科学家利用脑部扫描与植物人对话(人为什么会出现幻觉)

科学家利用脑部扫描与植物人对话

谈到23号患者的时候，阿德里安？欧文依然很兴奋。该患者在24岁时，一场车祸摧毁了他的生活。他虽然幸存了下来，但反应迟钝，五年来一直处于神经学家所说的植物人状态。那时欧文还是英国剑桥大学的神经学家，他和来自比利时列日大学的同事一起将这名患者放置进一个功能性磁共振成像（fmri）机器，并开始向患者提问。

令人难以置信的是，患者回答了问题。他损伤的大脑里的某一特定部分发生了血流变化，这让欧文相信患者还是有意识的，并且能够沟通。这是首次有人能够和植物人交换信息。

这种状态的患者，其实已经从昏迷中苏醒过来了。他们大脑的一些功能已经恢复，他们也许能够磨牙、做鬼脸或随机地进行眼球运动。他们也有睡眠觉醒周期，但他们没能对周遭的环境进行反应，这使得医生们认定，患者大脑中关于认知、知觉、记忆和意愿方面的功能区域已经从根本上受损了，也就是说，这些功能区域报废了。

欧文在2010年发表的研究引起了媒体的轰动。就职于纽约威尔康奈尔医学院的医学伦理学家约瑟夫？费斯（joseph fins）和神经学家尼古拉斯？希夫（nicholas schiff），都声称这一发现“改变了临床实践的潜在规则”。伦敦西安大略大学很快就开出2000万加元（即1950万美元）的资金条件吸引欧文离开剑桥。这笔研究资金能使技术更可靠、更便宜、更准确、更便携――所有这些在欧文看来是必要的，因为他想帮助全世界范围内成千上万的植物人。“为病人开启一条沟通渠道，但却不能随即提供一套工具让病人及其家属进行日常交流，这样做是不够的。”欧文如是说。

许多研究人员不同意欧文提出的“植物人患者是有意识的”这个观点。但欧文在不断实践，希望这种技术能够找出那些有望康复的病人，指导止痛药的剂量，甚至是深入了解病人的感觉和愿望。“最终，我们要提供那些有利于患者及其亲人的东西。”他说。

不过，他拒绝询问病人那个最棘手的问题――他们是否希望结束生命支持――他认为现在去想这些还言之过早。“后果非常复杂，我们需要百分百知道该如何回应后才会这么做。”他提醒道。

魔法简单地说，留着红色头发和胡子的欧文是个鲜明的演讲者，他不惧怕公开宣传。他的主页可以连接到他的电视和电台通告。他传授科学，带给人信心和心理防线。

欧文的研究可以追溯到1990年代末，当时他在写一个关于功能磁共振成像的临床技术应用的评论。他说自己感受到一种“奇怪的信任危机”。神经成像已经证实了许多从大脑图谱研究中得到的东西，没有任何创新之处。“我们仅仅调整了一个用于精神分析治疗的测试，来看发生什么。”欧文说。至于真正的临床应用，“我意识到不会有任何发现，这点大家都心知肚明。”

欧文想发现一些不寻常的东西。他和同事在1997年得到了这样的机会，凯特？班布里奇（kate bainbridge），一个26岁的病人因为病毒感染陷入昏迷状态――这种情况一般持续2至4周，此后患者要么死亡，要么完全恢复，或在极少数的情况下，会变成植物人或者是进入一种几近无意识的状态――这在最近被定义为一种间歇性意识活动的暗示。

几个月后，班布里奇的感染消除了，她被诊断为植物人。欧文曾对正常人用过正电子发射断层扫描（pet），并发现：当人们看到了一张熟悉的面孔时，大脑中的梭状回面孔区（ffa）会被激活。当研究小组向班布里奇展示那些她熟悉的面孔，并扫描她的大脑，“它亮得像一棵圣诞树，尤其是ffa。”欧文说，“这是一切的开始。”班布里奇被证实有明显的大脑运转功能且复原反应良好。2010年，班布里奇虽然还坐在轮椅上，但其他功能活跃，她写信感谢欧文对其大脑的扫描。“如果没有这次大脑扫描，我不敢去想会发生什么样的事情，”她写道，“这一切就像魔法，发生在我身上了。”

欧文从视觉转向听觉继续研究――“按照认知梯度，从基本的声音感受、言语感知到言语理解”。例如，他向植物人展示的短语里面，包含着发音相同但含义不同的单词，如“在碗里的枣和梨”。这种模棱两可迫使大脑更用力地运转。在正常人的实验中会出现fmri模式――这表明他们在理解单词。而一个因为中风而失去意识的30岁患者，在实验中显示出相同的模式。值得注意的是，不是每个人都相信这种迹象代表理解。“每次我跟一个神经科或麻醉师说，‘他能感知语言’，他们会问，‘但是他有意识吗？’”欧文意识到，他需要一个不同的实验来说服那些持怀疑态度的人。

网球2006年六月，温布尔顿网球公开赛正在进行。在一项研究中，欧文让一个植物人状态的23岁女子想象着自己正在打网球和正在穿过自己的房间，并对她进行了fmri扫描。一般对于身体状况正常、有意识的成年人来说，在想象打网球时，脑中辅助运动区的运动皮层都处于持续活跃状态；而当他们想象穿越房间时，海马旁回显示活跃。在交通事故发生后的5个月里，这个女患者是没有反应的，然而在这之后却发现她和身体健康的志愿者在想象这些活动时的大脑活动模式有着惊人相似。欧文认为，这证明她是有意识的。这一发现经欧文提炼成一页纸的文章，发表在《科学》杂志上，引来了许多好奇和怀疑。“我常收到两种类型的电子邮件。人们要么说‘这太伟大了’，要么说‘你怎么确定这个女人是有意识的呢’。”欧文如是说。

其他的研究人员争辩道，这个患者的回应并非意识清醒的信号，而是像膝跳反射那样的一种下意识的反应。丹尼尔？格林伯格（daniel greenberg），加州大学洛杉矶分校的一位心理学家，给《科学》写信暗示：“大脑活动会被指令的最后一个词下意识地触发，这个词通常都是指向被想象的物品。”

但是欧文继续埋头寻求支持他研究的案例。在和列日大学神经病学和神经学家史蒂文？洛雷（steven laureys）的合作研究结果表明， 54位植物人或几近无意识的患者中，有5位和前面提到的女患者一样做出回应，4位仍然处于无意识状态。在调整方法后，研究人员让23号患者使用是非判断能力来回答问题：想象打网球的时候回答“是的”，穿过房间的时候回答“没有”。然后他们进一步问一些脑部扫描技术人员不可能知道的事情。

“你父亲叫托马斯吗？”“不是。”“你父亲的名字是亚历山大吗？”“是的。”“你有兄弟吗？”“是的。”“你有姐妹吗？”“没有。”这个实验对患者来说并非易事，患者必须集中精力30秒，然后休息30秒，并不断重复这个过程。

在计算机屏幕显示的fmri数据面前，欧文跟踪了表示活动在辅助运动区的蓝线――回答“是的”――因为它在回答阶段上升，在休息时间下降。而表明在海马旁回区域活动的红色线――代表“不是”，这条线轮廓分明。欧文将这个结果称作“显而易见的含意”。“你不需要成为一个脑功能成像专家，就可以判断这个人所想要告诉你的。”欧文说。患者在六个问题里答对了五个。

德克萨斯大学奥斯汀分校的神经成像专家，拉塞尔？波特拉克（russell poldrack）称欧文的方法十分巧妙，“以前我真不知道怎么和人解释，现在当我想给别人解释磁共振的时候，我会使用这些例子。”

但伦敦帝国学院的临床神经科学家，纳契夫（parashkev nachev）则对该研究提出了质疑，认为它是基于“假设意识是一个二进制现象”这个前提之上的。但对于比如许多患有某些类型的癫痫发作的人来说，也会在没有意识的情况下表现出有限的反应。纳契夫认为需要更多的数据才能明确植物人是在认知能力的哪个阶段出了问题。

欧文承认意识并非一件“非有即无的事”。他认为这是大脑中各个“模块”一起运转时的一个“突现的产物”。欧文说，这些有反应的患者的大脑中有足够的模块在运转才可以看作是清醒的。一个人需要长期记忆知道网球究竟是什么，同时需要短期记忆去记住问题、命令和回答的意图。欧文最终关心的并不是精确定位一个是否有意识的门槛，或者给它提供一个全面的定义。他运用“眼见方知”的方法。在他看来，能够回应命令和问题――进行沟通――就是一个不可否认的有意识的活动。“如果最后他们说没有理由去相信病人是有意识的，那我只能说‘那好，我也没有理由相信你是有意识的。’”欧文如是说。

人为什么会出现幻觉

专家揭密幻觉产生原因 称人的意识和大脑无关

通过耳朵、眼睛、鼻子、舌头和触觉，大脑可接受大约1亿条信息，每天大约耗费10瓦能量。大脑重1.5公斤。如果将大脑中所有的神经结点打开，可能长达320万千米。

而这只是我们所了解的大脑的一小部分。其实，大脑的复杂性远远超出人们的想象。

意识是否和大脑无关

英国伦敦大学学院的神经心理学家查尔斯??弗瑞斯总结了大脑和思维的关系，他说：“大脑做的很多工作都是无意识的。实际上，人的整个世界：意识、本体，是大脑创造的幻觉，不同的大脑构建的世界各不相同。”

在9月中旬举行的英国科学促进协会年会上，弗瑞斯教授同其他著名脑科学专家陈述了人类意识和精神世界的关系。他们认为，人类大脑一直在从周围的世界吸收信息，并处理、跟踪、监察、评价这些信息。但人类100万亿个大脑细胞所产生的大多数信息从未被人类接收。相反，大脑获得少量粗糙信息创造了人类赖以为生的精神世界的模型。

科学家使用非侵害性的脑扫描设备清晰地观测到哪个大脑区域正在被使用。他们试图探究大脑中哪个部分产生自我意识？当人们失去意识时，例如处于昏迷状态，或被麻醉会发生什么事情？研究人员试图获得答案以帮助精神紊乱、意识错乱的人，例如精神分裂症患者。

弗瑞斯教授说，人们只需要少量的大脑活动来塑造自我个性以及对世界的认知。如果使用所有的大脑活动，人类的意识很容易混乱纠结，从而产生无法应付的情况。

为了说明这一点，弗瑞斯教授写了一本书：《制造意识：大脑怎么样创造我们的精神世界》。他说，有些活动完全是大脑的无意识活动，如果我们开始思考我们怎样做事情，比如，开始思考怎样移动四肢，或怎样理解报纸上文字的确切含义，人就会变得有点思维混乱，且大脑不一定好使。

弗瑞斯说，大脑能自得其乐而不被意识干扰。人们可以“一心多用”，比如，一边开车，一边思考其他事情，如在哪儿买午餐等，这表明在人类大脑中有许多意识层次。最近使用的功能性磁共振成像的大脑扫描技术也证实了这一点。

弗瑞斯他们做了一个实验，当扫描一群人的大脑时，在他们面前闪过一张仅在屏幕上逗留10毫秒，受到惊吓的脸孔图像，当问及受试者是否看到这张脸时，他们都说没有。然而测试结果显示，他们的大脑其实已经看到了这张脸，因为其大脑内同恐惧相连的区域突然变得活跃起来。

大脑活动分为前部和后部

该试验证实，大脑吸收到的信息超出人们的想象，我们只看见了其中非常小的一部分。那么，人的大脑包含意识部分和无意识部分吗？严格来讲，是的。弗瑞斯教授说：“我们大脑的后部处理感觉（有意识），大脑的前部处理活动（无意识）。”

通过脑部扫描试验，科学家相信，意识由大脑前部和后部的相互影响产生。前部存储记忆，看起来这个区域负责塑造我们的个性。大脑的后部负责协调环境，它持续地吸取有关周围环境的信息。然而，因为它吸收了大量信息后告诉大脑的前部，意识部分很麻烦，我们只能记住一些特殊的事情。

英国开放大学的博士皮特??纳什正在研究当意识紊乱时大脑如何活动。他扫描了催眠状态下人的大脑，并且同一些患精神分裂症而产生幻觉的病人的大脑相比较，他认为，大脑前部和后部不完美的连接产生了幻觉。他说：“精神分裂症患者的这两个区域失去了平衡，于是，大脑中无意识的部分提供信息给意识部分，并使意识部分相信，而实际上，这些都是假信息，因此才会出现幻觉。”

植物人和麻醉病人可能无意识

安德鲁安??欧文博士是英国哥伦比亚大学的神经科学家，他扫描了持续植物生存状态患者的大脑，这些人的大脑都遭受过严重创伤，尽管他们双眼睁开，面带微笑，但他们不能与人交流，并且直到欧文博士的工作开始之前，人们还不知道他们是否有意识。欧文通过脑部扫描，试图找到某种方法来了解这些患者是否还有意识。去年，他要求一个植物生存状态患者想象打羽毛球，他发现患者的大脑的意识区域变得很活跃，于是，他证实这类患者确实有意识。

欧文博士说，在给麻醉状态下的健康人做实验时发现，尽管他们的脑部活动异常活跃，但仅仅在非意识区域。他说：“当我们对麻醉状态下的人说话时，大脑中能识别语音的无意识部分变得活跃，而在意识部分，理解和处理区域保持静止。因此，大脑听到了我们所说的话但并不处理它。”

欧文说：“20年前，我们不知道无意识发生的大脑活动的数量，而现在意识大脑的活动仍有很多不为人知，有待我们进一步探索。”

植物人是怎么形成的？

什么是植物人？植物人在国际医学界又被定义为“持续性植物状态”。处于这种状态的病人大都是因颅脑外伤或其他原因，如溺水、中风、窒息等大脑缺血缺氧、神经元退行性改变等导致长期意识障碍，他们有自主的呼吸和心跳，但对自身和周围环境已没有认知能力。

植物人是不是就是脑死亡？这是两个完全不同的概念。脑死亡病人最主要的特征就是自主呼吸停止、脑干反射消失，他们是永远不可能再存活的；而植物人有呼吸、脉搏、血压，体温也可以正常，只是没有任何言语、意识和思维能力，处于一种特殊的昏迷状杰。脑死亡病人的大脑已完全停止活动，但植物人的部分大脑，包括脑干，尚未完全丧失功能。

如何来判断一个人已经处于植物状态？如何来判定植物人，目前国际学术界尚未完全统一意见，分歧主要在病人昏迷的时间上。有人认为要持续昏迷 3个月以上，也有人认为要持续昏迷 6个月以上，但大多数观点赞同要持续昏迷 12个月以上，才能被定义为植物人。此外，脑部 CT扫描可以看出病人大脑受损的情况，乇鹗遣∪嘶杳砸欢问奔渲?螅?劳龅哪宰橹?岜荒约顾枇髦仕?娲??

为什么植物人能睁眼、眨眼，并露出笑容？这是令多数人感到费解的事——植物人有睡眠和觉醒的周期，但却没有任何意识。那是因为睡眠、觉醒、眼球运动等是不受大脑皮层和丘脑控制的，它们可以在意识丧失的情况下发生。

植物人能活多久？只要有充分的医疗手段的支持和临床的护理，包括插管保证营养的供给，持续植物状态的病人可以存活数十年。但他们也容易受到一些感染，如肺炎、褥疮等。

大脑皮层控制大脑的—些高级功能，如思维和运动；丘脑掌管人的意识；而脑干控制生命的一些基本功能，如呼吸、心跳等。因此，尽管—些病人的大脑皮层和丘脑遭受了严重创伤，但却依然能觉醒、睁眼或微笑。

植物人恢复的几率有多大？颅脑创伤后长期昏迷或持续植物状态的病人在病情稳定的情况下。可接受一系列综合治疗措施，如早期颅脑损伤的正确处理、各种严重并发症的防治、催醒药物应用、高压氧治疗和各种催醒训练的康复治疗等。但到目前为止，尚无一种方法或药物被证明对颅脑创伤后长期昏迷或持续植物状态患者有确切疗效。

意识是如何在大脑中产生的？

神经元通过突触相互传递信号。 人类已经学会了在宇宙中旅行，消灭疾病，并在惊人的微小基本粒子水平上理解自然。然而，我们不知道意识——我们以这种方式体验和了解世界并向他人报告世界的能力——是如何在大脑中产生的。

事实上，虽然科学家们几百年来一直专注于理解意识，但它仍然是现代神经科学中最重要的尚未解决的问题之一。现在，我们的新研究发表在《科学进展》杂志上，揭示了当我们有意识的时候大脑中的网络在起作用，揭示了这个谜团。

不仅仅是一个哲学问题。确定患者在遭受严重脑损伤后是否“意识到”对医生和需要做出护理决定的家庭来说都是一个巨大的挑战。现代脑成像技术正开始提升这种不确定性，使我们对人类意识有了前所未有的洞察。

例如，我们知道复杂的大脑区域，包括前额叶皮层或前丘脑，它们负责一系列更高的认知功能，通常与意识思维有关。然而，大的大脑区域可以做很多事情。因此，我们想找出意识是如何在特定网络的层次上在大脑中表现出来的。

研究意识体验如此困难的原因是它们完全是内在的，其他人无法进入。例如，我们可以在屏幕上看到同一张图片，但我无法判断我看到这张图片的经验是否与你的相似，除非你告诉我。只有有意识的人才能有主观经验，因此，评估一个人是否有意识的最直接的方法是让他们告诉我们他们的情况。

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，但如果你失去说话的能力会发生什么？在这种情况下，我仍然可以问你一些问题，你也许可以签署你的答复，例如点头或移动你的手。当然，我用这种方式获得的信息不会那么丰富，但我仍然可以知道你确实有经验。如果你不能做出任何反应，我将无法判断你是否有意识，而且可能会假设你没有。

扫描网络

我们的新研究，是七个国家合作的产物，已经识别出了可以指示意识的脑信号，而无需依赖在自我报告或要求患者从事某一特定任务的需要下，并能区分脑损伤后有意识和无意识的患者。

当大脑受到严重损伤，例如发生严重交通事故时，人们可能会最终陷入昏迷。这是一种状态，在这种状态下，你失去了清醒和意识到周围环境的能力，需要机械支撑才能呼吸。一般不会超过几天。之后，病人有时会醒来，但没有任何证据表明他们对自己或周围的世界有任何意识——这就是所谓的“植物人状态”。另一种可能性是，它们只显示了一种非常微小的意识的证据，即所谓的最小意识状态。对大多数病人来说，这意味着他们的大脑仍然能感知事物，但他们没有体验到它们。然而，这些病人中有一小部分确实是有意识的，但只是不能产生任何行为反应。

我们使用了一种被称为功能磁共振成像（fMRI）的技术，它允许我们测量大脑的活动和一些区域与其他区域“交流”的方式。具体来说，当一个大脑区域更活跃时，它消耗更多的氧气，需要更高的血液供应来满足它的需求。我们甚至可以在参与者休息时检测到这些变化，并测量它是如何变化的在不同的区域产生不同的大脑连接模式。

我们对53名处于植物人状态的患者、59名处于最低意识状态的患者和47名健康参与者使用了该方法。他们来自巴黎、列日、纽约、伦敦和安大略省的医院。来自巴黎、列日和纽约的患者通过标准化的行为评估进行诊断，例如被要求移动一只手或眨眼。相比之下，来自伦敦的患者接受了其他先进的大脑成像技术的评估，这些技术要求患者调节大脑产生神经反应，而不是外部物理反应，例如想象移动手而不是实际移动它。

我们发现了两种主要的跨区域交流模式。其中一个简单地反映了大脑的物理联系，例如只有在两个区域之间有直接物理联系的区域之间的交流。这在几乎没有意识体验的患者身上可以看到。其中一个代表了一个非常复杂的全脑动态交互作用，跨越了一组42个大脑区域，这些区域属于6个在认知中具有重要作用的大脑网络（见上图）。这种复杂的模式几乎只出现在有一定意识的人身上。

重要的是，这种复杂的模式在病人深度麻醉时消失了，确认我们的方法确实对患者的意识水平敏感，而不是他们的一般脑损伤或外部反应。

这样的研究有可能导致人们了解客观生物标记物如何在医疗决策中发挥关键作用。在未来，有可能开发出一些方法来外部调节这些意识信号，并在失去这些信号的患者中恢复某种程度的意识或反应能力，例如使用非侵入性脑 *** 技术，如经颅电 *** 。事实上，在我在伯明翰大学的研究小组中，我们正开始探索这条道路。

令人兴奋的是，这项研究也使我们更接近于理解意识是如何在大脑中产生的。随着越来越多的关于人们在经历各种意识状态改变时意识的神经信号的数据，从服用 *** 到经历清醒梦，我们也许有一天会解开这个谜团。

Davinia Fernández Espejo，大学心理学院和人类大脑健康中心高级讲师关于伯明翰

，本文是在CreativeCommons许可下从对话中重新发布的。阅读原文。“

本文地址:http://www.dadaojiayuan.com/jiankang/222404.html.

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