慢性意识障碍(chronic disorders of consciousness, DOC)是严重颅脑损伤后常见的一种意识状态，DOC包括植物状态(vegetative state, VS)和微意识状态(minimally conscious state，MCS)^[1]。MCS是一种对自身或外界周围环境表现出微小、波动、可重复明确行为的一种意识障碍。MCS因意识水平的差异又分为微意识状态-(MCS minu, MCS-)和微意识状态+(MCS plus, MCS+)，MCS-的行为表现主要有视物追踪、疼痛定位和情感反应等，而MCS+主要是有遵嘱动作、可辨析的语言或部分交流。临床研究显示，MCS比植物状态具有更好的远期意识恢复潜力^[2]。目前国内外对于MCS尚无基于循证医学的治疗指南，探寻一种安全、有效的技术来提高MCS患者的意识恢复是目前亟待解决的问题^[3]。

传统经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation，tDCS)是一种无创的脑调控技术，它通过恒定、低强度电流调控大脑皮质，从而引起大脑皮质兴奋性的改变。传统tDCS由阴极和阳极两个片状电极构成，阳极刺激可提高皮质的兴奋性，而阴极刺激抑制皮质的兴奋性，兴奋性的改变可引起神经可塑性的变化^[4]。目前有研究表明传统tDCS可以提高MCS患者皮层的兴奋性和连接性，促进其意识的恢复^[5]。然而，传统tDCS电极片大小为20~35 mm²，产生的电流分布分散，靶区聚焦性差，很难解释产生的效应是靶区皮质还是邻近区域的皮质^[6]。另外传统tDCS调控浅表皮质，深度有限^[7]。近年来，高精度经颅直流电刺激(high-definition tDCS，HD-tDCS)作为一种新型神经调控技术被应用于多种疾病的治疗^[8]。本研究采用HD-tDCS对MCS患者进行长时程重复楔前叶调控，探讨其对MCS患者意识恢复的作用，以期为MCS患者的意识康复提供新的治疗方法。

1 资料与方法 1.1 一般资料

前瞻性纳入2018年6月至2021年1月郑州大学第五附属医院神经外科住院治疗的48例MCS患者，分为HD-tDCS组和对照组，两组各24例，其中男性28例，女性20例，年龄14~74岁。因肺炎、阵发性交感神经兴奋发作、肠梗阻、疗程不足等因素，HD-tDCS组和对照组各有4例，共计8例未能完成试验。最终HD-tDCS组纳入20例，对照组20例。纳入标准：符合昏迷恢复量表(Coma Recovery Scale-Revised，CRS-R)评分的MCS患者。本研究纳入的MCS患者病程均大于3个月。排除标准：楔前叶损伤；曾接受过tDCS、经颅磁刺激治疗；使用心脏起搏器、动脉瘤夹等治疗。本研究方案通过郑州大学第五附属医院伦理委员会批准(KY2020024)。

1.2 治疗方法

对照组给予常规治疗，包括应用金刚脘胺(100 mg，2次/d)药物、高压氧、肢体康复和针灸治疗等。HD-tDCS组在对照组治疗基础上应用HD-tDCS(Soterix：4x1-C2, 美国)治疗。具体参数和疗程如下：采用4×1环形电极，固定在32通道的脑电图定位帽中(正极中心电极覆盖目标脑区，周围有4个阴性电极)。中心电极(阳极)按国际10-20脑电图系统置于Pz上，4个阴极电极距Pz直径约3.5 cm，对应于Cz、P3、P4、POz位置。电流强度为2 mA，持续20 min，每日2次，共2周，28次。每次刺激后都观察记录HD-tDCS刺激的不良作用，如刺激区域皮肤有无烧伤、发红，有无癫痫发作等不良反应。本研究利用SimNIBS软件，基于核磁共振模板颅脑电流有限元模型，对HD-tDCS诱导的皮质电场进行评估，确定产生的电流可以刺激到楔前叶，见图 1。

1.3 观察指标

在4个节点(基线，单次刺激，刺激第7天、第14天)对HD-tDCS组和对照组MCS患者进行CRS-R量表评分并记录。CSR-R评分由两名高年资医师分别评定。CRS-R量表由6个子量表23个条目组成。6个子量表涉及听觉、视觉、运动、语言、沟通和唤醒功能的评分。HD-tDCS反应者被定义为HD-tDCS治疗或常规治疗后出现新的意识迹象的MCS患者(如遵嘱运动，凝视目标，视物追踪，对物体的识别、定位或使用，疼痛定位，可辨的词语，非功能或功能性交流且这些新的意识迹象前从未出现过)。

1.4 统计学分析

应用SPSS 26.0统计软件对数据进行处理与分析，统计分析所有符合试验方案要求的受试者。HD-tDCS组和对照组年龄、昏迷时长和基线CRS-R评分的比较采用Man-Whitney方法。HD-tDCS组和对照组在不同节点CRS-R评分的比较采用t检验。HD-tDCS组HD-tDCS治疗前后不同节点CRS-R总分及子项目的变化比较采用Wilcoxon方法。检验水准α=0.05。年龄、昏迷时长及基线CRS-R评分以中位数(四分位数间距)表示。HD-tDCS组和对照组治疗前后不同节点CRS-R总分以x±s表示。

2 结果 2.1 患者一般情况与临床疗效

HD-tDCS组和对照组在年龄、昏迷时长和基线CRS-R评分差异均无统计学意义(P=0.807、0.394、0.129)，见表 1。HD-tDCS组在T1后HD-tDCS反应者有6例，T2后HD-tDCS反应者14例，T3后HD-tDCS反应者17例。9例从MCS-恢复到MCS+，其中1例T1后恢复到MCS+，2例在T2后恢复到MCS+，6例T3后恢复到MCS+。5例MCS-患者单次刺激后出现新的意识迹象，而在T3后均恢复到MCS+。HD-tDCS治疗期间未见皮肤烧伤、红肿，癫痫等不良反应。对照组只有在T3时有2例反应者，但无患者由MCS-恢复到MCS+。

2.2 HD-tDCS组、对照组在不同节点CRS-R评分的比较

HD-tDCS组患者在T3时CRS-R评分明显高于对照组，差异有统计学意义(P=0.008)，而在T1、T2时差异无统计学意义(P_T1=0.359，P_T2=0.435)。HD-tDCS组意识改善患者比例(85%)高于对照组(9.5%)。HD-tDCS组患者在T1、T2、T3相比于T0时CRS-R评分分值均有提高，差异均有统计学意义(P_T1=0.024, P_T2 < 0.001, P_T3 < 0.001)，随着治疗次数和时长的增加，CRS-R评分分值逐渐提高(图 2)。

2.3 HD-tDCS组HD-tDCS治疗前后不同节点CRS-R子项目的变化比较

单次刺激T1与T0时比较，发现视觉子量表分值差异有统计学意义(P < 0.05)，其余子量表未见明显变化。视觉、运动子量表分值在T2、T3时的分值提高的越来越明显，与T0时相比有明显差异。言语子量表分值：与T0相比，T1时改变未见差异，T2时有小幅度提高，但差异无统计学意义，T3时改变差异有统计学意义(P < 0.05)。交流子量表分值：与T0时相比，T1、T2时有小幅度提高，但差异无统计学意义，T3时有显著提高(P < 0.01)。觉醒子量表分值：与T0时水平相比，在T1时未见差异改变，T2、T3时显著提高(P < 0.01，图 3)。

3 讨论

多项国内外研究显示传统tDCS可以提高DOC的意识恢复，尤其是MCS患者^[8-15]，但是这一技术还远未成熟到应用于临床实践中。传统tDCS其固有的不足，比如无法精确定位目标靶点、电流大量地衰减等无法高效刺激大脑皮层。HD-tDCS是一种新型无创神经调控技术，采用4×1小型圆环状电极片代替空间精度较差的海绵电极片，通过计算机模拟电流的脑区分布，提高了电流的聚集性，靶点定位更精确，调控脑区的电流密度更大，能够更好的诱发皮质特定区域的可塑性^[16]。本研究显示长时程重复HD-tDCS调控楔前叶有助于MCS患者的意识恢复。不同时间节点CRS-R评分结果显示，随着刺激次数的增加、调控效应的累积，CRS-R分值也相应提高，而在子量表中的听觉、视觉、运动的评分也显示类似结果。每个电极通道电阻在全程刺激的监测，提高了HD-tDCS的安全性，整个研究中所有患者未发现皮肤烧伤、癫痫等不良反应。

MCS包括MCS-和MCS+两类意识状态。MCS-显示较低有意识的行为，例如视觉追踪、疼痛定位、不自主运动等，MCS+可表现出可重复的遵嘱运动。这些临床行为差异的机制已在功能影像学的研究中得到验证^[17]。另外MCS比植物状态残留更完整的意识网络，具有更强的神经可塑性和意识恢复潜力^[2]，临床医师和家属对MCS患者的救治更加积极。因此，本研究纳入的DOC均为MCS患者，减少了患者状态差异的影响。结果显示，MCS患者在给予28次长时程重复HD-tDCS调控后，CRS-R评分在组间才有统计学意义，这可能也提示，意识相关脑网络保存相对完好，具有更大可塑性的MCS患者也需要长期重复的调控治疗，以便重塑意识环路。HD-tDCS组有30%(6/20)的MCS患者给予单次刺激后出现新的意识行为。在T2和T3后分别提高到70%(14/20)、85%(17/20)。研究还发现5例MCS-恢复到MCS+，而初始为MCS+患者的意识状态未脱离微意识状态。THIBAUT等^[18]采用传统tDCS(2 mA，20 min，5次)对16例MSC患者重复刺激左侧前额叶背外侧脑区(the dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)，发现CRS-R评分与刺激次数呈线性关系，单次刺激显效率为25%，5次刺激后提高到56%，且产生的临床改善可以持续1周。另外一项传统tDCS研究对26例DOC患者给予2次/d，10 d tDCS(2 mA，20 min)，共计20次的治疗，其中30.76%(8/26)DOC刺激后立刻均出现了明显的临床提高，53.8%(14/26) DOC在20次刺激后出现新的意识行为表现^[19]。本研究和传统tDCS的结果提示，单次tDCS对部分MCS患者意识恢复有效果，而长时程重复刺激对MCS患者的意识恢复作用具有更强的作用。与传统tDCS文献报道相比，HD-tDCS对MCS的反应者明显更多，这可能与刺激靶点、特殊的电流分布和强度有关，这也是HD-tDCS在DOC领域应用的优势。同时，本研究结果也提示，长时程重复HD-tDCS可以提高反应者的人数，尽管单次刺激后有新的意识行为出现的MCS-患者在28次治疗后恢复到MCS+，也不能因此作为所有MCS患者刺激效果的预测指标。

对DOC患者的临床诊断首先是基于行为学的评估，也是目前临床评估的主要手段。标准的评分系统有助于减少对MCS的误诊^[20]。CRS-R评分被首推为临床应用的评分量表，能够较好区分植物状态、MCS-和MCS+^[21]。CRS-R包括6个子量表，总分由每个子量表的最高分之和组成。但它不能完全用于子量表的定性分析。事实上，只要达到了子量表的特定项目评定就可以诊断为MCS。本研究结果显示，CRS-R评分在单次HD-tDCS刺激后与基线相比差异有统计学意义，随着重复刺激的增加和累积，差异更加显著。而在子量表的分析中发现，听觉、视觉、运动、语言、沟通的评分也随着刺激次数和时间的延长出现显著的差异。其中听觉和视觉量表尤其显著。这可能是MCS的听觉和视觉功能保存相对完好有关，而运动、语言、沟通量表多受肌张力障碍、肢体偏瘫、失语等因素的影响。上述研究结果提示，在CRS-R评分时需要重点关注听觉、视觉与运动量表的评分，这有助于临床上发现被误诊的MCS患者。

不同脑区的损伤对意识水平的影响存在差异，意识网络关键脑区的损伤可能更易导致严重的意识障碍，因此刺激靶点的选择是促进意识恢复的关键因素之一^[22]。目前tDCS在DOC调控中常用的靶点有左侧DLPFC、后顶叶皮质和左侧初级感觉运动皮质^{[8-9, 11]}。左侧DLPFC是目前最常用的靶点，这一区域是外部意识网络的重要组成部分^[23]。但是对于该区域脑组织结构严重损伤，存在颅骨缺损或头皮伤口愈合不佳的患者，则需要选择其他靶点。楔前叶在临床和研究中较少受到关注，主要是因为其部位隐蔽，局灶性病变的研究很少涉及。楔前叶是内部意识网络的主要功能区，也是静息状态脑代谢活动最强的脑区之一，这与意识维持的高级功能密切相关^[24]。在意识中央环路理论中，楔前叶也起着重要的作用。THIBAUT等^[25]研究发现，tDCS刺激左侧DLPFC对MCS患者产生促醒作用，需要患者左侧DLPFC、楔前叶和关键皮质脑区的完整性和/或残存代谢活动，这也证实了楔前叶在MCS患者意识恢复中的作用。基于上述因素，本研究选择楔前叶作为靶点，HD-tDCS电流分布图显示，刺激电流可以有效地刺激到楔前叶。传统tDCS可能无法刺激到这一深部区域，国内未见报道调控楔前叶对MCS患者意识恢复作用的研究。本研究结果显示，调控楔前叶可以提高MCS患者意识相关的行为表现。

本研究也存在一些不足之处：①样本量小，需要后期开展多中心、大样本的研究；②入组MCS患者病因较复杂，需要后期的实验采用病因相对一致的随机对照研究；③本次研究未能应用脑电、事件相关诱发电位、功能核磁影像等技术，这些客观的指标有利于更好地了解HD-tDCS调控楔前叶意识恢复的机制，这也是后续需要开展的研究。