严重意识障碍患者对音乐和嗜好刺激的EEG研究

侯立群，李景琦，高 坚，杨文伟

(1.杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院，浙江 杭州，310018;2.武警浙江省医院，浙江 杭州，314000)

0 引 言

严重意识障碍状态分为最小意识状态(Minimally Conscious State，MCS)和植物状态(Vegetative State，VS)[1]。目前对于严重意识障碍患者的意识状态主要通过行为学量表进行诊断，相应的研究也引入了如fMRI、CT 等新技术[2]，但这些技术各自都存在一些缺点，很大程度地限制了其应用。而脑电的低成本、易获得性、可在床边检测、对人体无害等优点使其逐渐成为广大研究者在临床研究中首选技术[3]。脑电信号(Electroencephalogram，EEG)即脑皮层神经细胞集群的电位变化能及时反应大脑功能及活跃状态。音乐刺激是对严重意识障碍患者唤醒治疗的重要手段[4]，临床上发现严重意识障碍患者对嗜好刺激在行为学上具有更大的响应，所以对嗜好刺激的脑电响应研究具有重要意义。这类研究可以确定意识障碍患者对哪种刺激响应程度更大，从而为临床治疗上选择更好的促醒治疗方法提供理论上的依据。为此，本研究以严重意识障碍患者为研究对象，采集患者对两种刺激的脑电信号，利用小波变换的方法[5-6]，计算得到小波能量值，统计分析两种刺激的脑电信号小波能量变化量，以此判别两种刺激下脑电响应的强弱，为临床治疗提供更有效的判别依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

患者来自中国人民武装警察部队浙江省总队杭州医院脑损伤康复中心，该中心是华东地区最大的收治植物人患者基地。所选病例已经脱离急性期，意识障碍持续时间大于一个月，有自主呼吸，无心肺复苏史，无神经性疾病史。在本研究中共有12例严重意识障碍患者，其中6例为MCS，6例为VS。本实验内容经患者家属及主治医生同意，并由患者家属签署脑电采集同意书。

1.2 实验仪器与数据采集

采用荷兰BioSemi 公司ActiveTwo 脑电图仪，按照国际10/20 标准系统安放头皮电极，采样频率为2 048 Hz，采集导极为64 导，每次先采集CRS-R 评分后再进行脑电采集。

刺激方式为:1)音乐刺激。国乐演奏的中国民族古典音乐《茉莉花》，选取90 s的声音片段;2)嗜好刺激。先安静状态1 min，针对患者的嗜好进行刺激(对有烟瘾的进行香烟刺激，对有酒瘾的进行酒精刺激)，刺激时间36 s，最后安静状态1 min。

1.3 数据处理

1.3.1 数据的预处理

利用EEGLAB[7]脑电处理工具箱的IIR 滤波器去除50 Hz 工频干扰。以64 导数据平均作为参考电极进行平均参考化:

式中，Tk表示第k 导的脑电数据，TA表示64 导平均的脑电数据。观察平均参考化后的波形，并结合采集脑电实验时的记录，剔除异常波动的数据段。

1.3.2 信号小波能量变化量计算

对于两种刺激，分别截取3 段12 s 刺激中脑电信号和3 段12 s 相应刺激前脑电信号，将刺激中的12 s 脑电信号小波能量值除以相应刺激前的12 s 脑电信号小波能量值，3 段比值取得均值即为该刺激下的小波能量变化量。

2 实验结果分析

2.1 严重意识障碍患者对音乐与嗜好刺激脑电响应的差异性分析

为分析研究音乐和嗜好刺激的差异性，对12例严重意识障碍患者分别求取两种刺激前后小波能量变化量。用SPSS 进行差异性分析，结果如图1所示。嗜好刺激的脑电小波能量变化量均值要大于音乐刺激，且两种刺激差异性检验P值小于0.05，说明两者之间具有显著差异性。结果表明嗜好刺激对于严重意识障碍患者的响应程度要大于音乐刺激。

图1 总样本组内刺激响应差异性分析

2.2 MCS和VS组对音乐与嗜好刺激的响应差异性分析

为进一步研究严重意识障碍患者对音乐和嗜好刺激的响应情况，考虑到严重意识障碍状态分为MCS和VS，分别在MCS和VS组对音乐和嗜好刺激进行差异性分析，结果如图2所示。两组嗜好刺激的小波能量变化量均值均大于音乐刺激;在MCS组下两种刺激的差异性检验P值小于0.05，说明两种刺激之间具有显著差异性;在VS组下两种刺激的差异性检验P值大于0.05，说明两种刺激之间不具有显著差异性。

图2 MCS与VS组内刺激响应差异性分析

结果表明，MCS 对嗜好刺激比对音乐刺激的脑电能量值响应程度大，VS 对嗜好刺激与音乐刺激没有统计差异。MCS组对嗜好刺激和音乐刺激的脑响应具有显著差异性，而在VS组则不具有这种差异性，因为VS的昏迷程度较MCS 更深，在这种状态下大脑对于不同刺激的区分就没有MCS 明显。

2.3 嗜好刺激下的MCS与VS的差异性分析

在嗜好刺激下进行MCS与VS的差异性分析，结果如图3所示。嗜好刺激下MCS组的小波能量变化量均值大于VS组;在嗜好刺激下MCS组和VS组的差异性检验P值小于0.05，说明两组之间具有显著差异性。结果表明，嗜好刺激下MCS 比VS 脑电能量响应程度大。本研究选用的嗜好刺激是针对患者患病前的嗜好而定的，对有烟瘾的进行香烟刺激，对有酒瘾的进行酒精刺激，神经生物学研究表明，成瘾涉及了前额叶、边缘神经系统等多个脑区[8]。嗜好刺激作用下，MCS组的响应程度大于VS组，也验证了VS的昏迷程度比MCS 更深的医学特征。所以，严重意识障碍患者对于嗜好刺激的响应比音乐刺激更大，其作用机制也符合生理医学特征。

图3 嗜好刺激响应组间差异性分析

3 结束语

本文主要针对严重意识障碍患者对音乐和嗜好刺激响应进行了比较研究，初步得出严重意识障碍患者对嗜好刺激的响应程度显著大于音乐刺激的结论。在临床上应用嗜好刺激对严重意识障碍患者进行治疗具有一定的可行性，本研究为这种临床治疗研究提供了理论依据和实验资料。当然，本研究也有不足之处，由于具有特殊嗜好的严重意识障碍患者病例在临床上较难获得，所以目前的病例样本没有足够大，下一步将与医院合作扩大样本量，引入更多的促醒治疗方法，进行多种方法间的比较研究。

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