《Frontiers in Neurology》：Brain cortex activity of patients with disorders of consciousness under familiar and unfamiliar voice of subject's own name: an fNIRS-based study
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摘要
背景：尽管听觉感觉刺激已广泛应用于意识障碍（DOC）临床作业治疗实践，但其具体实施方案存在显著异质性。然而，既往研究均未专门聚焦于熟悉语音本人姓名（FV SON）呼叫与不熟悉语音本人姓名（UFV SON）呼叫的差异。功能性近红外光谱（fNIRS）在DO
摘要
背景：尽管听觉感觉刺激已广泛应用于意识障碍（DOC）临床作业治疗实践，但其具体实施方案存在显著异质性。然而，既往研究均未专门聚焦于熟悉语音本人姓名（FV SON）呼叫与不熟悉语音本人姓名（UFV SON）呼叫的差异。功能性近红外光谱（fNIRS）在DOC临床评估中显示出巨大潜力，兼具高便携性与相对较高的空间分辨率。
目的：本研究采用fNIRS探讨DOC患者在FV SON和UFV SON听觉感觉刺激下所诱发的实时皮层激活，旨在为临床作业治疗和疗效评估提供有意义的指导。
方法：本研究共纳入64例DOC参与者。采用fNIRS检测受试者在FV SON和UFV SON条件下的血氧信号。对组内差异以及fNIRS指标与昏迷恢复量表修订版（CRS-R）评分之间的关系进行统计分析。
结果：DOC参与者在UFV SON刺激下左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC-L）表现为去激活。然而，与静息状态（RS）相比，DOC参与者在FV SON刺激下DLPFC-L未表现出去激活。与UFV SON刺激相比，DOC参与者在FV SON刺激下DLPFC-L的峰值更高。然而，与FV SON刺激相比，DOC参与者在UFV SON刺激下左侧颞叶皮层（TC-L）的峰值更高。与UFV SON刺激相比，DOC参与者在FV SON刺激下左侧前运动皮层与辅助运动皮层（PreM & SMC-L）的初始斜率更高。在FV SON刺激下，DLPFC-L和TC-L的峰值与CRS-R视觉功能分量表（VFS）评分呈正相关。在UFV SON刺激下，TC-L的峰值与CRS-R总分、CRS-R VFS评分及CRS-R觉醒分量表（AS）评分呈正相关；左侧初级运动皮层（PMC-L）的峰值与CRS-R总分、CRS-R听觉功能分量表（AFC）评分及CRS-R VFS评分呈正相关；左侧Broca区（Broca-L）的峰值与CRS-R总分、CRS-R VFS评分及CRS-R AS评分呈正相关。在UFV SON刺激下，DLPFC-L的初始斜率与CRS-R AFC评分呈正相关。
结论：总之，DOC患者在熟悉与不熟悉本人姓名呼叫刺激下表现出不同的皮层激活模式。本研究有助于指导DOC的听觉刺激策略或个体化康复。这些结论仍需在未来更大样本、多中心研究、多模态神经影像学研究以及干预性研究中进一步验证。[ChiCTR2300074202]
本文发表于《Frontiers in Neurology》，围绕意识障碍（disorders of consciousness, DOC）患者对不同熟悉度的本人姓名（subject's own name, SON）听觉刺激所产生的皮层反应展开。DOC包括昏迷、植物状态/无反应觉醒综合征（VS/UWS）和微意识状态（MCS），其核心病理基础是调控觉醒与觉知的神经网络发生结构性或功能性损害。临床康复中，听觉感觉刺激因实施简便、无需患者主动配合、适用于多类DOC患者而被广泛采用，且传统观点认为适度调控的感觉输入可能促进皮层活动与功能恢复。然而，现有听觉刺激方案高度异质，包括家属呼唤姓名、护士呼唤姓名、自然环境声、偏好音乐及回忆性故事等，关于疗效的证据并不一致。尤其重要的是，既往研究尚未系统比较“熟悉语音本人姓名呼叫”与“不熟悉语音本人姓名呼叫”对DOC患者大脑激活模式的差异，因此刺激熟悉度对残存意识网络的影响机制仍不清楚。基于此，研究人员采用功能性近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）对DOC患者在两类SON刺激下的实时皮层血氧动力学变化进行测量，旨在为临床作业治疗中的听觉刺激选择、疗效评估以及意识状态分层提供客观依据。
在技术方法上，研究自中国康复研究中心重症康复科与神经外科连续招募DOC患者，完成5次昏迷恢复量表修订版（Coma Recovery Scale-Revised, CRS-R）评定后纳入分析。fNIRS检测采用89通道床旁采集系统，基于10–20系统覆盖左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC-L）、额极区（FPA-L）、额眼区（FEF-L）、颞叶皮层（TC-L）、前运动/辅助运动皮层（PreM & SMC-L）、初级运动皮层（PMC-L）、Broca区（Broca-L）及躯体感觉皮层（SSC-L）等感兴趣区。实验采用区块设计，FV SON与UFV SON随机呈现；数据经运动伪迹校正、带通滤波、趋势去除、改良Beer–Lambert定律换算得到氧合血红蛋白变化值，并提取β值、峰值与初始斜率等指标；进一步以相关分析考察上述指标与CRS-R总分及分量表评分的关系。
研究共招募64例DOC参与者，4例失访，15例因双侧皮层病变被排除，最终45例进入统计分析。基线资料显示，样本以MCS患者为主，同时包含昏迷与VS/UWS患者，提示研究对象覆盖不同意识水平的DOC谱系。研究的主要结论是：DOC患者对熟悉与不熟悉本人姓名刺激呈现可区分的皮层激活模式，提示声音熟悉度可影响意识相关神经网络的动员方式。
3.1 Participants
研究首先报告了受试者构成与纳入流程。通过连续招募并结合严格的纳排标准、重复CRS-R评定及fNIRS质量控制，研究建立了一个用于比较不同SON刺激效应的DOC样本。最终纳入的45例患者为后续皮层反应分析提供了基础。
3.2 ROI activation
在感兴趣区激活分析中，研究人员比较了静息状态（RS）与听觉刺激状态（AS）的β值差异。结果显示，在UFV SON刺激下，DOC患者左侧背外侧前额叶皮层（DLPFC-L）相较静息状态出现去激活；而在FV SON刺激下，DLPFC-L未出现去激活现象。其余脑区，包括FPA-L、FEF-L、TC-L、PreM & SMC-L、PMC-L、Broca-L和SSC-L，在两类刺激条件下与静息状态相比均未见显著激活或去激活。该结果说明，不熟悉语音本人姓名更易诱发DLPFC-L的抑制性血流动力学反应，而熟悉语音刺激则可维持该区域活动不下降。
3.3 Peak values of the ROIs
在峰值分析中，研究人员直接比较FV SON与UFV SON条件下各感兴趣区最大氧合血红蛋白反应。结果表明，FV SON刺激下DLPFC-L峰值高于UFV SON；相反，UFV SON刺激下TC-L峰值高于FV SON。其他脑区峰值差异均未达到统计学显著性。该发现提示，熟悉语音更能增强前额叶执行控制相关区域的最大反应，而不熟悉语音则更易增强颞叶听觉加工相关区域的峰值反应。
3.4 Initial slope of the ROIs
在初始斜率分析中，研究人员关注刺激开始后0–6 s内氧合血红蛋白变化速度。结果显示，FV SON刺激下PreM & SMC-L的初始斜率高于UFV SON，提示熟悉语音在刺激早期更容易引发前运动和辅助运动系统的快速反应。DLPFC-L、FPA-L、FEF-L、TC-L、PMC-L、Broca-L和SSC-L在两类刺激间的初始斜率差异均不显著。该结果说明，熟悉度不仅影响反应强度，也影响运动准备相关皮层的反应起始速度。
3.5 Correlations between peak values of the ROIs and CRS-R scores
研究进一步分析了峰值与CRS-R评分的关系。在FV SON刺激下，DLPFC-L与TC-L的峰值均与CRS-R视觉功能分量表（VFS）评分呈正相关，说明视觉功能较好的患者在熟悉语音条件下更易表现出前额叶和颞叶增强反应；同时，PMC-L峰值与口面运动功能分量表（OFS）及交流分量表（CS）呈负相关。在UFV SON刺激下，TC-L峰值与CRS-R总分、VFS和觉醒分量表（AS）呈正相关；PMC-L峰值与CRS-R总分、听觉功能分量表（AFC）和VFS呈正相关；Broca-L峰值与CRS-R总分、VFS和AS呈正相关。该部分结果表明，不熟悉语音刺激下，多脑区峰值指标与意识水平及感觉/觉醒维度存在更广泛相关性。
3.6 Correlations between the initial slope of the ROIs and CRS-R scores
在初始斜率与CRS-R关系分析中，FV SON刺激下，TC-L初始斜率与CRS-R总分呈负相关，PMC-L相关指标与OFS存在负相关；UFV SON刺激下，DLPFC-L初始斜率与AFC评分呈正相关。其余指标未见显著相关。该结果提示，皮层反应速度不仅反映刺激加工过程，也在一定程度上对应患者的行为学意识水平和特定功能维度。
讨论部分围绕三类关键脑区展开总结。首先，DLPFC作为执行控制网络（executive-control network, ECN）的核心节点，参与工作记忆、决策及注意调控。本研究发现UFV SON可引起DLPFC-L去激活，而FV SON可维持其活动水平，同时FV SON下DLPFC-L峰值更高。这说明熟悉语音更可能保留或募集前额叶资源，而不熟悉语音则与资源保守性反应相关。其次，TC作为听觉加工与显著性相关节点，在UFV SON下峰值更高，提示不熟悉语音更容易触发新异性监测和显著性探测。再次，PreM & SMC-L在FV SON下初始斜率更陡，说明熟悉语音更有利于诱发与行为准备相关的早期皮层反应。整体上，这些结果呈现出一种互补模式：熟悉语音更多维持前额叶和运动准备网络，不熟悉语音更多增强颞叶对新异听觉输入的加工。
从临床意义看，该研究表明，DOC患者并非对所有听觉输入反应一致，声音熟悉度能够影响皮层激活分布与时程特征。FV SON条件下DLPFC-L维持激活、PreM & SMC-L起始反应更快，提示熟悉语音可能更适合作为康复中优先使用的听觉刺激形式；UFV SON下TC-L、Broca-L及PMC-L与CRS-R多维评分呈正相关，则提示不熟悉语音范式在评估新异刺激加工、觉醒维持及残存语言网络方面具有补充价值。研究还指出，这些神经影像指标有望弥补单纯行为评估易受主观因素影响的不足，为识别残存认知加工能力乃至认知-运动分离（cognitive motor dissociation, CMD）提供客观线索。
研究也明确了局限性：样本来自单中心，样本量有限，且未按不同DOC亚型进行深入分层；本研究为描述性研究，不能推断长期干预效果；同时未评估全脑有效连接与全局信息广播能力。作者因此提出，未来应开展更大样本、多中心、结合多模态神经影像与干预设计的研究，以进一步验证不同熟悉度听觉刺激在DOC评估和个体化康复中的价值。
结论部分可译为：总之，DOC患者在熟悉与不熟悉本人姓名呼叫刺激下表现出不同的皮层激活模式。本研究有助于指导DOC的听觉刺激策略或个体化康复。这些结论仍需在未来更大样本、多中心研究、多模态神经影像学研究以及干预性研究中进一步验证。
