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jyyq.ybzhan.cn仪表网旗下引言/背景
在重症医学和康复科，常常会出现一类让人揪心的患者：他们在重度脑损伤后心跳呼吸保住了，却始终不能与外界有效交流。家属最想知道的，是床上这个看似清醒、却又对呼唤毫无反应的人，到底“还在不在里面”。这就是医学上所说的慢性意识障碍（Disorders of Consciousness, DOC），其中见的两类是无反应觉醒综合征（VS/UWS，俗称植物状态）和微意识状态（MCS）。
VS/UWS 患者存在睁眼行为与睡眠 - 觉醒周期，但缺乏自我及环境觉知；MCS 患者则可出现偶发、细微且有目的性的行为反应。两类患者外在表现高度相似，治疗策略与预后却差异显著；文献显示，仅依靠传统床旁行为评估，误诊率高达 41%，难以精准识别残存意识。为实现客观、可靠的意识水平判定，神经影像技术成为重要探索方向：PET、fMRI、EEG各有优势，但也存在明显局限 ——fMRI 价格高昂、对运动伪影高度敏感，难以用于重症患者；EEG 空间分辨率不足、易受环境噪声干扰，床旁应用受限。
论文概要
中山大学附属第三医院康复医学科联合杭州师范大学浙江—比利时意识障碍联合实验室，在《Journal of Translational Medicine》发表了题为“Functional connectivity in whole-brain and network analysis differentiates minimally conscious from unresponsive patients: a resting-state fNIRS study”的研究论文。研究纳入52名意识障碍患者和49名健康对照，借助便携式近红外脑功能成像系统进行5分钟静息态扫描，从全脑、感兴趣区、通道以及静息态网络四个层面刻画功能连接，比较健康人、MCS和VS/UWS的差异，并尝试识别可用于区分两类意识障碍的客观生物标志物。
文章信息
研究方法
研究采用横断面设计，意识障碍患者来自中山大学附属第三医院康复科，健康对照在社区招募，时间跨度为2023年12月至2025年1月。入组要求意识障碍持续超过28天，病因包括脑卒中、颅脑外伤或缺血缺氧性脑病。所有患者均由两位对fNIRS结果设盲的师在两周内完成至少5次CRS-R评估，最终确定为VS/UWS或MCS。
近红外信号采集使用730/850 nm双波长连续波模式，采样率11 Hz，布有24个光源和24个探头，按国际10-20系统在头皮上形成63个有效通道。研究者根据MRIcro的Brodmann分区把通道划归到前额叶皮层、运动前皮层、Wernicke区、感觉运动皮层和视觉皮层五个感兴趣区，并细分左右半球。
图1 fNIRS光极配置
数据采集在安静无外界刺激的房间中进行，床头摇高30°，连续记录5分钟静息态信号。整体分析流程如图2所示。预处理在MATLAB中完成，结合Homer2、NIRS-KIT和BrainNet Viewer工具箱：去除10秒、剔除变异系数过高的坏通道，转换为光密度后用样条插值校正运动伪影，再以0.01—0.1 Hz带通滤波抑制呼吸、心跳等生理噪声，最后通过修正比尔—朗伯定律得到含氧、脱氧和总血红蛋白浓度。后续功能连接分析全部基于稳健性更好的总血红蛋白HbT。
图2 分析流程
研究分别构建了全脑平均功能连接、ROI到ROI的连接矩阵和63通道之间的连接矩阵，并以多种子点相关法刻画感觉运动、听觉、额顶、默认模式和视觉五个静息态网络，各网络的种子点位置和连接如表1所示。统计层面采用方差分析或两样本t检验，并以性别、年龄、病因和病程作为协变量，所有结果经FDR校正，并用ROC曲线和留一法交叉验证下的支持向量机评估个体水平的分类能力。
表1 健康参与者和DOC患者静息态种子点网络连接分析中各种子点的位置及其相关连接
研究结果
1. 健康人与意识障碍：全脑功能连接显著受损
研究共纳入 101 名受试者，包括 26 名 VS/UWS 患者、26 名 MCS 患者与 49 名健康对照，脑出血为首要病因。三组对比显示，健康对照、MCS、VS/UWS 的全脑平均 z 值依次降低且差异显著。相较于健康人群，意识障碍患者前额叶、运动前区、感觉运动皮层、Wernicke 区出现广泛功能连接下降，提示意识障碍存在弥漫性脑网络整合障碍。
图3 健康对照者与意识障碍患者的全脑功能连接对比
2. MCS 与 VS/UWS：高阶脑网络连接差异显著
校正性别、年龄、病因及病程后，MCS 患者在双侧前额叶、双侧感觉运动皮层、右侧 Wernicke 区 — 左侧感觉运动皮层的功能连接，显著高于 VS/UWS 患者。通道级分析进一步筛选出 5 条稳定差异连接：Ch3—Ch11、Ch4—Ch26、Ch4—Ch29、Ch9—Ch21、Ch20—Ch50，集中分布于双侧前额叶与左侧运动前区（图 4）。可见 MCS 保留更多前额 — 运动 — 语言高阶网络连接，而 VS/UWS 呈现明显的脑网络解体特征。
图4 校正后MCS和VS/UWS患者的全脑功能连接分析
A 基于ROI的功能连接t值矩阵B 两组间显著ROI–ROI功能连接的小提琴图C 校正后两组间显著的基于通道的功能连接D 两组间显著通道–通道功能连接图
3. 功能连接与临床评分：脑连接越强，意识表现越好
Pearson 相关分析显示，Ch3—Ch11、Ch4—Ch26、Ch4—Ch29、Ch20—Ch50四条连接强度，与 CRS-R 总分呈显著正相关。亚量表层面：Ch20—Ch50关联视觉评分；Ch3—Ch11、Ch4—Ch26、Ch4—Ch29关联运动评分；双侧感觉运动皮层连接关联言语评分（图 5）。前额叶 — 运动相关脑连接越完整，患者视觉、运动、言语等行为表现越佳。
图5 DOC患者CRS-R评分与全脑特征之间的相关分析
A–D CRS-R总分与通道对3-11、4-26、4-29、20-50功能连接的相关E CRS-R视觉评分与通道20和50功能连接的相关F–H CRS-R运动评分与通道对3-11、4-26、4-29功能连接的相关I CRS-R言语评分与左右感觉运动皮层之间功能连接的相关
4. 优区分标志物：跨半球连接与听觉网络
ROC 曲线与支持向量机分析显示：全脑通道特征中，Ch4—Ch29区分效能优，AUC=0.818、准确率 76.92%，Ch9—Ch21 次之（AUC=0.817）；ROI 层面，双侧感觉运动皮层连接准确率达 69.23%（图 6）。静息态网络中，听觉网络表现佳，AUC=0.803、准确率 73.08%；默认模式、额顶网络 AUC 分别为 0.802、0.800，各特征分类性能详见表 2。
图6 区分MCS与VS/UWS患者的ROC曲线及分类准确率
A 全脑平均z值的ROC曲线B 基于ROI的功能连接的ROC曲线C 基于通道的功能连接的ROC曲线D 基于网络的功能连接的ROC曲线
表2 静息态特征区分MCS与VS/UWS的分类性能
5. 网络连通性梯度：意识水平与脑整合呈正相关
基于各网络差异脑区构建特征图，提取平均 z 值与 CRS-R 总分关联分析：感觉运动、听觉、额顶、默认模式、视觉五大网络连接强度，均与 CRS-R 总分显著正相关；视觉、感觉运动、听觉网络还分别匹配视觉、运动亚量表评分（图7）。证实意识状态与脑网络连通性呈连续谱，意识水平越高，脑网络整合越有序。
图7 MCS和VS/UWS患者中CRS-R总分与基于种子点的网络连接的相关性
A 感觉运动网络；B 听觉网络；C 额顶网络；D 默认模式网络；E 视觉网络
结论与展望
这项研究通过静息态fNIRS技术，系统阐明了意识障碍患者全脑及脑网络功能连接的损伤规律。相较于健康人群，意识障碍患者呈现弥漫性全脑与网络功能连接受损；VS/UWS患者的连接损伤较MCS患者进一步加重，主要集中于前额叶、感觉运动区、Wernicke区，以及听觉、额顶、默认模式三大网络。同时，这些功能连接差异与CRS-R总分及视觉、运动、言语亚量表得分显著相关，跨半球长程连接与听觉网络可作为区分两类患者的关键生物标志物，实现约77%的个体分类准确率。
研究结果为客观识别意识障碍患者残存意识、区分MCS与VS/UWS提供了可靠神经证据，也为意识障碍床旁评估提供了有效技术路径。未来可进一步扩大样本量，开展多中心验证并纳入不同病因、病程患者；深入解析脑深部结构与皮层网络连接的关联机制；融合任务态范式、长期随访与机器学习方法，推动fNIRS从意识分类工具升级为预后评估工具，为意识障碍精准诊疗与康复监测提供科学支撑。
原文信息链接
Wu, S., Zhu, B., Ye, Z., Cai, H., Yin, M., Ai, Y., Yu, X., Zheng, F., Chen, A., Wang, R., Zhang, Y., Di, H., Hu, N., Hu, X., & Zhang, L. Functional connectivity in whole-brain and network analysis differentiates minimally conscious from unresponsive patients: a resting-state fNIRS study. Journal of Translational Medicine, 2025, 23: 1093.
作者及团队介绍
共同作者 Shaoping Wu、Bohan Zhu、Ziying Ye 来自中山大学附属第三医院康复医学科，长期从事意识障碍的临床评估与神经影像研究。通讯作者 Xiquan Hu、Liying Zhang同属该科室，团队聚焦脑损伤后意识障碍的多模态评估、康复干预与神经可塑性机制，在fNIRS、fMRI、EEG多模态融合及其重症脑损伤应用领域持续产出成果。第二单位为杭州师范大学浙江—比利时意识障碍联合实验室、国际无反应觉醒综合征与意识科学研究所，由 Haibo Di，专注意识障碍国际比较研究与理论建模。本研究受国家重点研发计划（2022YFC3601200、2022YFC3601204）及中山大学附属第三医院相关临床研究项目资助。
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