脑损伤后意识障碍病人脑电图监测的研究进展

摘要" 总结脑损伤后意识障碍病人的脑电图变化以及脑电图结合其他监测方法的研究进展，并展望未来脑电图监测技术在脑损伤后意识障碍病人中的应用。评估脑损伤后意识障碍病人的意识水平具有重要意义，目前多种监测评估方法都不太满意。脑电图作为一种脑功能监测的重要手段，具有无创、动态、简单实用的优点，在危重病人脑部疾病的诊断、监测和预后方面具有非常重要的作用。

关键词" 脑损伤；意识障碍；脑电图；昏迷；脑功能评估；综述

doi：10.12102/j.issn.1672-1349.2024.19.014

意识是一个多方面的概念，既包括觉醒，即由脑干调节的警觉状态，也包括意识内容，即对任何想法、感觉或情绪的主观体验。严重脑损伤后，部分病人可能出现不同程度的意识障碍（disturbance of consciousness，DOC），如昏迷、无反应觉醒综合征（unresponsive wakefulness syndrome，UWS）、最低意识状态（minimally conscious state，MCS）。昏迷是指病人的意识完全丧失，既不能被唤醒，缺乏觉醒-睡眠周期，也不能对外界刺激作出反应的状态，是一种以觉醒度改变为主的严重意识障碍。UWS和MCS病人则存在不同程度的觉醒和意识内容的障碍。如何准确判断意识障碍病人目前的意识状态及其动态变化，一直是困扰神经科医师的难题。目前用于诊断疾病的影像学技术［如头颅CT、磁共振成像（MRI）］对意识评估相对不足。临床诊断和评估病人病情主要基于行为量表，如昏迷恢复量表修订版（Coma Recovery Scale-revised，CRS-R），但存在较高的误诊率，即使是UWS与MCS之间也很难识别。由于MCS病人比UWS病人具有更大的神经功能恢复潜力，因此，准确地评估有利于临床医生对意识障碍病人进行准确有效的治疗。

脑电图（electroencephalogram，EEG）能通过记录大脑皮层神经细胞的突触后电位反映脑细微结构的动态变化和功能的改变，确定病人大脑皮质-丘脑通路是否完整来判断脑部的损伤程度。通过EEG也能够显示CT、MRI等难以描述的脑功能异常状态，其显示异常的严重程度也与格拉斯哥昏迷量表评分和预后有良好的相关性。Rossetti等［1］研究表明，EEG在昏

基金项目" 山西省自然科学基金面上项目（No.202003021211060）

作者单位" 1.山西医科大学附属第五临床医学院（太原 030012）；2.山西省人民医院（太原 030012）

通讯作者" 张刚利，E-mail：Zhanggangli1973@163.com

引用信息" 屈楠，张刚利.脑损伤后意识障碍病人脑电图监测的研究进展［J］.中西医结合心脑血管病杂志，2024，22（19）：3539-3543.

迷病人的觉醒预判中非常重要。作为一种非侵入性的皮层电活动监测方法，EEG对昏迷病人非常适用，是临床医生评估意识障碍病人意识状态的重要方法。现就近年来EEG在脑损伤意识障碍病人病情评估中的研究进展进行综述。

1" 意识障碍病人的静息EEG表现

EEG能反映大脑神经元群自发性、节律性的脑电活动。正常人最主要的脑电背景频率是处于后头部的α节律；当正常人处于闭眼、睡眠等生理性抑制状态时，也可多见广泛性稍低波幅的β节律；在睡眠状态时可见一些δ节律等。而对于意识障碍病人，EEG的多种成分都会出现变化。通常病情严重的意识障碍病人在EEG中会表现出θ或δ脑电波形的普遍减慢，并伴有癫痫样活动、暴发抑制和α-昏迷模式等异常。当脑组织出现轻度缺血时，在EEG上可见α节律和β节律逐渐减慢，随后θ波、δ 波逐渐增加［2］，同时也可能出现癫痫样放电。比如一侧性节律性δ活动，散发性癫痫样放电，一侧性周期样放电或全面性周期样放电［3］。缺血加重后，EEG背景甚至出现弥散衰减，暴发-衰减或暴发-抑制等图型［4］。除此之外，脑电反应性（electroencephalogram reactivity，EEG-R）的丧失和EEG不连续或完全抑制则是严重脑病的特征，常与不良预后有关［5］。

Westhall等［6］根据美国临床神经生理学学会提出的术语对昏迷病人的EEG进行标准化解读，将EEG分为高度恶性EEG（抑制、周期性放电抑制、爆发-抑制）、恶性（癫痫样放电、癫痫发作或癫痫持续状态、低电压＜20 μV，病理或无反应性背景）和良性（无恶性特征）。Westhall等［6］将此标准应用于心脏骤停后昏迷病人的EEG解读后表明，EEG模式为任意1项高度恶性EEG或者任意2项恶性EEG，都提示预后不良，特异性分别为100%和96%。但是此标准中的良性EEG特征在检测良好预后方面的敏感性有限。因此，Fenter等［7］将此标准进行改良，将EEG中出现的不连续、低电压或前后波幅反转归为良性EEG特征，发现采用改良的EEG标准能更精准地识别出可能达到良好结果的病人，但此标准能否适用其他类型意识障碍病人的预后评估仍有待研究。

随着昏迷病人病情的发展，意识障碍病人EEG也会随着病人病情的变化而改变，并且发病不同时期记录的EEG对病人的预后价值也不同。因此，EEG检查的时机至关重要。为了评估危重病人脑电模式的恢复，有指南指出至少需要进行2次脑电监测（第1次在脑损伤后24 h进行，第2次在脑损伤后48～72 h进行）或进行连续脑电监测，以正确评估意识障碍病人的预后［8］。

2" 意识障碍病人睡眠相关EEG的改变

睡眠是人类最重要的生理特征之一。正常的睡眠结构和睡眠纺锤波的出现需要皮质及皮质下结构的参与。美国睡眠医学协会将人的睡眠分为两个阶段：非快速眼动睡眠（non rapid eye movement，NREM）和快速眼动睡眠（rapid eye movement，REM）。与清醒病人相比，MCS病人夜间正常睡眠减少，白天嗜睡［9］，而UWS病人的睡眠周期受损更严重，睡眠阶段仅在白天出现［10］。在睡眠阶段，纺锤波的存在可表明丘脑功能完整性，慢波和REM睡眠的出现提示脑干功能完好，而睡眠模式的昼夜节律则提示下丘脑功能的完整。与正常人相比，意识障碍病人会出现昼夜节律严重受损以及正常睡眠和清醒间隔的中断导致睡眠碎片化，这些变化尤其会出现在MCS及UWS病人中［11-14］。而为了获得更好的结果，必须记录48～72 h的EEG或多导睡眠图（polysomnogram，PSG）以获得用于分析的脑电数据［12］。

目前，意识障碍病人的睡眠特征仍存在争议且并未得到充分研究。在MCS病人的NREM2和慢波睡眠（SWS）阶段中能观察到纺锤波和不规则的睡眠-觉醒周期，这在UWS病人中很少观察到［15］。Mertel等［10］对32例意识障碍病人的睡眠模式进行研究时发现，88%的MCS病人及56%的UWS病人存在REM睡眠。62%的UWS病人和21%的MCS病人不存在纺锤波。所有的UWS病人没有表现出昼夜睡眠节律，关于意识障碍病人睡眠特征的研究目前仍较少。但已有研究表明，K-复合体、慢波震荡和REM睡眠是意识障碍病人潜在预后良好的睡眠因素［13，16］。

而在昏迷病人中，观察到的睡眠EEG的NREM睡眠特征与病人意识损伤严重程度相关，同时也可作为一项独立指标预测急性昏迷病人的意识恢复［17］。研究表明，病人从昏迷向良好预后的演变与病人重新睁眼和昼夜节律的重新出现有关［15］。Arnaldi等［13］研究发现，结构化睡眠可以早期预测昏迷病人有良好的预后，这种预测因素甚至比病人的临床表现和年龄因素更加有效。因此，正常睡眠-觉醒周期的重新出现对昏迷病人的恢复具有重要意义。此外，在昏迷病人中可监测到一种多存在于额叶区、中央区、顶叶区且常伴有顶尖波出现的12～14 Hz的纺锤形节律，称“纺锤型昏迷”［18］。纺锤型昏迷病人的预后主要与病变损伤部位有关，当伴有明显的脑干功能异常时往往提示预后不良。在一项针对44例重型颅脑损伤意识障碍病人的研究中，出现纺锤形昏迷的病人与没有这些特征的对照组病人相比表现出了更高的行为反应性［19］。因此，纺锤形昏迷的出现可能是昏迷病人良好预后的标志之一。

最近，欧洲神经病学学会［20］基于睡眠模式以及使用人工智能（AI）对EEG进行分析后发布了《欧洲神经病学学会昏迷和其他意识障碍诊断指南》，提示SWS或NREM的存在可能比睡眠纺锤波更能准确鉴别UWS和MCS。在MCS病人中，其睡眠模式具有与健康病人相似的神经生理学特征、EEG、眼电图（EOG）和肌肉紧张度的昼夜变化。而UWS病人仅表现出睁眼和闭眼的EEG/行为体征。因此，分析意识障碍病人的睡眠模式能更好地区分UWS和MCS［21］。此外，由于重型脑损伤病人EEG和PSG模式与正常人不同，因此，有必要进行研究以确定意识障碍病人睡眠和EEG/PSG模式的具体标准。

鉴于在昏迷病人中清醒恢复和睡眠组织之间已被证明可能存在联系，改善睡眠节律障碍的治疗方法可能会对此类病人有良好的效果。莫达非尼是一种用于辅助治疗阻塞性睡眠呼吸暂停的中枢神经系统兴奋剂，目前已证明可能对昏迷病人残余认知功能的改善产生积极影响［22］。还有一些研究建议使用食欲素激动剂，食欲素是一种改善昼夜节律调节并减少日常过度嗜睡的下丘脑神经肽，可能有助于促进昏迷病人的觉醒［23］。

3" 意识障碍病人的定量脑电图（QEEG）指标

随着计算机技术的发展，目前通过计算机将原始EEG形所显示的功率、幅度、复杂性和信号间关系转化为数字信号进行分析，形成量化参数来判断其是否与病人的意识水平相关，即QEEG。使用QEEG分析和解读比医生直接读取EEG图形更加简便和易于掌握，并可能提高预测病人昏迷后恢复的能力［24-25］。一项研究通过联合低频功率、脑电复杂性进行评估，准确地将33%被定义为UWS的病人重新分类为MCS。另一项基于数据驱动的研究利用机器学习从268例意识障碍病人中提取了EEG特征，如频谱密度、排列熵和功率谱密度，对UWS和MCS病人进行了更准确的分类。可见与传统EEG相比，QEEG可以更准确地评估意识障碍病人的意识状态，鉴于QEEG在临床方面显示出了良好的应用前景，未来可以更多地应用于意识障碍病人的意识评估与监测。

4" 意识障碍病人与外部刺激相关的EEG变化

在外部力量的刺激下，大脑活动可能会发生变化，这些变化可以用EEG记录下来，这就是EEG-R。EEG-R可以提示感觉神经传导通路的完整性。研究表明，EEG-R能早期且准确地评估神经系统功能的恢复，已被作为评估预后的标志物之一［26］。记录到EEG-R提示病人预后相对较好。对于这种外部刺激造成的大脑变化中，UWS病人只能显示初级皮层的激活，通常只能激活初级听觉皮层以响应简单的听觉刺激。MCS病人则能表现出包括额顶叶皮质在内的高阶区域的功能激活［27］。Marino等［28］对50例意识障碍病人进行意识功能评估，结果提示部分高阶区域的功能激活也可能出现在部分初次被评估为UWS的病人中，与MCS组相似，这些病人显示出相对更好的功能结果，随着病情的发展最终过渡到了MCS。最近，Bouchereau等［29］对116例重度脑损伤病人的研究也表明，早期EEG-R的定量指标与重型颅脑损伤病人清醒及3个月意识水平独立相关。因此，EEG-R在意识障碍病人的恢复过程中有重要的指示作用。

在《心脏骤停后脑电图反应性检测的国际共识》中，有专家根据以往施加给病人刺激类型、重复刺激次数和持续时间的经验第1次提出了检查EEG-R测试方法的实施标准［30］，具体标准：按顺序给予拍手、呼叫病人姓名、按压病人甲床来施加刺激，也可额外挤压斜方肌或摩擦胸骨。每种刺激至少重复3次，且每次刺激的持续时间至少为5 s。需排除肌电活动、躯体运动反应和眨眼伪差干扰的节律性或周期性放电。监测时使用国际10-20系统至少16个电极、电阻阻抗低于5 kΩ来记录EEG-R。此方法适用于各种类型所致的昏迷病人。各种刺激所引起的EEG反应可能表现为阵发性高波幅的慢波信号爆发、广泛性低波幅去同步化快波或顶尖波等波形，监测过程中EEG变化至少重复出现2次，即认为存在EEG-R。在监测过程中使用标准的EEG-R刺激方法可以保证EEG-R对意识障碍病人意识评估的准确性、有效性和实用性。

5" EEG结合其他监测方法的应用

目前，国际上多建议采取多模式监测技术来评估意识障碍病人的结果［31］。这种多模式方法应该包括临床检查、电生理学、影像学等的参数。其中任何一项监测技术都能够在一定程度上对病人进行预后评估。EEG在这些监测中也是不可或缺的一部分。由于病人脑损伤部位的不同，使用不同的监测方法能反映不同的损伤部位和损伤程度。

双侧躯体感觉诱发电位（spinal somatosensory evoked potential，SSEP）可以反映丘脑和皮质的联系，主要监测指标为N20，是在腕部刺激正中神经，在头皮记录到的躯体感觉皮质最早出现的电活动。SSEP的缺失是昏迷病人预后不良的有力指标。Glimmerveen等［32］通过对619例心脏骤停后昏迷病人进行EEG和SSEP研究时发现，所有具有连续性正常电压（＞20 mV）且EEG背景频率＞8 Hz的意识障碍病人都保留了N20反应，其余情况下的EEG模式与SSEP的存在均无相关性。因此，EEG背景模式不能预测SSEP是否存在。EEG模式和SSEP之间的差异可能反映了丘脑皮层或锥体间突触的不同损伤。因此，将SSEP与EEG联合使用可以增加意识障碍病人不良结果预测的敏感度。

脑干听觉诱发电位（brainstem auditory evoked potentials，BAEP）能够反映意识障碍病人脑干-听觉通路的完整性。P300是一种BAEP成分，在异常刺激后300 ms左右出现。P300可以分为早期的P300a和P300b。P300a是从额叶脑区测量的，已被证明存在于UWS和MCS病人中［33］。而P300b位于顶叶脑区，与认知处理和注意力相关［34］。P300a的潜伏期已被证明仅在MCS病人中按照通过不同声音的复杂性（正弦音调、受试者名字等）被调制，表明其在检测意识方面有一定作用［35］。而振动触觉和听觉刺激则已被证明可在单个意识障碍病人中诱发不同的P300b反应［33］。

目前认为，信息的整合和分化是大脑复杂的神经活动模式及意识出现的基础［36］。大脑网络的整合能力也可以通过结合EEG和经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）来评估。通过结合这些技术，可以使用大脑的有效连接性来量化大脑对磁刺激的反应，得出一种称为扰动复杂性指数（perturbational complexity index，PCI）的测量方法，该指数与大脑网络的综合能力有关。这项措施已被证明可以成功区分有意识和无意识病人，并区分因睡眠和麻醉而改变的意识状态［37］。一项针对81例意识障碍病人的研究显示，基于PCI的MCS病人分类成功率为94.7%［38］。尽管TMS-EEG技术具有很高的灵敏度，但目前用于临床的研究还相对较少，需进一步进行研究。

6" 小" 结

EEG可以敏感、无创、实时地评价神经重症昏迷病人的脑功能和预测预后。使用多种监测方法可获得更多有关残余意识程度的信息。综合运用EEG以及各种监测指标进行脑功能评价以使其更为准确地反映病人的脑功能变化，对病人的意识障碍程度做出更精准的判断。但EEG及其他各项电生理检测均存在局限性，因此，寻找最佳的监测指标组合和监测时相以达到最佳的敏感性和特异度仍需进一步研究。

参考文献：

［1］" ROSSETTI A O，RABINSTEIN A A，ODDO M.Neurological prognostication of outcome in patients in coma after cardiac arrest［J］.The Lancet Neurology，2016，15（6）：597-609.

［2］" VAN PUTTEN M J A M，PETERS J M，MULDER S M，et al.A brain symmetry index （BSI） for online EEG monitoring in carotid endarterectomy［J］.Clinical Neurophysiology，2004，115（5）：1189-1194.

［3］" ROSENTHAL E S，BISWAL S，ZAFAR S F，et al.Continuous electroencephalography predicts delayed cerebral ischemia after subarachnoid hemorrhage：a prospective study of diagnostic accuracy［J］.Annals of Neurology，2018，83（5）：958-969.

［4］" ALKHAMIS F，NAZISH S.Electroencephalographic grading of neuronal dysfunction in various etiologies of encephalopathy［J］.Clinical EEG and Neuroscience，2020，51（6）：420-425.

［5］" O′ROURKE D，CHEN P M，GASPARD N，et al.Response rates to anticonvulsant trials in patients with triphasic-wave EEG patterns of uncertain significance［J］.Neurocritical Care，2016，24（2）：233-239.

［6］" WESTHALL E，ROSSETTI A O，VAN ROOTSELAAR A F，et al.Standardized EEG interpretation accurately predicts prognosis after cardiac arrest［J］.Neurology，2016，86（16）：1482-1490.

［7］" FENTER H，BEN-HAMOUDA N，NOVY J，et al.Benign EEG for prognostication of favorable outcome after cardiac arrest：a reappraisal［J］.Resuscitation，2023，182：109637.

［8］" MALFIL

？倗" TRE G，MONY L，HASAERTS D，et al.Technical recommendations and interpretation guidelines for electroencephalography for premature and full-term newborns［J］.Clinical Neurophysiology，2021，51（1）：35-60.

［9］" WISLOWSKA M，DEL GIUDICE R，LECHINGER J，et al.Night and day variations of sleep in patients with disorders of consciousness［J］.Scientific Reports，2017，7（1）：266.

［10］" MERTEL I，PAVLOV Y G，BARNER C，et al.Sleep in disorders of consciousness：behavioral and polysomnographic recording［J］.BMC Medicine，2020，18（1）：350.

［11］" MIRAGLIA F，TOMINO C，VECCHIO F，et al.The brain network organization during sleep onset after deprivation［J］.Clinical Neurophysiology，2021，132（1）：36-44.

［12］" SCHABUS M，WISLOWSKA M，ANGERER M，et al.Sleep and circadian rhythms in severely brain-injured patients--a comment［J］.Clinical Neurophysiology，2018，129（8）：1780-1784.

［13］" ARNALDI D，TERZAGHI M，CREMASCOLI R，et al.The prognostic value of sleep patterns in disorders of consciousness in the sub-acute phase［J］.Clinical Neurophysiology，2016，127（2）：1445-1451.

［14］" KOTCHOUBEY B，PAVLOV Y G.Sleep patterns open the window into disorders of consciousness［J］.Clinical Neurophysiology，2018，129（3）：668-669.

［15］" NEKRASOVA J，KANARSKII M，YANKEVICH D，et al.Retrospective analysis of sleep patterns in patients with chronic disorders of consciousness［J］.Sleep Medicine，2020，2：100024.

［16］" PAN J H，WU J H，LIU J，et al.A systematic review of sleep in patients with disorders of consciousness：from diagnosis to prognosis［J］.Brain Sciences，2021，11（8）：1072.

［17］" YANG X A，SONG C G，YUAN F，et al.Prognostic roles of sleep electroencephalography pattern and circadian rhythm biomarkers in the recovery of consciousness in patients with coma：a prospective cohort study［J］.Sleep Medicine，2020，69：204-212.

［18］" ESTRANEO A，LORETO V，GUARINO I，et al.Standard EEG in diagnostic process of prolonged disorders of consciousness［J］.Clinical Neurophysiology，2016，127（6）：2379-2385.

［19］" FORGACS P B，CONTE M M，FRIDMAN E A，et al.Preservation of electroencephalographic organization in patients with impaired consciousness and imaging-based evidence of command-following［J］.Annals of Neurology，2014，76（6）：869-879.

［20］" KONDZIELLA D，BENDER A，DISERENS K，et al.European Academy of Neurology guideline on the diagnosis of coma and other disorders of consciousness［J］.European Journal of Neurology，2020，27（5）：741-756.

［21］" STEPPACHER I，KAPS M，KISSLER J.Will time heal？ A long-term follow-up of severe disorders of consciousness［J］.Annals of Clinical and Translational Neurology，2014，1（6）：401-408.

［22］" DHAMAPURKAR S K，WILSON B A，ROSE A，et al.Does Modafinil improve the level of consciousness for people with a prolonged disorder of consciousness？ A retrospective pilot study［J］.Disability and Rehabilitation，2017，39（26）：2633-2639.

［23］" TANG H L，ZHU Q M，LI W，et al.Neurophysiology and treatment of disorders of consciousness induced by traumatic brain injury：orexin signaling as a potential therapeutic target［J］.Current Pharmaceutical Design，2019，25（39）：4208-4220.

［24］" ALKHACHROUM A，ELISEYEV A，DER-NIGOGHOSSIAN C A，et al.EEG to detect early recovery of consciousness in amantadine-treated acute brain injury patients［J］.Journal of Neurology，Neurosurgery，and Psychiatry，2020，91（6）：675-676.

［25］" BAUERSCHMIDT A，ELISEYEV A，DOYLE K W，et al.Predicting early recovery of consciousness after cardiac arrest supported by quantitative electroencephalography［J］.Resuscitation，2021，165：130-137.

［26］" AMORIM E，RITTENBERGER J C，ZHENG J J，et al.Continuous EEG monitoring enhances multimodal outcome prediction in hypoxic-ischemic brain injury［J］.Resuscitation，2016，109：121-126.

［27］" LAUREYS S.Auditory processing in the vegetative state［J］.Brain，2000，123（8）：1589-1601.

［28］" MARINO S，BONANNO L，CIURLEO R，et al.Functional evaluation of awareness in vegetative and minimally conscious state［J］.The Open Neuroimaging Journal，2017，11：17-25.

［29］" BOUCHEREAU E，MARCHI A，HERMANN B，et al.Quantitative analysis of early-stage EEG reactivity predicts awakening and recovery of consciousness in patients with severe brain injury［J］.British Journal of Anaesthesia，2023，130（2）：e225-e232.

［30］" ADMIRAAL M M，VAN ROOTSELAAR A F，HORN J.International consensus on EEG reactivity testing after cardiac arrest：towards standardization［J］.Resuscitation，2018，131：36-41.

［31］" NOLAN J P，SANDRONI C，BTTIGER B W，et al.European Resuscitation Council and European Society of Intensive Care Medicine guidelines 2021：post-resuscitation care［J］.Intensive Care Medicine，2021，47（4）：369-421.

［32］" GLIMMERVEEN A B，RUIJTER B J，KEIJZER H M，et al.Association between somatosensory evoked potentials and EEG in comatose patients after cardiac arrest［J］.Clinical Neurophysiology，2019，130（11）：2026-2031.

［33］" ANNEN J，MERTEL I，XU R，et al.Auditory and somatosensory P3 are complementary for the assessment of patients with disorders of consciousness［J］.Brain Sciences，2020，10（10）：748.

［34］" PEREIRA A，FOZ F B，DA ROCHA A F.The dynamical signature of conscious processing：from modality-specific percepts to complex episodes［J］.Psychology of Consciousness：Theory，Research，and Practice，2017，4（2）：230-247.

［35］" CAVINATO M，VOLPATO C，SILVONI S，et al.Event-related brain potential modulation in patients with severe brain damage［J］.Clinical Neurophysiology，2011，122（4）：719-724.

［36］" TONONI G.Integrated information theory of consciousness：an updated account［J］.Archives Italiennes De Biologie，2012，150（4）：293-329.

［37］" SINITSYN D O，POYDASHEVA A G，BAKULIN I S，et al.Detecting the potential for consciousness in unresponsive patients using the perturbational complexity index［J］.Brain Sciences，2020，10（12）：917.

［38］" CASAROTTO S，COMANDUCCI A，ROSANOVA M，et al.Stratification of unresponsive patients by an independently validated index of brain complexity［J］.Annals of Neurology，2016，80（5）：718-729.

（收稿日期：2024-03-18）

（本文编辑郭怀印）