Bevidsthedsløftning

I 2003 udtalte 39-årige Terry Wallis sit første ord (mor) i de 19 år, siden en bilulykke havde efterladt ham med alvorlig hjerneskade. Han havde tilbragt meget af de foregående to årtier i, hvad neurologer kalder en minimalt bevidst tilstand, et sted i gråzonen mellem koma og bevidsthed. I årene før hans opvågning havde Wallis' familie imidlertid bemærket, at han blev mere opmærksom og lydhør, og nikkede, grædte af og til, indtil han en dag spontant begyndte at tale. Selvom Wallis stadig har alvorlige svækkelser i hukommelse og bevægelse, fortsætter han med at opnå bemærkelsesværdige fremskridt.

Ingen ved, hvad der ansporede Wallis til at vende tilbage til den vågne verden. Men neurolog Nicholas Schiff er fast besluttet på at finde ud af det. En forsker ved Weill Cornell Medical College i New York City, Schiff er en af ​​en håndfuld videnskabsmænd, der studerer mennesker som Wallis, patienter, der tilbringer måneder eller år tilsyneladende uvidende om omverdenen og ude af stand til at kommunikere. Ved at bruge nye hjernebilledteknikker håber Schiff bedre at kunne forstå bevidsthedens komplekse natur – og finde måder at hjælpe med at behandle de tusindvis af patienter, der lider af alvorlige bevidsthedsforstyrrelser.

Denne historie var en del af vores januar 2007-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Otte måneder efter Wallis’ første ord begyndte Schiff og hans samarbejdspartnere at tage snapshots af Wallis’ hjerne ved hjælp af en ny metode, der kan skabe detaljerede kort over hjernens nervefibre. Det, de fandt, overraskede dem. I løbet af det næste halvandet år så forskernes billeder ud til at vise, at Wallis' hjerne delvist havde helbredt sig selv. Men hvordan? Og hvad udløste helingsprocessen?

I de sidste par årtier har forbedrede medicinske teknologier holdt flere mennesker i live efter hjerneskader, men mange af dem er blevet efterladt i tilsyneladende permanente tilstande af svækket bevidsthed. Umiddelbart efter en alvorlig hjerneskade går en patient ofte i koma – en periode med bevidstløshed, der typisk varer dage eller højst uger. De, der overlever, vågner ikke nødvendigvis; i stedet kan de gå ind i en vegetativ tilstand eller en minimalt bevidst tilstand (MCS), som kan vare i årevis. Selvom det er svært at afgøre, hvor mange minimalt bevidste patienter, der er i USA (MCS blev først introduceret som en diagnostisk kategori i 2002), anslår nogle skøn antallet til 25.000 eller mere - omkring 10 gange antallet af vegetative patienter. (De to tilstande kan være svære selv for neurologer at skelne. Vegetative patienter defineres som dem, der er fuldstændig uvidende om deres omgivelser, mens patienter, der er i en minimal bevidst tilstand lejlighedsvis kan grine eller græde, række ud efter genstande eller endda svare på simple spørgsmål .)

I modsætning til Wallis vågner de fleste patienter, der tilbringer år i en minimal bevidst tilstand, aldrig op. Udsigterne til bedring aftager, efterhånden som tiden tikker, så mange læger vedtager en slags terapeutisk nihilisme over for dem, der vedvarende er bevidstløse, idet de antager, at deres tilfælde er håbløse, siger Steven Laureys, neurolog ved University of Liège i Belgien. MCS-patienter har få behandlingsmuligheder, og de fleste får ikke streng langtidsopfølgning eller intensiv rehabilitering. Wallis havde for eksempel ingen neurolog, og der blev ikke indsamlet meget sygehistorie under hans 19-årige pause fra bevidstheden.

Nylige undersøgelser fra Schiffs laboratorium og andre har imidlertid vist, at i det mindste nogle af disse tilsyneladende uvidende patienter har et forbløffende højt niveau af hjerneaktivitet, der mentalt reagerer på historier og kommandoer, ligesom en sund person ville. Schiff og andre, der studerer minimalt bevidste patienter, er omhyggelige med at skelne dem fra patienter som Terri Schiavo, der fik landsdækkende mediebevågenhed i 2005. Schiavo var i en vegetativ tilstand, som hun kom ind i, efter at mangel på ilt førte til udbredt hjernecelledød. Når en hjerneskade er forårsaget af traumer, er skaden derimod ofte begrænset til de nervefibre, der forbinder forskellige dele af hjernen, og nogle neurale kredsløb kan forblive intakte. Blandt disse patienter afslører de nye billeddiagnostiske undersøgelser et overraskende potentiale for en vis genoprettelse af normal hjerneaktivitet.

Resultaterne giver håb for en gruppe mennesker, der stort set er opgivet for tabt af det medicinske samfund. Schiff og andre arbejder på at sammensætte de strukturelle eller funktionelle ændringer, der gør det muligt for nogle MCS-patienter at vågne; til sidst håber forskerne at designe behandlinger, der kan anspore disse ændringer hos andre. Samtidig åbner de et vindue mod en skjult verden. Bevidsthed er en subjektiv førstepersonsoplevelse, siger Laureys. Det er meget vanskeligt at konkludere fraværet af bevidsthed baseret på fraværet af respons ved sengekanten. Der kan være en indre verden, som vi ikke har nogen måde at vurdere.

Mental tennis

I 1998 banede Joy Hirsch, en neuroforsker ved Columbia University Medical Center i New York City, vejen for undersøgelser, der bruger funktionel MR (fMRI) til at vurdere nedsat bevidsthed. Ved at måle blodgennemstrømningen i hjernen kan fMRI lokalisere områder, der er aktive, når en person for eksempel føler vrede eller arbejder med et abstrakt problem. Hirsch ønskede en måde at lokalisere – og dermed beskytte – sprogområdet hos babyer, der havde brug for hjerneoperationer. Mens de fleste tidligere fMRI-undersøgelser havde krævet, at frivillige udfører specifikke opgaver, såsom at læse eller tale, for at aktivere de relevante dele af hjernen, fandt Hirsch ud af, at blot at læse en historie for babyerne kunne stimulere regionen involveret i tale. Det blev tydeligt, siger hun, at den samme teknik kunne bruges til at teste kognitiv funktion hos patienter med minimal bevidsthed.

Hjælpet af yderligere forbedringer inden for billedteknologi brugte Hirsch og Schiff i 2005 fMRI til at undersøge, hvordan to minimalt bevidste patienter reagerede på historier fortalt af venner og familiemedlemmer. Resultaterne svarede til dem, der blev set hos raske frivillige. Historierne udløste aktivitet i sprogcentrene og andre områder af hjernen, hvilket tyder på, at visse klynger af neuroner forblev intakte og fungerende. Når en patient lyttede til sin søster fortælle historier om deres barndom, for eksempel, lyste dele af hans visuelle system op, hvilket tyder på, at han måske forestiller sig disse scener.

Fundene vakte stor interesse blandt neurologer, men uden direkte rapporter fra forsøgspersonerne selv var det svært at bedømme præcis, hvad patienterne oplevede. Var de fanget i et ensomt mentalt fængsel, opmærksomme på verden udenfor, men ude af stand til at reagere på det? Oplevede de kun isolerede øjeblikke af bevidsthed? Eller var hjerneaktiviteten blot en slags kognitiv refleks, udløst af en velkendt stemme og nogle få stemningsfulde ord eller navne?

I 2005 begyndte Adrian Owen, en neuroforsker ved Medical Research Council i Cambridge, England, en række eksperimenter for at løse disse spørgsmål. Owen og hans kolleger lavede en hjerne-imaging test, som de håbede ville indikere, om nogen faktisk var opmærksom på hans eller hendes miljø. En MCS-patient blev instrueret i at forestille sig at spille tennis, når hun hørte ordet tennis, eller at forestille sig at gå gennem sit hus, når hun hørte ordet hus; hun blev derefter placeret i scanneren og fik auditive prompter. Testen var designet til at evaluere både korttidshukommelsen, fordi instruktionerne blev givet i god tid før opfordringerne, og evnen til vedvarende opmærksomhed, fordi patienten fik besked på at fortsætte med at forestille sig en scene, indtil han blev bedt om at stoppe. Det vigtigste er, at det er designet til at kræve bevidst handling.

Hvis du er sund, aktiverer det at forestille dig, at du spiller tennis eller navigerer i dit hus, bestemte dele af din hjerne – henholdsvis de supplerende motoriske områder, som styrer motoriske reaktioner, og den parahippocampale gyrus, som spiller en rolle i hukommelsen af ​​scener. Så forskerne vidste præcis, hvad de skulle kigge efter hos patienter med nedsat bevidsthed. Deres emne var en 23-årig kvinde, som var blevet efterladt i en vegetativ tilstand efter en bilulykke i 2005. På tidspunktet for undersøgelsen var der gået fem måneder siden hendes ulykke, hvilket betyder, at hun statistisk set havde en 20 pct. chance for en vis bedring. Hun viste ingen ydre tegn på bevidsthed.

Resultaterne af testen var chokerende, endda spektakulære, ifølge en kommentar, der fulgte med deres offentliggørelse i tidsskriftet Videnskab sidste efterår. Når vi pegede på hende med ordet 'tennis', ville hendes hjerne aktiveres på en måde, der ikke kan skelnes fra en sund person, siger Owen. Det samme gjaldt for ordet hus. Vi synes, at fMRI entydigt viste, at hun er klar over det, siger han.

Mens patienten opfyldte alle de kliniske krav for at være i en vegetativ tilstand, viste hendes fMRI tydeligt en hjerne, der var i stand til relativt kompleks stimulusbehandling. Alligevel er det endnu ikke sikkert, hvilke konklusioner der kan drages af hendes sag. Vi har undersøgt over 60 patienter i Belgien og har aldrig set aktivering forenelig med bevidst perception, siger Laureys. Jeg tror bestemt, at dette er undtagelsen, men jeg kan ikke sige, om det er en ud af tusinde eller en ud af en million sag. Owen planlægger nu at køre de samme tests på flere patienter ved hjælp af en variation af fMRI, der viser hjernereaktioner i realtid.

Måske det mest forvirrende spørgsmål, som resultaterne rejser, vedrører patientens sindstilstand: er hun virkelig ved bevidsthed? Det er et spørgsmål om nogen debat: Owen mener, at patienten var opmærksom på sig selv og sine omgivelser, men andre neurologer er ikke så sikre. Ingen ved, hvad hun egentlig tænkte under scanningen, siger Laureys.

Svaret kan komme med Owens næste runde af eksperimenter, som er designet til at udføre, hvad nogle anser for den bedste test af bevidsthed – at spørge en person om hans eller hendes sindstilstand. Ved hjælp af fMRI i realtid kan videnskabsmænd stille spørgsmål til patienter og måle deres svar på grundlag af deres hjerneaktivitet. For eksempel, da videnskabsmænd kender de aktivitetsmønstre, der er forbundet med forestillede tennisspil og gåture gennem huse, kunne de fortælle deres patienter om at tænke på tennis til ja og husture for nej, og derefter stille binære spørgsmål, mens de udfører hjernescanninger.

Ligesom Schiff og Hirschs resultater er Owens både fascinerende og foruroligende, hovedsagelig fordi neurologer endnu ikke ved, hvad de skal gøre med dem. Betyder hjerneaktiviteten hos kvinden Owen studerede, at hun snart vil vågne op? Hvad med andre patienter med lignende skader? Schiff, for en, planlægger at se, om nogle af hans patienter, der viser synlige tegn på bevidsthed, kan kopiere Owens resultater. Mit gæt er, at nogle af dem vil kunne det, siger han.

Bevidsthedslæsioner

Vi vil nok aldrig vide, om Terry Wallis også havde en vis bevidsthed før hans opvågning. Men en type hjernebilleddannelse kendt som diffusion tensor imaging (DTI) har givet forskere hints om, hvordan hans hjerne har ændret sig siden.

DTI er en variation af MR, der giver et hidtil uset billede af hjernens ledningssystem - de lange, tynde haler af neuroner, der bærer elektriske signaler mellem forskellige regioner. Wallis første DTI-scanning, optaget otte måneder efter hans første ord, afslørede, at han havde alvorlig hjerneskade. Men forskere opdagede også mulige tegn på, at nye neurale forbindelser var spiret mellem hjernestrukturer. Især et stort område bag i hans hjerne så ud til at have flere neurale fibre end normalt, alle orienteret i samme retning. Området omfattet af disse nye fibre omfattede en del af hjernen kendt som precuneus, som er meget aktiv under bevidst vågenhed, men mindre aktiv under søvn eller anæstesi.

Atten måneder efter den scanning havde Wallis det endnu bedre. Han kunne bevæge sine tidligere lammede ben, en forbedring lige så uventet, som han genfandt talen, siger Schiff. Da forskerne fotograferede hans hjerne for anden gang, fandt de ud af, at det usædvanlige område i ryggen var normaliseret, mens et område, der var involveret i at regulere bevægelse, så ud til at være blevet mere forbundet. Resultaterne blev offentliggjort sidste år i Journal of Clinical Investigation .

Forskerne kan endnu ikke være sikre på, at de ændringer, de så i hjernebillederne, virkelig indikerer væksten af ​​nye neuronale forbindelser, eller at disse ændringer udløste Wallis' bedring. Hvorfor dukkede han op? Det kan ingen af ​​os svare på, siger Hirsch. Men det tyder på en biologisk underbygning til bedring.

Hjernebilleddannelse kan i sidste ende blive brugt som et diagnostisk værktøj til at hjælpe med at få øje på dem, der har størst sandsynlighed for at komme sig. Vi er nødt til at udvikle bedre måder til at modellere og måle fremkomsten til bevidsthed og indsamle nok data, så vi kan lave statistiske forudsigelser for bedring, siger Schiff. Det lover dog at blive svært at identificere de afslørende ændringer, der forudsiger opvågning. Schiff og Hirsch har scannet mere end et dusin andre patienter ud over Wallis, herunder flere, der er vågnet, og de har endnu ikke fundet specifikke mønstre eller ændringer i hjerneaktivitet, der kan signalere, at en patient er i bedring. Men de ser stadig på, om hjernens netværkshubs er aktive, for eksempel, eller om aktivitet i forskellige hjerneområder er synkroniseret. Vi tænker på patienter med traumatisk hjerneskade som patienter med bevidsthedslæsioner, siger Hirsch. Hun antager, at bevidsthed opstår fra et netværk af forbindelser snarere end et bestemt sted i hjernen.

Hjernen behandler konstant information: syn og lyde optages og syntetiseres i forskellige dele af hjernen, hvorefter de smeltes sammen i andre områder, hvilket skaber et sammenhængende billede af omverdenen. Og tidlige beviser indikerer en sammenhæng mellem bevidsthed og evnen til at integrere information. I en undersøgelse af 60 patienter i vegetativ tilstand fandt Laureys, at de syv patienter, der senere vågnede, genfandt hjernens stofskifte i områder, der forbinder cortex med thalamus, et relæcenter i hjernen.

Beskadigelse af hjernen kan rive de nervefibre, der videresender beskeder mellem forskellige regioner, og hæmmer integrationsprocessen. Tilsvarende mener Schiff, at de kredsløb, der efterlades intakte hos minimalt bevidste og vegetative patienter, kan kommunikere uregelmæssigt, hvilket gør det vanskeligt for hjernen at koordinere komplekse opgaver, der involverer flere hjerneområder. Patienter med nedsat bevidsthed udviser også lave niveauer af neural aktivitet, siger Schiff; deres hjerner kan tage et skud på en bestemt opgave, hvilket genererer den korte tilsyneladende af lydhørhed, men forsvinder så. En patients lejlighedsvise øjeblikke af klarhed kan derfor komme fra korte bølger af synkroniseret aktivitet. Nogle patienter kan rumme kapaciteten til funktionel restitution, men det afhænger af rekruttering af neuronale reaktioner på kredsløbsniveau for at opretholde en tilstand som den, hvor hjernen fungerer normalt, siger Schiff. Følelsesmæssige begivenheder, såsom en søsters beskrivelse af barndomsminder, kan gøre et bedre stykke arbejde med at aktivere disse kredsløb, hvilket kunne forklare, hvorfor følelsesmæssige historier synes at udløse de stærkeste reaktioner.

At forstå, hvad der forårsager svækkelser i bevidstheden, kunne i sidste ende kaste lys over et større puslespil: hvad gør det muligt for en sund person at være opmærksom på sig selv og omgivelserne? Jeg tror, ​​at en detaljeret forståelse af de nødvendige og tilstrækkelige betingelser for genopretning af bevidsthed vil give uhyre vigtig indsigt i den menneskelige bevidsthedstilstands grundlæggende natur, siger Schiff.

Forladt

Schiffs ultimative mål er selvfølgelig at udløse opvågninger som Terry Wallis hos andre minimalt bevidste patienter. Ved et neurovidenskabsmøde i oktober sidste år fremlagde han foreløbige beviser for, at elektrisk stimulering af thalamus, som sender sensorisk information til hjernebarken, kan hjælpe patienter med at komme til bevidsthed. Schiff og hans team brugte dyb hjernestimulering - en terapi, der bruges til at behandle Parkinsons sygdom, hvor en elektrode implanteres i hjernen - til at stimulere thalamus-neuroner hos en 38-årig patient med minimal bevidsthed, som havde fået en alvorlig traumatisk hjerneskade i seks år Før. De fandt ud af, at når neuronerne blev stimuleret, var patienten mere lydhør og koordineret, endda i stand til at spise et måltid med en vis uafhængighed.

Selvom Schiff er tilbageholdende med at tale om sin gruppes resultater, før de offentliggøres i et peer-reviewed papir, er han og andre neurologer tydeligvis begejstrede for dem. Dette er en meget interessant og vigtig observation, siger James Bernat, neurolog ved Dartmouth Medical School, som tilføjer, at Schiffs resultat er særligt bemærkelsesværdigt, fordi patienten havde været i en minimalt bevidst tilstand i så lang tid. Tidligere undersøgelser af dyb hjernestimulering, hovedsageligt udført i Japan, har involveret nyligt sårede patienter, som kunne være blevet bedre alligevel.

For at bevise effektiviteten af ​​dyb hjernestimulering til behandling af bevidsthedsforstyrrelser og for at bestemme, hvilke patienter det kan hjælpe, bliver andre forskere nødt til at duplikere Schiffs succes. Men det er en stor ordre. Forskning i minimalt bevidste og vegetative patienter udgør enorme forhindringer – logistikken i at transportere patienter fra langtidsplejefaciliteter til billedbehandlingslaboratorier, de etiske og juridiske spørgsmål involveret i at teste mennesker, der ikke kan give informeret samtykke, og den tekniske udfordring ved at scanne patienter, som kan bevæge sig uforudsigeligt og måske ikke være i stand til at forstå instruktioner om at forblive stille.

Men den største barriere for større undersøgelser er finansiering. Terry Wallis er en af ​​de mest bemærkelsesværdige helbredelsessager Schiff nogensinde har set. Og alligevel har han kun undersøgt ham to gange: Først da en britisk tv-station fløj Wallis og hans familie fra Arkansas til New York, hvor Schiff og samarbejdspartnere kunne scanne hans hjerne; og så da producenterne af en HBO-dokumentar betalte Wallis billet til New York 18 måneder senere, så forskerne kunne vurdere de ændringer, der var sket siden den første scanning.

Man kunne forvente, at noget af den spændende forskning med minimalt bevidste patienter i de sidste to år ville bringe flere penge til feltet, men det er endnu ikke sket. I begyndelsen af ​​november modtog Schiff skuffende nyheder: National Institutes of Health, det primære biomedicinske finansieringsagentur i USA, havde afvist at finansiere større undersøgelser af de diagnostiske metoder, han og andre har udviklet. Han siger, at mens nogle bevillingsanmeldere er begejstrede over de seneste resultater, er andre tilbageholdende med at bruge penge på en gruppe patienter, som de ser som hinsides håbet. Jeg synes, det viser en diskriminerende skævhed mod denne patientpulje, siger Schiff.

Neurologer, der studerer bevidsthedsforstyrrelser, siger, at fatalisme om deres patienters udsigter rækker langt ud over finansieringsorganisationernes mure. Wallis' familie anmodede for eksempel om en neurolog årligt i 19 år uden held. Og Schiff siger, at familierne til patienter, der er tilmeldt hans studier, ofte takker ham for overhovedet at være interesseret. Deres ensartede oplevelse er, at ingen bekymrer sig, siger han. De er fuldstændig forladt af folk, der ellers ville have taget sig af dem.

Hvis Schiff og andre har ret, omfatter denne population af forladte patienter mange mennesker, der er opmærksomme på deres omgivelser. Og Wallis' bedring tjener som et eksempel på, hvor meget nogle af disse patienter kan blive i stand til at forbedre, hvis de forsigtigt kan skubbes tilbage til en verden af ​​fuld bevidsthed. Mens Wallis arbejder flittigt på sine genoptræningsøvelser, fortsætter Schiff sin ihærdige søgen efter spor til, hvordan man kan udløse sådan en bedring i andre, og kommer stadig tættere på at forstå bevidsthedens mysterier.

Emily Singer er redaktør for bioteknologi og biovidenskab Teknologigennemgang .

skjule