第一作者：陈研、肖湘月
通讯作者：陈研、狄海波
发表期刊：Journal of Neuroscience
期刊5-Year Impact Factor：5.3
通讯单位：杭州师范大学基础医学院
论文DOI：https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1684-24.2025
第一作者：肖湘月
通讯作者：陈研、狄海波
发表期刊：NeuroImage
期刊5-Year Impact Factor：6.1
通讯单位：杭州师范大学基础医学院
论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2024.120753
图文摘要及成果简介：
杭州师范大学基础医学院陈研副教授、狄海波教授与意识障碍研究领域国际知名专家Steven Laureys教授等团队成员，在神经科学领域高水平期刊Journal of Neuroscience和NeuroImage上发表了题为“Clinical diagnostic and prognostic value of residual language learning ability in patients with disorders of consciousness”和“Exploring the clinical diagnostic value of linguistic learning ability in patients with disorders of consciousness using electrooculography”的学术论文。两项研究聚焦于不同意识水平患者的语言加工能力差异，创新性的探讨了传统脑电指标及新型的眼电指标在评估患者语言处理能力和意识水平中的潜在临床应用价值。研究结果表明，这些基于语言范式的电生理指标不仅可以有效反映患者的词汇学习情况，还可以作为诊断和管理意识障碍患者的高效辅助工具，为临床决策提供有力支持。
引言：
意识障碍（Disorders of consciousness，DoC）是指个体对周围环境以及自身状态的识别和觉察能力出现障碍的一种病理状态。对于意识障碍患者而言，准确判断其残余意识水平以及认知能力，是制定个性化的科学康复策略的关键。目前多数评估方式依赖患者的运动或语言等显性行为反应，但由于DoC患者的严重脑损伤，其躯体和认知能力存在不同程度的功能障碍。这可能使患者潜在意识难以表现，影响诊断的正确性，使得行为评估的可靠性下降。因此，近年来，随着神经影像学技术的发展，越来越多的研究人员开始将其引入作为工具，用于对DoC患者的意识进行评估以及预后推测，但现有方法在安全性、经济性、操作难易程度等方面仍存在一定的局限性。因此，临床期待能够有更加实用且自然的床边工具来准确检测DoC患者的隐藏的意识水平。
图文导读：
在本研究中，研究团队基于词汇学习范式，利用电生理学信号评估被试的语言加工能力及意识水平。其中研究一采用传统稳健的脑电（Electroencephalogram, EEG）技术进行原理性探究，验证范式的有效性与稳健性；研究二则创新性引入具备操作简便、成本低廉等优势的眼电图（Electrooculography, EOG），探究其在该领域中的临床应用潜力。
参与者在完成词汇学习任务前后，聆听同一段人工假词语音流，研究团队同步记录其电生理反应，以评估语言学习对神经活动的调节作用。在对被试的电生理学数据进行频谱分析后发现，两类电生理指标的结果高度一致：在完成词汇学习后，健康对照与最小意识状态（Minimally Conscious State, MCS）患者均表现出显著的词汇神经追踪反应，这表明他们对学习材料进行了有效的的加工处理；而无反应觉醒综合征（Unresponsive Wakefulness Syndrome, UWS）患者则未表现出此类效应。进一步地，研究团队对学习前后人工词汇频率下的试次间相位相干性（Inter-Trial Phase Coherence, ITPC）进行了重复测量方差分析，结果显示，不同意识水平的个体在语言学习能力方面存在显著差异。具体而言，MCS患者在人工词汇加工中表现出与健康被试相似的显著学习效应：其在学习后于词汇频率下的ITPC值显著高于学习前。相较之下，UWS患者未表现出类似的变化。
图 1 三组被试在不同学习阶段的词率ITPC。（A）组别对词率ITPC存在显著主效应，并进行事后比较。（B）学习阶段和组别之间的显著交互作用表明，三个组别在不同学习阶段的词率ITPC不同。（C）HC、MCS和UWS组不同学习阶段脑电信号的ITPC频谱分析。（D）每个参与者组不同学习阶段的词率ITPC和EEG地形图。
两项研究均进一步探讨了电生理信号与行为学数据之间的相关性。研究一发现，MCS患者学习后的词率ITPC变化与实验时以及六个月预后时的行为评分均显著相关；而在UWS患者中，则未观察到显著相关性。该结果提示，通过追踪患者在词汇学习过程中的神经反应，或许可以更准确地判断其意识状态及其转归，从而为DoC患者的临床诊断与预后评估提供新的客观指标。
研究二的相关分析进一步表明，EOG指标对词汇学习效果的评估与传统EEG结果高度一致，验证了其作为新型评估工具的可行性与可靠性。此外，EOG指标还再次证明，DoC患者在语言学习任务中的表现与其通过行为量表评估的运动与言语功能之间存在显著相关性，进一步支持该范式的临床应用价值。
图 2 ITPC 与行为评分的相关性分析。（A）EEG词率ITPC差值与评估时的CRS-R评分的相关性；（B）EEG词率ITPC差值与6个月后随访时的CRS-R评分的相关性；（C）EOG与EEG词汇ITPC差值之间的相关性，以及与CRS-R子量表评分的关系。
此外，为评估词汇ITPC指标在预后预测中的潜力，研究一还进行了线性回归分析。结果表明，与传统临床行为评估指标相比，词汇频率下的ITPC能够显著提高预后预测模型的准确性。进一步地，研究利用词率与音节率下的ITPC特征值训练了一系列机器学习模型，以探索该语言学习范式中EEG指标在意识障碍患者诊断与预后预测中的临床应用价值。研究结果显示，学习前后词汇ITPC的变化不仅能够有效地区分健康个体与DoC患者，还能进一步区分MCS与UWS患者。值得注意的是，在模型预测为MCS而行为评估为UWS的患者中，大多数在随访中表现出优于模型、行为双重判定为UWS者的转归。这一发现提示，词汇ITPC指标可能揭示出传统行为学评估未能捕捉的潜在意识迹象。进一步结合脑电指标与行为评估信息，还能够显著提升对患者预后转归的预测能力，为临床提供更为全面和精准的参考依据。
小结
综上所述，这两项研究通过动态监测外显语言学习过程中的电生理学指标，系统探讨了不同意识水平患者在语言处理能力方面的差异。研究结果证实了该范式在评估意识状态与识别词汇学习效应方面的可靠性，以及EOG指标的实用价值，有望作为一种快速、准确且高效的辅助工具，应用于DoC患者的诊断与管理。这一发现为电生理学指标在识别DoC患者残余认知功能方面的临床应用提供了实证支持，并为制定个体化康复干预方案提供了潜在的生物标志物。
作者简介
第一作者简介：
肖湘月：
杭州师范大学基础医学院21级生理学硕士毕业生（左2，左1为Steven Laureys教授，右1为狄海波教授），主要从事意识障碍患者电生理学及影像学相关研究。以第一作者（含共同）在Journal of Neuroscience、Neuroimage等期刊发表研究论文4篇。
通讯作者简介：
陈研：
博士，副教授，硕士生导师。主要从事脑科学领域工作，研究兴趣集中在语言及其障碍的认知神经机制。主持国家自然科学基金、浙江省自然科学基金各1项，近年来，在Nature Communications、Brain、Journal of Neuroscience等国际著名期刊上发表论文20余篇。
狄海波：
博士，教授，博士生导师，科技部重点研发计划首席科学家、浙江-比利时意识障碍联合实验室负责人、杭州师范大学意识科学研究所所长、比利时列日大学博士后，列日大学客座教授、国家自然科学基金重点项目终审专家、中华医学会高压氧分会脑复苏专业学组副组长兼秘书长、中国康复医学会意识障碍康复专业委员会副主任委员、中国睡眠研究会睡眠与神经调控专业委员会副主任委员。主要从事意识及意识障碍领域相关机制及临床应用研究，主持国家重点科研项目等意识障碍相关课题20余项，近年来，在Neurology、BMC Med等知名期刊发表学术论文80余篇，SCI收录论文40余篇。
