Paslėptų nepasiekiamų pacientų sąmonės požymių medžioklė

Ekspertai gali nesutikti, kas yra sąmonė ar ne. Tačiau tai nesutrukdė Marcello Massimini pažvelgti į gilius smegenų sužalojimus patyrusių žmonių protus, kad nustatytų, ar kas nors vis dar yra viduje, ir kaip tęsti gydymą.

Rusas Juskalianas

pateikė

• Rusas Juskalianas archyvo puslapis

2021 m. rugpjūčio 25 d

Iš pirmo žvilgsnio nieko nuostabaus apie neįkvėptą žemaaukštę ligoninę vakarinėje Milano pusėje, meiliai vadinamoje Gnocchi. Tačiau dviem aukštais aukštyn, izoliuotame pastato sparne Don Carlo Gnocchi IRCCS S. Maria Nascente centras , nebendraujantis vyras, patyręs sunkią smegenų traumą, yra prijungtas prie technologijų rinkinio, kuris, tyrėjų nuomone, gali jiems pasakyti, ar jis sąmoningas.

Vyras sėdi į motorizuotą odontologo kėdę, atlenkęs galvą, o burną ir nosį dengia mėlyna chirurginė kaukė. Baltas tinklinis dangtelis su 60 elektrodų, kiekvienas sujungtas su dviejų metrų ilgio kabeliu, yra laikomas dirželiu po smakru. Virš jo esantis infraraudonųjų spindulių masyvas, esantis ant šarnyrinės rankos, atmuša signalus nuo jutiklių, pritvirtintų prie vyro smilkinių, kad šalia esančiame monitoriuje būtų sukurtas judantis MRT sukurtas jo smegenų sluoksnis. Monitorių stebintis tyrėjas tada prispaudžia baltą plastikinį ovalą prie vyro kaukolės ir nukreipia elektromagnetinius impulsus į Tic Tac dydžio smegenų sritis.

Ši istorija buvo mūsų 2021 m. rugsėjo mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Kiekvienas impulsas skleidžia girdimą spragtelėjimą. Trys sunkūs kabeliai, kurių kiekvienas yra maždaug sodo žarnos storio, iš už prietaiso susivynioja į ketvirtį milijono dolerių kainuojantį aparatą, valdantį išėjimą. Kitoje kambario pusėje Marcello Massimini, mėlynakis, garbanotais plaukais neurologas, ir Angela Comanducci, paciento neurologė, nešiojamuoju kompiuteriu stebi, kaip ekraną beveik realiuoju laiku užpildo sudėtingi mėlyni smegenų bangas vaizduojantys vingiukai. Tai, ką juose mato mokslininkai, yra silpniausias liminalios, galbūt sapniškos sąmonės požymis.

Sveikas žmogus yra sąmonės matuoklio tiriamasis.

RUSAS JUSKALIANAS

Grįžęs į laboratoriją, kompiuteris tiems smegenų bangų įrašams priskirs skaičių nuo 0 iki 1 – vadinamąjį perturbacinio sudėtingumo indeksą arba PCI. Šis vienas skaičius, pasak Massimini ir jo kolegų, yra grubus sudėtingumo matas, atskleidžiantis, ar žmogus yra sąmoningas. Tyrėjai netgi apskaičiavo 0,31 ribą, kuri, remiantis 2016 m. atliktais sveikų ir smegenų sužalotų subjektų technologijos tyrimu, 100% jautrumu ir 100% specifiškumu atskyrė nesąmoningas ir sąmoningas būsenas. Kitaip tariant, jis veikia gerai – tikrai gerai.

Daugiau nerimą kelia tai, kad tyrėjai apskaičiavo PCI iš pacientų, sergančių nereaguojančio budrumo sindromas (UWS, būklė, anksčiau žinoma kaip vegetatyvinė būsena), jie nustatė, kad maždaug vienas iš penkių turėjo PCI reikšmę sąmonės pasiskirstymo ribose. Net jei [toks] pacientas visiškai nereaguoja, nėra jokių sąmonės požymių, sakė Massimini, galite drąsiai teigti, kad šis pacientas vis tiek yra sąmoningas.

Toks proveržis yra tiksliausias kada nors medicinoje matytas sąmonės matuoklis (net jei jis vis dar yra neapdorotas, pradinis ir nerafinuotas). Medicininės pasekmės yra plataus masto. Skaičiuojama, kad visame pasaulyje yra iki 390 000 žmonių, sergančių ilgą laiką sąmonės sutrikimai . Kai kurie iš jų, nereaguojantys, gali būti traktuojami taip, lyg ten nieko nebūtų – kol jie pasaulį išgyvena pabudę, vieni ir negali ištiesti iš savo kūno kalėjimo, kol gyvena.

Massimini įsitikinęs, kad PCI gali padėti identifikuoti tuos žmones.

2021 m. liepos mėn., kai lankiausi pas jį Milane, Massimini bendradarbiavo su kitais tyrinėtojais Milane, Bostone, Los Andžele ir kitur. Tuo tarpu Gnocchi jau naudojami PCI matavimai, padedantys nustatyti diagnozę ir nustatyti dalinio atsigavimo galimybę.

Sprendimas

PCI gimė siekiant įveikti beveik šimtmetį trukusias kliūtis, trukdančias išmatuoti sąmonę. Nuo 1924 m Hansas Bergeris išrado elektroencefalografiją (EEG), mokslininkai bandė pasiekti elektrinius atsakus, kuriuos mūsų smegenys naudoja bendraudami, tikėdamiesi pamatyti, numatyti ir išmatuoti, kas vyksta už 6,5 milimetro storio mūsų kaukolių apsaugos. Bergerio išradimas aptiko mūsų neuronų generuojamų įtampos šuolių pokyčius – tuos signalus pavertė į seismografą panašiais vingiais, išpopuliarėjusiais kaip smegenų bangos.

Standartiniai EEG modeliai apima greitas alfa bangas, svyruojančias maždaug 10 kartų per sekundę ir paplitusias sąmonėje, ir lėtas delta bangas, svyruojančias maždaug kartą per sekundę ir dažnai pasitaikančias ne sapnuojant arba anestezijos metu. Tačiau pasyviai klausytis smegenų naudojant EEG yra netobulas būdas nustatyti sąmonę, nes visur slypi išimtys.

Anestetikas ketaminas gali sužadinti smegenis, todėl kinta alfa ir delta bangos. Kai kurių tipų komos pacientai be sąmonės svyruoja greitai. Ir žmonės, apsvaigę nuo narkotiko atropino arba esant priepuoliams, vadinamiems epilepsine būsena, praneša, kad yra sąmoningi ir rodo lėtas smegenų bangas, būdingas sąmonės netekimui.

Dar didesnė problema yra ta, kad pati paciento smegenų veikla – trumpo dėmesio, mieguistumo, valingų ar nevalingų judesių, regos išsiblaškymo ar net noro laikytis nurodymų stokos pasekmė – gali sukelti pasyviojo EEG iškrypimą ir reaguoti taip, kad pavers jos pranešimus netvarka.

PCI atvejis yra tas, kad jis teigia esąs objektyvus sąmonės matas - gana paprastas taip arba ne. Anot Massimini, nuo įprastos EEG jis skiriasi tuo, kad senesnė technologija matuoja tik vykstančią smegenų veiklą, o PCI matuoja smegenų gebėjimą palaikyti sudėtingą vidinę sąveiką. Jis sako, kad tai galite padaryti, jei pabelsite smegenis ir stebėsite, kaip ta perturbacija filtruojasi, aidi ir veikia, kai ji pereina per fantastiškai sudėtingą 86 milijardų neuronų ir jų struktūrą. 100 trilijonų jungčių žmogaus smegenyse .

Tas beldimas arba zap yra perduodama naudojant transkranialinę magnetinę stimuliaciją (TMS), kuri šiuolaikiška forma egzistuoja nuo devintojo dešimtmečio: lazdelė laikoma iškelta prieš galvą, kad į smegenis būtų paleidžiamas elektromagnetinis impulsas. Kai jis naudojamas nukreipti į motorinę žievę, TMS gali išprovokuoti nevalingą rankos trūkčiojimą; kai jis nukreiptas į regėjimo žievę, proto akimis gali sukelti žaibiškus vaizdus.

Norėdami generuoti PCI rodmenis, Massimini naudoja TMS smegenų žievėje. Tada jis naudoja EEG, kad išmatuotų, kas vyksta. Tai yra pašto kokybė zap signalas, vedantis į balą.

Marcello Massimini savo Milano biure.

RUSAS JUSKALIANAS

Massimini ieško šio sutrikusio EEG yra ypatingo sudėtingumo, kuris yra organizuotas, bet ne per daug organizuotas. Sąmoningas protas nesukuria nei tobulai sinchronizuoto akmens, įmesto į įsivaizduojamą tvenkinį, raibuliavimo, nei tobulai sumaišyto analoginės televizijos tarp kanalų sniego triukšmo. Sąmonės šablonas labiau panašus į sudėtingą chaosą – unikalų modelį tarp beveik begalinio skaičiaus galimybių, kai smegenų bangos kai kuriose srityse atrodo panašios, o kitose – visiškai skirtingos.

Ligoninės ekrane aukštas PCI atrodo kaip virtinė vingių, kurios prasideda panašiai, tačiau skiriasi viena nuo kitos, judant per smegenų geografiją. Žemą PCI matosi dar lengviau: arba visur gauni tą pačią ilgą, lėtą bangą, arba vienoje smegenų dalyje banga, o visur kitur – tyla.

Daugelį metų Massimini ir kiti galėjo tiesiogine to žodžio prasme stebėti, kaip ekrane įrašoma sąmonė, tačiau buvo suklaidinti, kaip ją kiekybiškai įvertinti.

Jie turėjo užuominų, kaip elgtis toliau, nes PCI paieška buvo pagrįsta integruota informacijos teorija (IIT), prieštaringai vertinamas sąmonės modelis, kurį pasiūlė Viskonsino universiteto Medicinos mokyklos psichiatrijos profesorius Giulio Tononi (žr. 82 psl.). IIT teigia, kad sąmoningos smegenys turi aukštą integracijos lygį (įvairios jų dalys daro įtaką viena kitai) kartu su dideliu diferenciacijos lygiu (dalys gamina įvairius signalus).

Massimini bandė rasti šio sudėtingumo pavyzdį, kurį iš tikrųjų būtų galima apskaičiuoti laboratorijoje, tačiau tikslas buvo sunkiai pasiekiamas.

Laimingas smūgis, kaip jis prisimena, kilo nuo nuobodžiaujančio brazilo fiziko Adenauerio Casali, kurio žmona dirbo koridoriuje. Massimini pasiūlė Casali erdvę savo biure, kur fizikas leido laiką skaitydamas Dantę ir kitus italų didvyrius. Vieną dieną jiedu pradėjo kalbėtis, ir Massimini užsiminė apie problemą.

Jis mano laboratorijoje, sėdi ant kėdės, prisimena Massimini. Pradedame kalbėti: „Mes darome tą ir tą, beje, turime tokią problemą – gal galite ką nors pridėti?“ Iš tiesų, sprendimas Casali buvo akivaizdus. Viskas, ką Massimini turėjo padaryti, buvo paimti TMS-EEG įrašus ir suspausti duomenis naudojant tą patį algoritmą, kurį kompiuteris naudoja failams suspausti į ZIP formatą. Mažo sudėtingumo signalas būtų mažas, nes jame būtų tiek mažai unikalių duomenų. Didelio sudėtingumo signalas, rodantis sąmoningą protą, būtų didelis. Casali buvo įskaitytas kaip pirmasis autorius dokumente, kuriame pristatomas PCI kiekybinis įvertinimas, o pati procedūra tebėra žinoma kaip zap-ZIP .

Abejojantys

Sunku siekti kažko panašaus į PCI, kai ekspertai vis dar negali susitarti, kas yra sąmonė ir kas ne. Tononi, kuris kartais skamba kaip mistikas, sąmonės prigimtį man paaiškino pavyzdžiu iš kasdienio gyvenimo. Tu guli lovoje ir miegi, miegi be sapnų, o tada pabundi ir staiga yra kažkas, o ne nieko, pasakė jis. Tas kažkas yra sąmonė – patirties turėjimas.

Didžiąją istorijos dalį to aptikimas kažkas nebuvo viskas taip sunku. Jei kam nors uždavėte klausimą ir gavote pagrįstą atsakymą, tas asmuo tikriausiai buvo sąmoningas.

Tai vis dar yra aukso standartas, sako Massimini.

[Massimini] empiriškai parodė, kad kai smegenų tinklai išjungiami dėl anestezijos, miego ar smegenų sužalojimo, atsiranda sudėtingumo modelių, kurie skiriasi nuo tų, kurie matomi pabudus.

Emery Brown

Tačiau šeštajame ir septintajame dešimtmetyje vis dažniau naudojamas mechaninis ventiliavimas pirmą kartą padėjo sukurti didelę žmonių, turinčių ilgalaikius sąmonės sutrikimus, populiacijas. Šiandien yra tokių, kuriuos galima išlaikyti gyvus, net jei neturime jokių įrodymų, kad kas nors yra ten . Ir yra tokių, kaip žilaplaukis Gnocchi mieste, kurie rodo galimas sąmonės užuominas, kaip akys, kurios seka judesius, bet neturi elgesio būdo bendrauti ar įrodyti savo vidinį egzistavimą. Anapus yra visas spektras sunkiai atskiriamų būsenų. Tononio kažkas yra būsena, kurią visi galime iš karto atpažinti savyje, tačiau sunku žinoti apie tai kituose žmonėse, nebent jie mums tai pasakytų.

Susijusi istorija

Anestezijos paslaptis Žemėlapis, kaip mūsų nervų grandinės keičiasi veikiant anestezijai, galėtų atskleisti vieną iš labiausiai gluminančių neurologijos mįslių: sąmonę.

Dėl to bet koks sąmonės matas yra prieštaringas, jau nekalbant apie tą, kurio teorinis pagrindas yra IIT. Nors kai kurie mokslininkai IIT pavadino geriausia iki šiol pateikta sąmonės teorija, ne visi yra gerbėjai. Kai rašiau Michaelui Graziano, Prinstono neurologui, apie jo nuomonę apie IIT ir PCI, jo atsakymas buvo nedviprasmiškas.

IIT yra pseudomokslas, rašė jis.

Tačiau, tęsė jis, net frenologija – mintis, dabar jau tvirtai įsitvirtinusi kaip nesąmonė, kad žmonių galvų forma gali pasakyti apie jų asmenybę – padėjo 1800-aisiais mokslą pastūmėti link idėjos, kad skirtingos smegenų dalys atlieka skirtingas funkcijas. kad smegenų žievė buvo verta dėmesio. Jis pripažino, kad šis požiūrio pasikeitimas lėmė daugumą pagrindinių smegenų mokslo atradimų šimtmetį, todėl PCI vis tiek gali būti ko nors vertas.

Emery Brown, neurologas ir anesteziologas, kuris yra Harvardo-MIT sveikatos mokslo ir technologijų programos direktorius, apsiriboja savo nuožiūra ir laukia, kol bus gauta daugiau įrodymų. Jis bijo leisti teorijai vadovauti analizei. Tačiau Brownas žavisi Massimini už tai, kad jis atlieka eksperimentus, kruopščiai analizuoja duomenis ir skelbia rezultatus, kad visi galėtų juos pamatyti.

Man patinka, kai girdžiu Marcello kalbant apie tai, kad jis yra visiškas empiristas, sakė Brownas. Jis empiriškai parodė, kad kai smegenų tinklai išjungiami dėl anestezijos, miego ar smegenų sužalojimo, jūsų sudėtingumo modeliai skiriasi nuo tų, kurie matomi, kai kas nors yra pabudęs.

Ir tas empirizmas yra įtikinamas atvejis, kai PCI vertės skaičiuojamos tikriems žmonėms.

Graži konsistencija

Massimini požiūrio galia turbūt geriausiai atsispindi gražiai nuosekliai diagramą nuo daugelio metų technologijos bandymų.

Diagramoje PCI reikšmės, apskaičiuotos iš žmonių, kurie, kaip žinoma, buvo sąmoningi ar nesąmoningi, įrašomi kaip taškai, atskirti punktyrine linija ties 0,31 riba. Kiekvienu atveju maksimalūs PCI balai, užregistruoti ne sapnuojant, arba veikiant vienam iš trijų skirtingų anestetikų, yra žemiau linijos. Tiems patiems žmonėms kiekvienas iš didžiausių balų būdraujant, sapnuojant REM miegą arba veikiant ketaminui (kuris anestezijos dozėmis sukelia sapno būseną) yra aukščiau ribos.

Taip pat yra beveik visi maksimalūs balai pacientams, sergantiems uždarojo sindromu ir patyrusiems insultą, kurie tyrimo metu galėjo įrodyti savo sąmonę bendraudami. Pažymėtina, kad 36 iš 38 minimaliai sąmoningos būklės pacientų parodė didelį sudėtingumą, o tai rodo precedento neturintį PCI, kaip objektyvaus sąmonės žymeklio, jautrumą.

Tiesioginiai kontrolinio subjekto smegenų TMS-EEG įrašai eksperimento metu.

RUSAS JUSKALIANAS

Tačiau devyni iš 43 pacientų, kurie anksčiau buvo laikomi visiškai be sąmonės, taip pat gavo aukščiau ribą. Tai kelia sunkių klausimų. Neturėdami kito būdo įrodyti savo sąmonę ir bendrauti, šie pacientai atstovauja arba PCI nesėkmei, arba siaubingą pažadą. Jų zap-ZIP atsakų kokybė buvo panaši į žmonių, turinčių minimalią sąmonę, taip pat sąmoningų žmonių, pabudusių, sapnuojančių ar vartojusių ketaminą. Ir iš tikrųjų, praėjus pusei metų po tyrimo, šešiems iš šių pacientų pagerėjo tiek, kad jie buvo priskirti prie minimaliai sąmoningų. Atrodo, kad kažkas ten vis dėlto buvo.

Pastaraisiais metais Massimini grupės tyrėjai turėjo galimybę stimuliuoti neuronus ir įrašyti smegenų veiklą iš elektrodų, laikinai įterptų į pacientų, kuriems buvo atlikta operacija dėl epilepsijos, smegenis. Šie matavimai atskleidė an įdomus mechanizmas, pagal kurį PCI gali žlugti po smegenų sužalojimo , sukeliantis sąmonės netekimą. Neuronų grandinės, kurių pažeidimas fiziškai neapsaugo, gali pereiti į miego režimą, todėl visos smegenys negali sukurti sudėtingų sąveikos modelių.

Toks į miegą panašaus neuronų aktyvumo įsiskverbimas gali būti tik laikinas kai kuriems pacientams, kurie ilgainiui atgaus sąmonę, tačiau gali išlikti kitiems, kurie lieka užblokuoti esant mažo sudėtingumo būsenai, atitinkančiam užsitęsusią vegetacinę būseną, sako Massimini. Ir tai, jo manymu, galėtų būti loginis pagrindas kurti naujus gydymo būdus, siekiant atgaivinti smegenų grandines ir atkurti sąmonę.

PCI gali būti patobulinta kitais būdais sutrikdyti smegenis, pvz., Fokusuotą ultragarsą arba tikslinę lazerio šviesą. Arba technologiją būtų galima patobulinti geresne erdvine ir laiko skiriamąja geba arba netgi automatiniu skenavimu ir skaičiavimais, nustatant, kur pažeistose smegenyse yra didžiausias sudėtingumas.

Massimini aišku, kad savo dabartine forma PCI negali daug pasakyti apie sąmonės kokybę ar laipsnį – tik ar jis yra, ar ne. Ir jis mano, kad 0,31 slenkstis yra neryškios būklės klinikinis matas – nėra taip, kad esant 0,30 iš viso nieko nėra, o esant 0,32 sąmonė pasirodo visa forma. Jis sako, kad galite turėti aukštą PCI balą ir net nėra skirtumo, ar sapnuojate, ar pabudote. Akivaizdu, kad trūksta dalies paveikslėlio.

Prasilaužimas

Tačiau Angela Comanducci, klinikinė neurofiziologė, kuri per savo mokymus praėjo Massimini laboratoriją ir dabar prižiūri 13 lovų Gnocchi sparną, skirtą sąmonės sutrikimams gydyti, jau pastebėjo klinikinę PCI galią. 2020 m. birželį 21 metų moteris buvo atvežta į palatą praėjus dviem mėnesiams po sumušimo patyrusi galvos smegenų traumą. Kiekvienas klinikinis diagnostinis testas, eksperimentinis ir nustatytas, nerodė sąmonės požymių, sakė Comanducci. Situacija buvo tokia baisi, kad pacientės šeimai buvo liepta tikėtis, kad ji išliks negrįžtamos vegetacinės būklės.

Susijusi istorija

Smegenų vaizdavimas leidžia vegetatyviniam pacientui bendrauti Nauji stebinantys tyrimai greičiausiai sukels iššūkį mūsų sampratoms apie sąmonę.

Tačiau kai Comanducci ir jos darbuotojai prijungė moterį prie didelio TMS-EEG aparato, naudojamo jos PCI matuoti, juos nustebino tai, ką pamatė. Per kelias sekundes ekrane pamačiau, kad ji ten yra, sakė Comanducci. Vėliau tą dieną apskaičiuotas PCI buvo didelis – atspindintis didelio sudėtingumo EEG atsaką į TMS stimuliaciją – ir suderinamas su minimaliai sąmoninga būsena.

Per kitas savaites jie rankiniu būdu judino pacientės pirštus, rankas ir kojas, bandydami iš naujo paleisti jos smegenis taip, kaip galėtumėte užvesti seną lėktuvą sukdami jo propelerį. Jie kalbėjo su ja taip, lyg ji klausytųsi, bandydami sukelti atsaką – galbūt atodūsį arba mažiausią vertikalų jos akių judesį. Ir jie suleido vaistą, vadinamą amantadinu, tikėdamiesi pažadinti smegenų dalis, kurios, jų manymu, gali būti nepažeistos, tačiau tokios būsenos kaip apsauginis miegas.

Aš pasakiau savo reabilitacijos personalui: „Dabar jūs turite būti detektyvai“, - prisiminė Comanducci. „Ieškokite visur ir raskite ją!

Maždaug po mėnesio jie ją rado.

Milimetru pajudėjusi vienu pirštu moteris atvėrė trapų bendravimo su išoriniu pasauliu portalą. Praktikuodamasi ji išmoko pajudinti daugiau pirštų ir sukūrė sistemą, kuria galėtų atsakyti į paprastus klausimus.

Rusas Juskalianas yra laisvai samdomas rašytojas ir fotografas, kurio darbai pasirodė m Atrasti , Smithsonian , ir Niujorko laikas.