fNIRS研究：意識障礙患者接收不同聽覺刺激時的血流動力學變化

研究目的

本研究旨在評估長期意識障礙（pDoC）患者的殘留意識水平，通過測量大腦對不同刺激的反應。研究使用近紅外腦功能成像（fNIRS）技術來檢測大腦活動，通過氧合血紅蛋白（HbO）和脫氧血紅蛋白（HbR）濃度的變化來評估pDoC患者的殘留意識。

研究方法

受試者

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

實驗設計

刺激類型包括主動刺激（運動想象，MI）和被動刺激（被試自己的名字，SON）。

實驗流程：每個被試接受兩種類型的刺激，通過耳機傳遞聽覺命令。實驗包括一個初始基線期（60秒），隨后是8個區塊，每個區塊包括任務期（30秒）和恢復期（40秒）（圖1）。

采用雙波長fNIRS設備，發射探頭和接收探頭相隔3cm，以腦電10-20系統定位法將探頭置于前額葉，在任務期間采集相應腦區的氧合血紅蛋白（HbO）和脫氧血紅蛋白（HbR）濃度。

圖1 實驗方案：組塊（BLOCK）刺激持續進行30秒，間隔40秒，重復8次。這兩種刺激以60秒的間隔隨機呈現。

圖2 光源和探測器在頭皮上位置分布的示意圖

研究結果

1、血流動力學反應：

健康對照組在SON和MI任務中表現出負向血流動力學反應，HbO和HbR濃度在任務開始時下降。pDoC患者在SON任務中表現出正向反應，而在MI任務中則表現出輕微的正向反應。

圖3 健康對照組和pDoC患者在SON和MI任務期間的群體平均血流動力學反應的時間過程

2、HbO、HbR濃度比較：

健康對照組在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照組。

3、不同意識狀態的比較：

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

圖4 健康對照組（HC）、最小意識狀態（MCS）患者和植物狀態（VS）患者在運動想象（MI）和運動執行（SON）任務期間血流動力學變化的比較。健康對照組和慢性意識障礙（pDoC）患者按要求接受了運動執行 / 運動想象刺激。記錄了運動執行（圖A和B）及運動想象（圖C和D）過程中氧合血紅蛋白（HbO）/ 脫氧血紅蛋白（HbR）的濃度。呈現了運動執行（圖E和F）及運動想象（圖G和H）過程中氧合血紅蛋白 / 還原血紅蛋白的擬合斜率。**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001

結論

研究結果表明，通過fNIRS測量大腦對不同刺激的反應，可以評估pDoC患者的殘留意識水平。研究進一步證明了fNIRS在評估pDoC患者殘留意識方面的可行性和可靠性，為fNIRS技術在臨床的擴展應用提供了研究基礎。

參考文獻：

[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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