结构磁共振成像技术在意识障碍患者的研究

磁共振（MRI）传统成像序列包括(T1-TSE, T2-TSE, FLAIR)通常被用来探测患者是否存在脑水肿、脑挫裂伤、脑血肿、脑疝、脑积水及脑占位等疾病。但很少有学者用这些序列来评估患者的意识状态。在早先的研究中，有些学者发现了这些传统序列对于昏迷状态患者的诊断价值，例如在FLAIR和T2序列探测到的颅内脱髓鞘病灶的数量与昏迷患者格拉斯哥评分（Glasgow Coma Scale，GCS）是负相关的；在昏迷患者胼胝体和背侧中脑出现相对应的结构损伤的患者是很难恢复意识状态的。但是这种检查方法并没能很好地解释为什么意识障碍的患者是没有这些微小的病变灶的。这些研究突出了常规MRI扫描序列对于诊断意识障碍患者的意识状态缺少特异性和敏感性。

近年来随着科学技术的进步随着弥散张量成像技术的发展（DTI）国内外的学者发现了能够在意识障碍患者中通过使用DTI序列对他们脑部进行扫描发现的组织结构的损伤却无法在常规MRI序列中检测出来。这项技术在一些研究中发现能够预测患者的GCS评分，成功地诊断并区分出MCS患者与VS患者并且准确率达到了95%。

此外一项多中心的研究表明通过一年的随访及临床评估，DTI序列对于预测那些由于外伤或者缺氧所导致的意识障碍患者的预后是有优势的。为了验证上述实验结果的准确性，该学者又通过神经病理学的方法以及DTI序列同时验证，发现了在MCS患者与VS患者在皮层下白质区域以及丘脑区域的神经网络结构是不同的（使用扩散系数来区分这种不同），但是并没在患者脑干部发现明显的结构差异。另外从病因学角度出发部分研究证实了只有外伤性的损伤导致的意识障碍的患者通过DTI序列的扫描才能发现脑干神经网络结构的异常。

通过使用DTI-MRI的技术手段，我们能够量化意识障碍患者脑白质的变化，并且这种技术还有可能帮助我们我们区分在意识障碍患者中那些分别处于MCS与VS的患者。

功能磁共振成像技术在意识障碍患者中的研究

在近几年中，PET在意识障碍患者中的任务态的研究逐渐被功能磁共振成像技术（fMRI）代替，通过对意识障碍患者以及正常人进行听觉和躯体感觉刺激，很多学者发现了该类患者皮层兴奋的区域和正常人是相同的。但是相对应的皮层兴奋性较正常人是明显降低的，同时这些兴奋性降低的区域多局限在主要的感觉区域内。在长期的随访研究中发现在这些特定的皮层区域中有少数患者的兴奋性增加，而这也暗示着这些患者的意识状态正在恢复。

除了在评估意识障碍患者预后上fMRI有一定的诊断价值，在任务态模式的fMRI的研究中有些学者发现了，我们能够通过这项技术探测到意识障碍患者隐藏的意识状态，这些并不能够通过临床的行为学上反映出来，有些甚至是与外界无任何反应和交流的。

例如在近年来的一项任务态fMRI研究中，通过使用心里意象任务指令即想象在他们的自己的房间中打网球，显示出有在入组的54名意识障碍的患者中有5名能够自行调节他们大脑皮层的兴奋性，此外在该研究的进一步研究中，使用选择性听觉指令，这些学者发现了在他们所研究的意识障碍患者，有3名患者其中一名VS，2名MCS患者，能够通过fMRI传达出他们遵从指令的能力的，在这3名中还有1名患者能够正确地回答出我们通过计算机自动传导的二进制问题。

尽管在任务态fMRI在诊断意识障碍患者的意识状态以及评估他们的预后显示出了相应的价值，但是这项技术在探索该类患者的隐藏意识的方面是有很大争议的。无法正确的理解发出与意识相关联的电机指令，对外界刺激大脑皮层的低活动性都不一定能够说明该患者是无意识的。事实上在Monti等人的研究中31名微小意识状态的患者中只有1名患者能够根据任务指令自行调节他们大脑皮层的兴奋性。这里面有可能是患者在检查中处于睡眠状态，甚至有可能是患者由于原发脑病疾病所造成的残疾如失语，听力障碍等原因造成的。

近些年还有一些其他的fMRI模式也在被用于该项研究，虽然这些模式避免了任务态fMRI的一些缺点，但是这些方法是通过探测意识障碍患者被动地通过感官刺激所带来的回应，这同时就会造成结果缺乏患者自身执行心理任务活动的反应。

静息态功能磁共振成像技术（Resting-state fMRI）是一种无创的检查技术手段，它是研究大脑在静息状态下的自发活动，即在没有明确的输入或输出的任务状态模式下，大脑内部发生的BOLD信号的自发调节。这项技术被越来越多地用在意识障碍患者中的诊断研究中，因为这项技术是无创的并且不需要患者理解电机输出以及语言指令这些要求。使用这项技术在目前所发现的功能神经网络中，默认网络（DMN）最先引起了科学界的注意。迄今为止，对于意识水平的功能而言，静息态fMRI所探测到的DMN神经兴奋性是较低的。但是已经有研究证实了DMN神经网络的连通性是与意识水平先关的。此外，这些研究还发现了在脑死亡的患者中DMN之间的神经网络连接是不存在的，这也暗示了DMN是神经起源的核磁共振信号。最近几年关于意识障碍患者神经网络的静息态fMRI研究越来越多，其中内容包括：执行网络（ECN），感觉，运动，听觉，视觉以及小脑的神经网络连接，但是这些研究发现，除了DMN以外，其他例如ECN，感觉，运动网络等在意识障碍患者与正常人之间的差别就不是那么明显了。

有趣的是，在对DMN进一步的研究中，学者发现在人类休息时，DMN与ECN是相互切换的，当一个网络“打开”时另一个网络就处于“关闭”状态，反之则亦然而DMN与ECN之间的这种反联系是与他们的心理状态和行为状态是紧密相关的。这正印证了如上文提到的那样，DMN主要与内在意识即自我意识的处理有关系，而ECN主要与感官触觉即外部环境的意识处理有关系。

但是，除了DMN在意识障碍患者中的这种特殊变化之外，还有些研究发现了，相比较于正常人，意识障碍患者皮层下边缘系统（包括前额叶底部，岛叶以及下丘脑）的神经网络连接是增加的[27]。这说明了在意识层面神经网络连接的复杂性和多样性，而使用静息态fMRI研究发现的DMN在意识网络连接中只是一个部分。还有很多无法解释的问题需要进一步研究。