约是每分钟 1 个字母。

“哇，这让我大吃一惊。” 娜塔莉·玛拉查兹-克斯汀说。她推测，那些能保持大脑刺激的封闭患者可以过上更长久、更健康的生活。然而，娜塔莉·玛拉查兹-克斯汀也强调，这项研究只是基于一名患者，还需要在其他更多患者身上进行测试。

其他研究人员也对接受这些研究持谨慎态度。

ALS 协会的首席任务官尼尔·塔库尔（Neil Thakur）说：“这种方法还处于试验阶段，所以我们还有很多需要学习的地方。”

在现阶段，这项技术对患者和家属来说太过复杂，无法进行手术。乔杜里说，让技术更人性化、加快沟通速度至关重要。

他说，在那之前，病人的亲属也可能会满意，“你有两个选择：要么不交流，要么以每分钟 1 个字母的速度交流，”他说，“你选什么？”

也许最大的问题是时间。自微型电极植入患者大脑以来，已经过去了三年了。齐默尔曼说，患者的回答速度在变慢，变得不那么可靠，而且常常可能辨别不出来。齐默尔曼现在正在维斯中心照顾这位病人。

这种速度下降的原因尚不清楚，但齐默尔曼认为这可能源于技术问题。例如，电极的寿命已经接近尾声。然而，现在更换电极不是明智的选择。“这是一个危险的过程，”他说，“可能会在医院里接触新的细菌。”

齐默尔曼和维斯中心的其他人正在开发使用更安全的无线微电极。该团队还在探索其他非植入性技术，这些技术在以前对非封闭患者的研究中被证明是有效的。齐默尔曼说：“虽然我们很想帮助患者，但我认为，创造虚假的希望也是不对的。”

译者：Jane

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