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麻醉与意识障碍(DoC)患者均存在可逆性意识丧失，目前缺乏有效促醒疗法。针对脑干网状结构(BRF)这一意识觉醒核心枢纽，本研究创新性地采用经鼻内镜路径植入电极，对麻醉状态绵羊进行腹侧脑干细胞膜外电刺激(ECS)。结果显示，5mA、100Hz的ECS可稳定地将皮层信号部分逆转至类清醒特征，并增强丘脑-皮层功能连接。这为未来治疗长期意识障碍提供了一种极具前景的微创神经调控解决方案。
当我们被全身麻醉，或是因为严重的脑损伤而陷入昏迷，意识仿佛被按下了“暂停键”。如何安全、有效地“重启”大脑，让意识回归，一直是神经科学和临床医学面临的巨大挑战。目前，直接或间接的脑电、磁刺激被视为有前景的促醒工具，但由于疗效和安全性方面的挑战，能有效恢复意识的治疗方法仍然有限。传统上，许多研究将目光投向了大脑深部的丘脑，但越来越多的证据表明，位于脑干的网状结构(BRF)才是意识觉醒电路的真正“总开关”。它像大脑的“唤醒中枢”，通过上行网状激活系统(ARAS)向丘脑和广泛的大脑皮层发送激活信号。那么，能否绕开高风险的颅内穿刺，通过更微创的途径直接调控这个“总开关”来逆转意识丧失呢？
近期，发表在《Brain Stimulation》上的一项研究给出了一个充满想象力的答案。来自北京大学第三医院等机构的研究团队 Jingyu Feng, Bin Liu, Zhijun Zhao 等人，在绵羊模型中，成功通过鼻腔这条自然通道，将电极送达腹侧脑干附近，并通过电刺激有效逆转了麻醉诱导的意识丧失状态。这项研究为未来治疗长期意识障碍(DoC)开辟了一条全新的、微创的神经调控路径。
为了探索经鼻路径调控脑干促醒的可行性，研究人员主要运用了以下几项关键技术：首先，他们利用神经内镜和神经导航系统，为三只12月龄雄性绵羊经鼻精准植入了针对腹侧脑干（斜坡骨和硬膜外）以及双侧丘脑的深部电极，并在额顶叶皮层表面放置了皮层记录电极。其次，在麻醉维持的 unconscious 状态下，他们系统性地施加了三种电刺激：腹侧脑干细胞膜外电刺激(ECS)、腹侧脑干骨电刺激(BES)和丘脑深部脑刺激(DBS)，参数涵盖多种强度。最后，研究通过记录丘脑和皮层的局部场电位(LFP)，并运用功率谱、地形图、相干性及格兰杰因果分析等多种神经信号处理方法，定量评估了刺激前后皮层神经振荡功率、脑区动态变化以及丘脑-皮层功能连接的变化，从而客观衡量促醒效果。
电刺激腹侧脑干可改变 unconscious 状态下的皮层功率
研究人员首先对比了清醒与麻醉状态下的大脑活动特征。在麻醉状态下，前额叶皮层的LFP主要表现为低频、高振幅的delta和theta波振荡；而在清醒状态下，高频的alpha和beta波功率显著增强。这证实了麻醉成功诱导了意识丧失模型。当施加电刺激后，他们发现只有特定参数的ECS能够诱导皮层信号向清醒状态的特征转变。
ECS-5mA 可相对稳定地将皮层信号从 unconscious 状态部分逆转为清醒状态
通过比较不同刺激模式和强度，研究发现，在腹侧脑干ECS中，5mA、7mA、8mA、9mA和10mA的刺激均能引起高频beta和gamma功率的增加，以及低频delta、theta和alpha功率的降低，这与清醒状态的变化趋势一致。其中，ECS-5mA 的效果最为突出且稳定：在30秒刺激结束后，其诱导的皮层功率转变能在整个120秒的记录期内保持稳定，呈现出“部分逆转”的特征。而其他强度（如7mA以上）的刺激效果则会在40秒后消退，或引起不稳定的变化。
ECS-5mA 诱发额叶动态变化并部分逆转了alpha-beta功率前移
研究进一步分析了刺激诱发的皮层动态变化发生在哪些脑区。结果显示，ECS-5mA主要抑制了额叶区的低频（delta, theta, alpha）功率，同时提升了全脑记录通道的beta频段功率。此外，在麻醉状态下，alpha/beta功率会出现从后向前额叶集中的“前移”现象。ECS-5mA的刺激能够部分逆转这种“前移”，使功率变化更趋近于清醒时的分布模式，表明其有效调整了与意识相关的皮层活动模式。
ECS-5mA 增强部分丘脑-皮层功能连接
意识不仅关乎局部脑电活动，更依赖于脑区之间的网络连接。研究人员通过分析丘脑与皮层之间的相干性和格兰杰因果关系来评估功能连接。发现麻醉会降低丘脑-前额叶皮层在高频（alpha, beta, gamma）波段的功能连接，同时增强低频（delta）连接。而ECS-5mA的刺激，能够特异性恢复左侧丘脑与前额叶皮层之间在beta频段（14–35 Hz）的相干性，并广泛增强从丘脑到前额叶皮层的定向信息流（格兰杰因果连接）。这表明，ECS-5mA不仅改变了皮层的局部活动特征，更重要的是，它修复和增强了对于高级认知和意识至关重要的丘脑-皮层环路连接。
相比之下，针对腹侧脑干的骨电刺激(BES)虽然引起了皮层LFP振幅的变化，但未能诱导出与清醒相关的特征，推测是因高阻抗的斜坡骨阻挡了电流有效到达深部脑干所致。而针对丘脑的DBS，在本研究采用的参数（100Hz, 最高1.5mA, 刺激30秒）下，也未能引发即时的皮层反应，提示可能需要更高频率或更长时间的刺激。
研究结论与意义
本研究成功开发并验证了一种经鼻腹侧脑干电刺激技术。与需要开颅的深部脑刺激(DBS)相比，该技术通过自然腔道植入电极，无需颅内穿刺，实现了对意识觉醒核心枢纽——脑干网状结构(BRF)的微创调控。通过系统的参数探索，研究明确了5mA、100Hz的腹侧脑干细胞膜外电刺激(ECS-5mA)为最优参数，能够稳定地将 unconscious 状态的皮层信号部分逆转至类清醒特征，并特异性增强丘脑-前额叶皮层的功能连接。这些发现为利用经鼻脑干调控促进意识恢复提供了关键性的原理验证和支持。
该研究的重大意义在于，它首次证实了通过经鼻这一微创入路对脑干进行电刺激以逆转意识丧失的可行性，为众多长期意识障碍患者（如植物状态、微意识状态）带来了一种潜在的全新治疗选择。尽管从动物模型到临床应用仍存在解剖差异、长期安全性等挑战需要克服，但这项研究无疑为神经调控领域点亮了一条新的技术路径，未来有望发展成为一种高效、低创的促醒疗法，具有重要的临床转化前景。
