隐匿意识：苏醒的征兆？******
隐匿意识：苏醒的征兆？
撰文 扬·克拉森（Jan Claassen） 布赖恩·L.埃德洛（Brian L.Edlow） 翻译 臧迪
昏迷病人无法对外界刺激做出反应，看上去早已失去了意识。但科学家发现他们大脑深处潜藏着隐匿的意识，这很可能是他们能否苏醒甚至康复的关键。
1.神秘的昏迷
一个医疗小组围在玛丽亚·马祖尔克维奇（Maria Mazurkevich）的病床四周，所有的目光都聚焦在她身上——而她却什么都没做。7月里炎热的一天，30岁的马祖尔克维奇被哥伦比亚大学纽约长老会医院收治入院。在入院前数日，她在家中突然丧失了意识。起因是大脑血管破裂，出血区域对她大脑的关键区域造成巨大压迫。彼时，医院神经重症监护室的医护小组正在寻找能表明马祖尔克维奇可以听到他们的任何迹象。她当时还需要机械呼吸机辅助呼吸，生命体征平稳，但没表现出任何具备意识的迹象。
马祖尔克维奇的父母也在她的病床边问道：“我们能和女儿说话吗？她听到我们说话了吗？”但她好像什么都不知道。在两位作者中，克拉森医生是马祖尔克维奇医疗小组的成员。当他要求马祖尔克维奇睁开眼睛、举起两根手指或者动动脚趾时，她一动不动。她的双眼也不会跟随视觉线索移动。然而，她的亲人仍认定她还“在那里”。
马祖尔克维奇确实“在”。医疗小组给她做了脑电图（EEG）——通过在头部放置传感器来监测大脑的电活动，同时要求她“持续开合右手”，然后“停止开合右手”。尽管马祖尔克维奇的手没有任何动作，但在两种命令下，她的大脑活动模式表现出了差异。大脑的反应清楚地表明，她察觉到了这些指令，并发现这两种指令是不同的。此后大约过了一周，她的身体开始跟上大脑的步伐。伴随着细微的反应，马祖尔克维奇开始渐渐苏醒过来。不到一年，她几乎完全康复了，身体和认知能力都没有出现重大缺陷。现在，她已经成为一名药剂师。
2.隐匿的意识
马祖尔克维奇的经历展示了“隐匿意识”（covert consciousness）的存在：一种大脑能在一定程度上表现出理解外部世界、身体却没有反应的状态。当医生使用先进的脑成像方法或复杂的脑电活动监测技术，对表现为昏迷或其他无反应状态的病人进行评估时，高达15%~20%的病人能表现出具备隐匿意识的迹象。但多数能探测到隐匿意识的技术和方法，直到近期才得到完善。
这些方法正在改变我们对昏迷和其他意识障碍疾病的理解。而我们在哥伦比亚大学的研究也表明，对于早期就发现拥有隐匿意识的病人，最终能完全恢复意识和认知功能的可能性更高。如果是在几十年前，这些发现可能会让绝大多数神经科医生和神经科学家大吃一惊。由此可见，识别这种隐藏的意识状态，以及研发如何与处在这种状态的病人交流的方法极为重要。
昏迷病人的标准定义为无意识、无法被唤醒、没有任何知觉或与外界环境互动的迹象。与处于深度睡眠中的人相比，由严重脑损伤导致昏迷的病人可能看起来并没有差别，只是大多数昏迷的病人不能自主呼吸，需要依靠呼吸机和人工气道的辅助。
一些人认为陷入昏迷很容易恢复，或者反之，认为昏迷后，人就进入了一种“活死人”状态——这两种极端的认知都是错误的。对于这种现象，电影、小说等作品对于昏迷的通俗描述或许应该承担一部分责任。例如，在电影《杀死比尔》中，乌玛·瑟曼饰演的新娘突然从长期昏迷中醒来，在没有任何喂养管辅助进食的情况下，她看起来营养充足、状态良好，在数小时内就完全恢复了体力。然而，现实远比电影情节更具挑战性，昏迷病人漫长的康复之路，总是伴随着各种频发的医疗并发症、身体机能退化等问题。他们恢复的进程在缓慢地小步前进，但也不得不走上许多回头路。严重脑损伤后昏迷的病人通常需要留置胃管以获取营养，接受气管切开术以通过颈部的人工气道呼吸，而后还要经历数周至数月的康复阶段。但身体恢复的过程总是多变且不可预测，即使对于像马祖尔克维奇一样最终恢复生活自理能力的人来说，也是如此。另一方面，对昏迷病人过于悲观的看法也是不准确的，人们可能会认为所有这类病人都注定无法从昏迷中苏醒，直到最终离世，或者他们即使活下来也会伴有严重残疾。但对于一些病人而言，即便经历了长时间昏迷，他们仍有可能恢复意识、沟通能力甚至生活自理能力。
随着时间的推移，医学界对昏迷和意识的看法已经发生改变。在20世纪60年代，神经内科和神经外科医生注意到，一些昏迷的病人睁开了眼睛，但没有表现出与周围环境的交互。许多此类病人一直保持这种状态直至离世，这使得一些临床医生认为，一旦以这种方式失去意识，就不可能再恢复。
然而，在20世纪90年代，关于“永久性”植物状态的病人恢复意识的报道开始出现在医学文献中。不同于昏迷，在植物状态下的病人可以睁闭双眼，但他们仍然无法做出自主反应。这些报道推动神经重症监护和康复医学领域发展出了更精细的分类，比如微意识状态。这一状态的特征是具备非言语反应，比如用眼睛追踪物体，或间歇性遵从指令。医生发现，病人的预后与所处的这些状态有关。例如，从植物状态转变为微意识状态的病人进一步康复的可能性更大。
在重症监护室，能及早发现并预测意识恢复往往是生死攸关的问题。因为通常家属需要在病人受伤后的10~14天内决定继续还是停止生命维持治疗——此时外科手术是支持长期辅助呼吸和临床营养的必要治疗方法。此外，对于隐匿意识的诊断还可能会影响照护目标、疼痛管理、临床医生和家属的床旁诊疗操作和护理行为、抑郁和焦虑管理等相关的临床决策。
3.理解和诊断
那么对于临床医生和病人家属，要如何理解隐匿意识呢？我们可以从闭锁综合征的视角来了解一些概念。闭锁综合征的病人可能保留了正常或接近正常的认知，但无法支配身体执行大多数运动动作。这一病症说明了仅基于运动功能去判断意识、思维能力和情绪表现的局限性。1966年，神经病学家弗雷德·普拉姆和杰罗姆·波斯纳在他们的专著《昏迷和木僵的诊断》（The Diagnosis of Stupor and Coma）中创造了术语“闭锁”。他们将大仲马的经典作品《基督山伯爵》中的诺瓦蒂埃·德·维尔福描述为“一具有着灵动双眸的尸体”。在临床实践中，闭锁综合征的病人通常无法移动他们的四肢，但许多人可以稳定地控制他们的眼球上下移动，从而响应口头指令。一些病人也能眨眼或者做出其他细微的面部运动。
以闭锁状态生活的体验，被《ELLE》杂志的编辑让-多米尼克·博比生动地描绘了出来。1995年，让-多米尼克·博比突发中风，中风阻断了从大脑运动皮层到脊髓和四肢的信号传递，也导致他失去了说话和移动四肢的能力。此后，他开始用眼球的移动来与他的语言治疗师交流，并撰写了一本回忆录——《潜水钟与蝴蝶》（于1997年出版）。这本书捕捉到了闭锁综合征病人可能会经历的恐惧、挫折和希望。值得一提的是，一些处于闭锁综合征状态的病人曾述说自己的生活很有意义。
而隐匿意识状态的病人完全丧失了外在的运动反应，远甚于闭锁综合征的病人。但这并不意味着他们也丧失了内心世界。2006年，美国西安大略大学的神经科学家阿德里安·M.欧文和同事检测了一名有严重创伤性脑损伤的年轻女性，该病人拟诊为植物状态。医疗团队使用功能性磁共振成像（fMRI）扫描对她进行了评估，该技术是通过追踪大脑中的血液动力反应来显示脑中的激活区域。在扫描过程中，临床医生要求她想象自己正在打网球或正走过自己的房间。令欧文和同事惊讶的是，这位女士的大脑活跃程度与健康志愿者相当。而对比网球任务与步行任务，她的大脑活动模式也表现出两种不同的状态，这表明她可以有意识地改变自己的大脑活动模式。
此后，临床医生在世界各地的病人中发现并确认了隐匿意识的存在，而这些病人有着不同类型的脑损伤。2017年，麻省总医院重症监护室接收了一批严重脑损伤病人，他们看起来对外界毫无知觉，但临床医生却在他们身上同样发现了隐匿意识。这表明隐匿意识不仅会发生在病人昏迷数周之后，也可能发生在近期受伤的急性期病人身上。为了诊断隐匿意识状态，临床医生使用不同的行为任务，比如要求病人开合双手，或者想象自己正在游泳，同时他们借助脑电图或功能性磁共振成像记录病人在执行这些任务时的脑响应。尽管使用的方法有所不同，但世界各地的多个研究小组已经能再现这些脑响应。具有隐匿意识的病人在被要求移动身体部位或想象做某项活动时，可以有意地改变他们的大脑模式。但从表象上看，他们的身体并没有表现出任何试图完成指示运动的迹象。
然而，我们对这种认知功能超过运动表达的状态仍然知之甚少，而脑电图和功能性磁共振成像技术也都有局限性。这些方法可能无法在一些后来恢复意识的病人中检测到有意的大脑活动。同时，这两种技术还可能受到镇静药物的干扰，而镇静药物是保障大多数危重病人安全或舒适的前提。此外，功能性磁共振成像通常需要一个专门的机房。这意味着，想要做磁共振扫描，就需要将身体状况不稳定的病人从重症监护病房转移到机房中，这一过程很可能会置他们于危险之中。还有一个问题是，磁共振成像的重复测量过程并不容易，因此它只能提供短时间内病人意识水平的快照。脑电图的设备倒是可以经常放在病床旁进行检测，它能在不同的时间内捕捉意识水平的快照——但是这种方法也有不足。重症监护室里其他医疗设备产生的电子噪声会影响脑电图读取到的信号，导致测试反映的是伪迹而不是真实脑活动。
尽管这两种方法仍然需要改进，但已有充分的证据表明它们可以用来诊断隐匿意识，它们也已经在美国（2018年）和欧洲（2020年）的临床指南中得到认可。如我们研究小组在2019年发表的工作所展示的（2022年也再度证实），如果能在病人脑损伤后的早期探测到隐匿意识的存在，就可以预测病人在随后也能出现意识恢复的表现。预测还可以具体到行为的恢复、长期功能的恢复以及恢复的速度。而在此类研究突飞猛进的基础上，一群科学家于2019年共同发起了“昏迷治愈行动”。这是一个由神经重症监护学会牵头的国际合作项目，旨在引导医疗资源和公众关注这一疾病，达成研发促进意识恢复新疗法的目标。
神经病学家正尝试开发一种测试手段，用来判断哪些病人可能处于隐匿意识状态，从而为选出的病人做进一步的脑电图和功能性磁共振检测。虽然世界各地的实验室正在努力开发这种筛查方法，但进展缓慢。这是因为隐匿意识出现的结构和功能性机制尚不明确，临床医生无法明确具体需要寻找些什么。最近的研究表明，脑损伤切断了丘脑——一个在身体和大脑之间传递运动信号和感觉信息的区域——与负责高级认知功能的大脑皮层之间的联系，这可能是造成这种情况的原因。然而，导致病人运动功能障碍、同时却具有隐匿意识的，可能并非单一类型的损伤，而是多部位出现的多种损伤的组合。严重脑损伤病人的意识水平会经常波动，也使得检测隐匿意识的临床工作进一步复杂化。这种意识水平的波动意味着单次评估可能会遗漏重要的信号，因此病人可能需要接受多次测试。
4.与昏迷者沟通
基于最近有关隐匿意识的发现，研究人员正试图借助脑机接口设备与这些病人重新建立联系并进行沟通。当医生要求病人在电脑屏幕上移动鼠标光标时，这些设备可以记录病人大脑的电活动。通过“训练”，计算机将“学习”识别病人试图向左、向右、向上或向下移动光标时脑中产生的生理信号。一旦训练完成，脑机接口设备就可以通过识别大脑模式来帮助病人用意念控制光标。这些病人甚至可以用这种方法来选择字母，实现拼写出单词。
显然，脑机接口设备将是隐匿意识病人与外部世界沟通的理想途径。但若想使用这种技术，还需要克服巨大的挑战，特别是对那些急性脑损伤病人而言。这些病人的持续注意能力可能已受到损伤，因此长时程的脑机接口训练通常不太可行。此外，重症监护室繁忙嘈杂的环境也不是进行脑机接口训练的理想场地。回到本文开篇描述的案例，尽管马祖尔克维奇具有隐匿意识，而且她最终恢复情况极好，但她在当时也没能激活脑机接口，实现与医疗团队或家人的沟通。
事实上，隐匿意识病人与外界的沟通也可以通过功能性磁共振成像技术实现。几年前，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的认知心理学家马丁·蒙蒂曾研究过一组无行为反应的病人，他尝试用磁共振成像法判断他们是否具备隐匿意识。蒙蒂想探究的是，通过识别不同的功能性磁共振激活模式，判断病人是不是可以准确地回答出“是”或“否”。这项工作需要实时地分析成像数据，因此需要协调大量不同种类的技术。参考欧文在2006年的研究，蒙蒂也让病人想象自己正在打网球或者正走过自己的公寓。不同之处在于，蒙蒂并非单纯地寻找大脑活动的信号，他更想知道病人对问题的理解能力是否好到可以做出准确的应答。他告诉病人，如果一个问题的答案为“是”，那么就想象自己正在打网球；如果答案为“否”，那么就想象正走过自己的家。最终，蒙蒂在研究对象中识别出一位能使用这种方案进行稳定交流的病人——他创建了一种大脑活动模式用于回答“是”，另一种模式用于回答“否”。尽管对于这一方案能否扩展到更广泛的应用还存在疑问，但他的研究表明，与处于隐匿意识状态的病人进行沟通是可能的。
若想进一步改善与隐匿意识病人的沟通，需要在床旁使用可靠的工具来识别他们。目前，许多研究团队正在开发更先进的沟通技术，比如脑电图技术，因为它更容易纳入重症监护室的临床常规中。而在使用脑机接口设备时，也可以结合大脑活动信号之外的生物信号，比如心率，这样就可以通过算法解码病人控制计算机的意图，提高识别的准确性。
对隐匿意识的诊断和探索，除了能解决救护危重病人这一紧迫的问题外，还具有探索人类心智的潜力。意识是我们之所以为人这种体验的根本，但在隐匿意识状态下，意识与行为却是分离的。那么隐匿意识病人的内在精神生活是什么呢？可以说，对隐匿意识的检测从根本上影响了我们对个体人格和自主性的抽象理解。目前，我们还无法通过脑机接口与隐匿意识病人进行深入交流。而迄今为止，那些恢复了沟通能力的隐匿意识病人在之后接受采访时，都表示不记得有隐匿意识的经历。比如，马祖尔克维奇并不能回忆起她在重症监护室昏迷那段时间里的任何事情。因此在很大程度上，隐匿意识的经历仍然是一个谜。
但不管隐匿意识的发生机制如何神秘，医生都必须利用所有可用的技术和资源，在那些似乎没有任何反应的病人身上寻找是否有意识存在，这是对医生的道德约束，它并不神秘。在“昏迷治愈行动”的引导下，增加获取这些技术和资源的机会已是医学界的一个基本目标和挑战。有了这些工具，我们可以期待一个所有隐匿意识病人都能为自己发声的未来。
（本文译者臧迪是复旦大学附属华山医院神经外科的博士生，研究方向为意识缺失状态的神经基础、意识障碍的神经影像诊断与神经调控治疗）
（图文由《环球科学》杂志社供稿）
《光明日报》（ 2023年01月12日 14版）
智慧港口聚力数字技术创新未来******
作为联通全球经济的重要基础性行业，航运业承担着全世界90%以上的贸易运输。一方面，百年变局叠加世纪疫情，航运业面临多重挑战，数字化成为实现降本增效的必然选择；另一方面，航运业拥有丰富的数字化场景资源，通过智慧港口建设赋能航运业，数字技术也迸发出巨大的新活力。在航运业与数字技术深度融合的大趋势下，筑牢智慧港口数字底座成为业界共识。
构建智能水平运输系统
在建成全球首个“智慧零碳”码头的天津港，一辆辆智能水平运输机器人正在井然有序地装卸货物；码头调度室的大屏上，一组组数据显示着当前码头的运转情况。工作人员介绍说，码头以前是力气活，大型设备上、码头边、集卡车里都需要人。现在整个码头装卸作业基本看不到人了，全是自动化操作。
据天津港第二集装箱码头有限公司总经理杨荣介绍，“智慧零碳”码头项目建设过程中遇到的最大现实需求与挑战来自于水平运输系统。在扇形水平运输的工艺下，会人为形成复杂交通流的路口，甚至可能会出现八向车流在同一路口交汇的情况，需要基于所有的多任务的优先级路线分配以及交通流量的全分配。此外，包括人机交互区域的安全问题、缓冲区并行的交通控制和车路协同问题等，都成为自动化集装箱码头破局的关键。
为了解决这些问题，天津港携手华为打造了首个面向L4级无人驾驶的智能水平运输系统，有效解决了交通过程中出现的解耦等问题。此外，这一系统还面向不同供应商的无人驾驶产品提供了良好的兼容性。目前这一系统已安全稳定运行了长达一年的时间，运达数与可靠性都达到了国际先进水平。
在全球单体规模最大、智能化程度最高的集装箱码头——上海洋山港四期自动化码头，操作员在百公里外推动手柄即可操控码头桥吊、轨道吊等设施，时延仅为百微秒。这是上港集团联合华为首次将F5G（第五代固定网络）技术应用在港口超远程控制作业场景，实现智慧港口运营模式升级。
“远程操控系统已经成为港口改造的重要组成部分，F5G技术的出现恰逢其时地解决了港口的远程操控问题。”上港集团哪吒港航智慧科技（上海）有限公司总经理黄桁介绍，“通过首次在港口应用F5G技术，我们搭建了整个港口的全光网高速公路，使得设备时延降到微秒级，未来这个高速公路将不仅仅提供远程操控，也将承载数据管理与传输等重要工作，为大规模的计算和新技术的应用提供广阔的平台。”
华为公路水运口岸智慧化军团CTO岳坤表示，没有人再怀疑新建码头要做自动化和智能化，现有码头的自动化和智能化改造也提上日程，水平运输的自动化则是当前自动化码头建设或改造中的重点和难点。随着5G和无人驾驶技术的日益成熟，加之港口又是典型的封闭和低速运营场景，因此利用5G网络+无人驾驶IGV（智能导引车）来实现港口的水平运输自动化就成为集装箱码头全流程自动化作业建设的行业趋势。
夯实智慧港口安全基石
随着航运业积极开展数字化转型，安防、远程控制、水平运输、业务协同等行业应用与联接、云、计算、AI、5G等ICT（信息与通信）技术正加速走向协同，ICT基础设施已逐步成为港航企业的核心生产系统之一。
在业界专家看来，要实现全球航运业数字化转型，依然面临不少挑战，其中之一是大数据互联互通问题。在整个航运业营运过程中会产生大量数据，但是各方信息系统差异较大，存在“不愿共享、不会共享、不敢共享”等顾虑，目前还无法实现更有效的数据交换与联通。更为重要的是数字化的网络安全问题。从2017年马士基受到网络攻击开始，航运业就成为网络攻击的重点目标。虽然整个行业对此关注度很高，也投入了不少成本和精力，但伴随着数字化加速，网络攻击的风险也在增加，亟须夯实安全基石。
据杨荣介绍，为了进一步提升可靠性与安全性，天津港“智慧零碳”码头项目采用了华为提供的数据底座，整个云平台以及设施和管理的相关数据都会汇集到数据库里，通过云与数据底座拉通数据，支撑所有不同的系统正常运转。在真实的攻防演练行动中，码头的主机被列为攻击目标，在长达15年的模拟真实攻击时长中都未出现被攻破的情况，这一系统的可靠性与安全性甚至优于一些银行和医院，其数据安全性可见一斑。
“由于自动化码头的远程操控时延要求非常低，如果为安全问题增加一些标准与规则可能会严重影响到生产效率。”黄桁表示，如今在F5G智简全光网的部署与实施下，不仅能够天然免疫ARP攻击（局域网最常见的一种攻击方式），也加快了信息连接传输过程中加密解密的速度。
值得注意的是，根技术安全是筑牢智慧港口数字底座的应有之义。对此，岳坤认为，要用先进替代先进。第一个先进指技术领先，第二个先进指先进来这个领域。经过这几年持续的研发投入，华为可以提供全栈先进的自主可控方案，包括鲲鹏、欧拉、高斯等系列软硬件自主可控平台，已经在各行业得到广泛的应用。据工信部的数据，仅欧拉操作系统就装机超过了170万台服务器。华为与山东港、上海港、中运海运等港航企业已经在安全防护、国产化、人工智能算力中心等方面开始探索，助力港航企业打造全栈安全的数智基座。
引领智慧航运创新未来
在近日举行的“ICT新技术使能智慧港口，释放行业数字生产力”论坛上，交通运输部水运局副局长柳鹏表示，随着新一轮科技革命和产业变革的深入发展，未来五年是加快建设世界一流港口的关键时期，也是重要机遇期。
面对重大产业机遇，今年1月国家发改委印发的《“十四五”现代流通体系建设规划》提出，全面推动智能航运建设，打造智慧港口，提升港口装卸、转场、调度等作业效率。国内各大港口也加快了转型升级步伐。据杨荣介绍，今年10月，天津港“智慧零碳”码头吞吐量突破了100万标准箱，打造的“中运海运天秤座”号集装箱货轮，船时效率达到了一年百万标准箱，今年即可实现当年投产当年盈利。洋山港四期自动化码头相关技术负责人也透露，未来将建立全域智能化管控系统，将云计算、大数据、人工智能等技术手段结合起来，实现安全监督更精准、设备维保更智能、生产作业更高效、港口生产更环保，真正推进自动化码头向智慧化码头落实落地。
今年8月18日，“智慧港口全球创新实验室”在天津揭牌。这个由华为、天津港等行业头部企业与多家知名高校、科研院所联合成立的创新实验室，将打造从“技术攻关”到“应用落地验证”及“商业价值”产学研用的完整闭环，推动港口产业数字化创新。“目的是打造一个行业连接器，通过这个实验室，我们希望能共同解决行业的难题，形成行业的标准，树立行业的样板，共同做强做大智慧港口。”岳坤表示。
日前举行的2022华为全联接大会期间，华为还发布了智能闸口、智能理货、F5G远控自动化等智慧港口解决方案及5G智能单兵、察打一体融合指挥等智慧口岸方案。
“当前，数字化、智能化已经成为各个行业的趋势。将数字技术与基础设施相融合，推进新型基础设施建设，是推动行业发展的重要路径。”华为公路水运口岸智慧化军团CEO马悦表示，“未来，华为公路水运口岸智慧化军团将持续加强在联接、计算、人工智能等领域的投入，在技术架构和工程实现上持续创新，与行业客户、伙伴一起，聚焦智慧港口ICT新技术应用，释放数字生产力。”（经济参考报记者 吴蔚）
