Минимально сознательное состояние: нейровизуализация и особенности активности мозга

Введение

Нарушение сознания, при котором сохраняются явные признаки осознанности.

Минимально сознательное состояние, или МКС, – это расстройство сознания, отличное от стойкого вегетативного состояния и синдрома запертого человека. В отличие от стойкого вегетативного состояния, у пациентов с МКС наблюдается частичное сохранение осознанности.

Нейроизображение

Поскольку состояние минимального сознания является относительно новым диагностическим критерием, функциональных исследований пациентов с этим состоянием проведено очень мало. Предварительные данные показали, что общий метаболизм мозга у них ниже, чем у пациентов с осознанием (20–40% от нормы), и незначительно выше, но сопоставим с таковым у пациентов в вегетативном состоянии. Активация в медиальной теменной коре и прилежащей задней поясной коре – это области мозга, которые, по-видимому, различаются у пациентов с МКС и пациентов в вегетативном состоянии. Эти области наиболее активны в периоды сознательного бодрствования и наименее активны при измененных состояниях сознания, таких как общая анестезия, пропофол, гипнотическое состояние, деменция и синдром Вернике-Корсакова. Аудиторная стимуляция вызывала более широкую активацию в первичных и префронтальных ассоциативных областях у пациентов с МКС, чем у пациентов в вегетативном состоянии. Также наблюдалась большая кортико-кортикальная функциональная связность между слуховой корой и обширной сетью височной и префронтальной коры у пациентов с МКС по сравнению с пациентами в вегетативном состоянии. Эти результаты стимулируют разработку методов лечения, основанных на нейромодуляторных и когнитивных реабилитационных терапевтических стратегиях для пациентов с МКС. [[Изображение:Neurowiki 1. GIF|thumb|Общий метаболизм мозга в различных состояниях. Некоторые области мозга, коррелирующие с субъективным опытом боли, активировались у пациентов с МКС при воздействии ноцицептивной стимуляции. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) выявила увеличение притока крови к вторичной сенсорной коре, задней теменной коре, премоторной коре и верхней височной коре. Однако пространственная протяженность активации была меньше. Некоторые области мозга демонстрировали меньшую активность, чем у здоровых пациентов при обработке ноцицептивной стимуляции. К ним относятся задняя поясная кора, медиальная префронтальная кора и затылочная кора. Хотя функциональная визуализация мозга позволяет объективно измерять изменения в функции мозга во время ноцицептивной стимуляции, роль различных областей мозга в обработке боли изучена лишь частично. Кроме того, сохраняется проблема субъективного опыта. Пациенты с МКС по определению не могут последовательно и надежно сообщать о своих ощущениях. Даже если бы они могли ответить на вопрос "Вам больно?", ответ был бы ненадежным. Для оценки целесообразности применения анальгетиков у пациентов с МКС необходимы дальнейшие клинические испытания.

Because minimally conscious state is a relatively new criterion for diagnosis, there are very few functional imaging studies of patients with this condition. Preliminary data has shown that overall cerebral metabolism is less than in those with conscious awareness (20–40% of normal) and is slightly higher but comparable to those in vegetative states. Activation in the medial parietal cortex and adjacent posterior cingulate cortex are brain regions that seem to differ between patients in MCS and those from vegetative states. These areas are most active during periods of conscious waking and are least active when in altered states of consciousness, such as general anesthesia, propofol, hypnotic state, dementia, and Wernicke–Korsakoff syndrome. Auditory stimulation induced more widespread activation in the primary and pre frontal associative areas of MCS patients than vegetative state patients. There were also more cortiocortical functional connectivity between the auditory cortex and a large network of temporal and prefrontal cortices in MCS than vegetative states. These findings encourage treatments based on neuromodulatory and cognitive revalidation therapeutic strategies for patients with MCS. [[Image:Neurowiki 1. GIF|thumb|Resting overall cerebral metabolism of various brain states. Some areas of the brain that are correlated with the subjective experience of pain were activated in MCS patients when noxious stimulation was present. Positron emission tomography (PET) scans found increased blood flow to the secondary sensory cortex, posterior parietal cortex, premotor cortex, and the superior temporal cortex. The pattern of activation, however, was with less spatial extent. Some parts of the brain were less activated than normal patients during noxious stimulus processing. These were the posterior cingulate, medial prefrontal cortex, and the occipital cortex. Even though functional brain imaging can objectively measure changes in brain function during noxious stimulation, the role of different areas of the brain in pain processing is only partially understood. Furthermore, there is still the problem of the subjective experience. MCS patients by definition cannot consistently and reliably communicate their experiences. Even if they were able to answer the question "are you in pain? ", there would not be a reliable response. Further clinical trials are needed to access the appropriateness of the use of analgesia in patients with MCS.

Оставшаяся языковая функция

Исследование с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (fMRI) показало, что пациенты в состоянии минимального сознания демонстрировали активацию слуховых сетей при прослушивании рассказов с личностно значимым содержанием, которые читались вперед знакомым голосом. Эта активация не наблюдалась при прочтении рассказов в обратном порядке. Другое исследование сравнивало пациентов в вегетативном состоянии и в состоянии минимального сознания по их способности к распознаванию языка. Было установлено, что некоторые пациенты в состоянии минимального сознания демонстрировали признаки сохранности обработки речи. Активация в ответ на предложения была более выраженной, чем в ответ на белый шум.

Медицинское определение

Минимально сознательное состояние (МКС) определяется как состояние резко измененного сознания, при котором демонстрируются минимальные, но явные поведенческие признаки самосознания или осознания окружающей среды.

Диагноз

Хотя пациенты с МКС способны демонстрировать когнитивно опосредованное поведение, оно проявляется непостоянно. Тем не менее, оно воспроизводимо или может поддерживаться достаточно долго, чтобы отличаться от рефлекторного поведения. Из-за этой непостоянства может потребоваться углубленная оценка, чтобы определить, был ли простой ответ (например, движение пальца или моргание) вызван конкретным событием окружающей среды (например, командой пошевелить пальцем или моргнуть) или был просто случайным. Giacino et al. предложили демонстрировать следующие признаки для диагностики МКС: выполнение простых команд, таких как слежение глазами за движущимися объектами или движение пальцем по просьбе; жестикуляция или вербальные ответы "да" или "нет" (независимо от точности); понятная вербализация; целенаправленное поведение, обусловленное адекватными стимулами окружающей среды и не являющееся рефлекторным. Примеры целенаправленного поведения включают: адекватную улыбку или плач в ответ на эмоциональное, но не на нейтральное содержание или стимулы; вокализации или жесты, возникающие в прямой реакции на лингвистическое содержание вопросов; попытки достать предметы, демонстрирующие четкую связь между их расположением и направлением движения; прикосновение к предметам или удержание их в руках с учетом их размера и формы; слежение глазами за движущимися объектами или устойчивая фиксация взгляда в ответ на движущиеся или привлекающие внимание стимулы. В одном случае стимуляция таламуса с помощью глубокой стимуляции мозга (DBS) привела к некоторым улучшениям в поведении. Пациент, 38-летний мужчина, находился в состоянии минимального сознания после тяжелой черепно-мозговой травмы. Он не реагировал на последовательные команды и не мог общаться, оставаясь невербальным более двух лет в условиях стационарной реабилитации. МРТ с функциональной визуализацией (fMRI) показала сохранность крупномасштабной билатеральной сети мозгового языка, что указывает на возможность дальнейшего восстановления. Позитронно-эмиссионная томография (PET) показала значительное снижение общего метаболизма мозга. Пациенту были имплантированы электроды DBS билатерально в центральный таламус. В частности, электроды DBS были нацелены на передние внутриламинарные ядра таламуса и прилегающие параламинарные области ядер таламической ассоциации. Оба электрода были расположены в центральном латеральном ядре, параламинарных областях срединного спинного ядра и задней медиальной части комплекса центрально-медиального/парафасикулярного ядра. Это обеспечило максимальное покрытие таламических ядер. Стимуляция DBS проводилась с использованием различных паттернов стимуляции для выявления оптимальных поведенческих реакций. Примерно через 140 дней после начала стимуляции появились качественные изменения в поведении: увеличились периоды открытых глаз и реакция на команды, а также повысились баллы по шкале восстановления комы JFK (CRS). Также наблюдалось функциональное использование предметов и понятная вербализация. Наблюдаемые улучшения в уровне возбуждения, двигательном контроле и последовательности поведения могли быть результатом прямой активации фронтальной коры и базальных ганглиев, иннервируемых нейронами ядер таламической ассоциации. Эти нейроны служат ключевым коммуникационным реле и формируют путь между системами возбуждения ствола мозга и областями лобной доли. Этот путь имеет решающее значение для многих исполнительных функций, таких как рабочая память, регуляция усилий, избирательное внимание и концентрация. В другом случае, у 50-летней женщины с симптомами, соответствующими МКС, применение золпидема, седативного гипнотического препарата, значительно улучшило ее состояние. Без лечения пациентка проявляла признаки мутизма, атетоидные движения конечностей и полную зависимость в повседневном уходе. Через 45 минут после введения 5–10 мг золпидема атетоидные движения прекратились, пациентка восстановила способность говорить и самостоятельно питаться. Эффект длился 3–4 часа, после чего состояние вернулось к прежнему. Эффект повторялся ежедневно. ПЭТ-сканирование показало, что после введения золпидема значительно увеличился кровоток в областях мозга, прилегающих к поврежденным тканям или удаленных от них. В данном случае это были односторонние полушария мозга и мозжечок. Считается, что эти области были подавлены местом повреждения посредством ГАМК-ергического механизма, и это подавление было модифицировано золпидемом, который является агонистом ГАМК. Тот факт, что золпидем, седативный препарат, вызывающий сон у здоровых людей, вызывает возбуждение у пациента с МКС, является парадоксальным. Механизмы этого эффекта до конца не ясны. Недавние данные свидетельствуют о том, что транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS), метод, который подает небольшой электрический ток в мозг с помощью неинвазивных электродов, может улучшить клиническое состояние пациентов с МКС. В одном исследовании с участием 10 пациентов с расстройствами сознания (7 в VS, 3 в МКС) tDCS применялась в течение 20 минут ежедневно в течение 10 дней, что привело к клиническому улучшению у всех 3 пациентов с МКС, но не у пациентов с VS. Эти результаты сохранялись в течение 12 месяцев наблюдения. Двое из пациентов с МКС, перенесших повреждение мозга менее чем за 12 месяцев до начала лечения, восстановили сознание в последующие месяцы. Один из этих пациентов получил второй курс лечения tDCS через 4 месяца после первоначального лечения и показал дальнейшее восстановление, выйдя в сознание, без изменений клинического статуса между двумя курсами лечения.

Although MCS patients are able to demonstrate cognitively mediated behaviors, they occur inconsistently. They are, however, reproducible or can be sustained long enough to be differentiated from reflexive behavior. Because of this inconsistency, extended assessment may be required to determine if a simple response (e. g. a finger movement or a blink) occurred because of a specific environmental event (e. g. a command to move the finger or to blink) or was merely a coincidental behavior. Giacino et al. have suggested demonstration of the following behaviors in order to make the diagnosis of MCS. Following simple commands such as following movements with their eyes or moving a finger when asked. Gestural or verbal yes/no responses (regardless of accuracy). Intelligible verbalization. Purposeful behavior such as those that are contingent due to appropriate environmental stimuli and are not reflexive. Some examples of purposeful behavior include:
appropriate smiling or crying in response to the linguistic or visual content of emotional but not to neutral topics or stimuli. vocalizations or gestures that occur in direct response to the linguistic content of questions. reaching for objects that demonstrates a clear relationship between object location and direction of reach. touching or holding objects in a manner that accommodates the size and shape of the object. pursuit eye movement or sustained fixation that occurs in direct response to moving or salient stimuli. In one case study, stimulation of thalamus using deep brain stimulation (DBS) led to some behavioral improvements. The patient was a 38 year old male who had remained in minimally conscious state following a severe traumatic brain injury. He had been unresponsive to consistent command following or communication ability and had remained non verbal over two years in inpatient rehabilitation. fMRI scans showed preservation of a large scale, bi hemispheric cerebral language network, which indicates that possibility for further recovery may exist. Positron emission tomography showed that the patient's global cerebral metabolism levels were markedly reduced. He had DBS electrodes implanted bilaterally within his central thalamus. More specifically, the DBS electrodes targeted the anterior intralaminar nuclei of thalamus and adjacent paralaminar regions of thalamic association nuclei. Both electrodes were positioned within the central lateral nucleus, the paralaminar regions of the median dorsalis, and the posterior medial aspect of the centromedian/parafasicularis nucleus complex. This allowed maximum coverage of the thalamic bodies. A DBS stimulation was conducted such that the patient was exposed to various patterns of stimulation to help identify optimal behavioral responses. Approximately 140 days after the stimulation began, qualitative changes in behavior emerged. There were longer periods of eye opening and increased responses to command stimuli as well as higher scores on the JFK coma recovery scale (CRS). Functional object use and intelligible verbalization was also observed. The observed improvements in arousal level, motor control, and consistency of behavior could be a result of direct activation of frontal cortical and basal ganglia systems that were innervated by neurons within the thalamic association nuclei. These neurons act as a key communication relay and form a pathway between the brainstem arousal systems and frontal lobe regions. This pathway is crucial for many executive functions such as working memory, effort regulation, selective attention, and focus. In another case study of a 50 year old woman who had symptoms consistent with MCS, administration of zolpidem, a sedative hypnotic drug improved the patient's condition significantly. Without treatment, the patient showed signs of mutism, athetoid movements of the extremities, and complete dependence for all personal care. Forty five minutes after 5 to 10 mg of zolpidem was administered, the patient ceased the athetoid movements, regained speaking ability, and was able to self feed. The effect lasted 3–4 hours from which she returned to the former state. The effects were repeated on a daily basis. PET scans showed that after zolpidem was administered, there was a marked increase in blood flow to areas of the brain adjacent to or distant from damaged tissues. In this case, these areas were the ipsilateral cerebral hemispheres and the cerebellum. These areas are thought to have been inhibited by the site of injury through a GABA mediated mechanism and the inhibition was modified by zolpidem which is a GABA agonist. The fact that zolpidem is a sedative drug that induces sleep in normal people but causes arousal in a MCS patient is paradoxical. The mechanisms to why this effect occurs is not entirely clear. There is recent evidence that transcranial direct current stimulation (tDCS), a technique that supplies a small electric current in the brain with non invasive electrodes, may improve the clinical state of patients with MCS. In one study with 10 patients with disorders of consciousness (7 in VS, 3 in MCS), tDCS was applied for 20 minutes every day for 10 days, and showed clinical improvement in all 3 patients who were in MCS, but not in those with VS. These results remained at 12 month follow up. Two of the patients in MCS that had their brain insult less than 12 months recovered consciousness in the following months. One of these patients received a second round of tDCS treatment 4 months after his initial treatment, and showed further recovery and emerged into consciousness, with no change of clinical status between the two treatments.

Прогноз

Одной из определяющих характеристик минимально сознательного состояния является более выраженное и непрерывное улучшение состояния и значительно более благоприятные исходы после травмы по сравнению с вегетативным состоянием. В одном исследовании приняли участие 100 пациентов с тяжелыми повреждениями мозга. В начале исследования все пациенты не могли последовательно выполнять команды или надежно общаться. Диагноз – минимально сознательное состояние (МКС) или вегетативное состояние – ставился на основании результатов шкалы восстановления комы JFK и диагностических критериев МКС, рекомендованных рабочей группой Аспенского консенсуса. Обе группы пациентов были дополнительно разделены на тех, кто получил травматическое повреждение мозга, и тех, кто получил нетравматическое повреждение мозга (аноксия, опухоль, гидроцефалия, инфекция). Пациенты оценивались несколько раз в течение 12 месяцев после травмы с использованием шкалы оценки инвалидности (DRS), значения которой варьировались от 30 (смерть) до 0 (отсутствие инвалидности). Результаты показали, что показатели DRS в подгруппах МКС продемонстрировали наибольшее улучшение и предсказали наиболее благоприятные исходы через 12 месяцев после травмы. Среди пациентов с диагнозом МКС показатели DRS были значительно ниже у пациентов с нетравматическими повреждениями мозга по сравнению с пациентами в вегетативном состоянии с травматическими повреждениями мозга. Показатели DRS также были значительно ниже в группе нетравматических повреждений мозга по сравнению с группой травматических повреждений мозга. Попарные сравнения показали, что показатели DRS были значительно выше у пациентов с нетравматическими повреждениями мозга, чем у пациентов с травматическими повреждениями мозга. Для пациентов в вегетативном состоянии не было выявлено значимых различий между пациентами с нетравматическими и травматическими повреждениями мозга. Из 100 исследованных пациентов 3 полностью выздоровели (получили показатель DRS 0). У этих 3 пациентов был диагностирован МКС и они перенесли травматические повреждения мозга.

Этические вопросы

Одной из главных этических проблем, связанных с пациентами с тяжелыми повреждениями мозга, является их неспособность к общению. По определению, пациенты, находящиеся в бессознательном состоянии или в состоянии минимального сознания, не могут дать информированное согласие, необходимое для участия в клинических исследованиях. Как правило, письменное одобрение получают от членов семьи или законных представителей. Невозможность получения информированного согласия часто приводит к отказу в финансировании исследований, одобрении этическим комитетом или публикации результатов. Это подвергает пациентов в подобных состояниях риску лишения терапии, которая может спасти им жизнь. С одной стороны, некоторые утверждают, что рассмотрение возможности вмешательства в отношении определенных пациентов может подорвать моральное право на смерть. С другой стороны, существует опасение, что люди могут приравнивать состояние пациентов с минимальным уровнем сознания к состоянию пациентов в постоянном вегетативном состоянии, тем самым обесценивая их жизнь.

Регулирование терапевтического нигилизма

В настоящее время неприятие риска доминирует в этической сфере, когда исследования затрагивают людей с ослабленными способностями к принятию решений. Опасения по поводу чрезмерного увлечения терапевтическими экспериментами привели к искаженному восприятию, при котором потенциальные выгоды недооцениваются, а риски – преувеличиваются. Поэтому важно осознавать это искажение, чтобы найти правильный баланс между защитой уязвимых групп населения, не способных дать осознанное согласие, и проведением потенциально эффективных клинических испытаний.

Примечательные примеры

Джеки Уилсон (9 июня 1934 года – 21 января 1984 года), американский певец в жанрах соул и рок-н-ролл, впал в кому после обрушения на сцене, вскоре пришел в сознание, но затем быстро регрессировал в состояние минимального сознания до конца своей жизни. Ян Гжебский (1942–2008), польский железнодорожник, который впал в состояние минимального сознания в 1988 году и пробудился четыре года спустя, но полностью восстановился лишь к 2007 году. Чи Ченг (1970–2013), американский музыкант, наиболее известный как оригинальный басист группы Deftones, который в 2008 году попал в серьезную автомобильную аварию, оставившую его в состоянии минимального сознания до конца жизни. Терри Уоллис (1964–2022). Этот американец находился в коме почти год после дорожно-транспортного происшествия с грузовиком, а затем в состоянии минимального сознания на протяжении 19 лет. Мартин Писториус (род. 1975), южноафриканец, который из-за неизвестной болезни провел три года в вегетативном состоянии, четыре года в состоянии минимального сознания и пять лет мог двигать только глазами (синдром запертого человека). В 1999 году он полностью пробудился и с тех пор восстановился настолько, что смог стать веб-дизайнером, разработчиком и писателем. В 2011 году он написал книгу под названием «Призрак», в которой описал свои долгие годы, проведенные в коме.