脑电峰频率在慢性意识障碍中评估的应用现状及进展
2026-01-28 来源:临床神经外科杂志

作者:魏翔,鲁广函,刘敬轩,董文文,赵亮,邱畅,章文斌,南京医科大学附属脑科医院功能神经外科

 

脑电峰频率是脑电图信号中特定频段内最强的频率点,反映了大脑皮层神经活动的自发性、节律性特点。其通过研究脑电图中α、β、θ 及θ 等特定频段的活动峰值,在此基础上进行分型,以此来判断大脑所处的兴奋或抑制性神经生理状态。

 

通过对不同频段脑电波的分析,尤其是峰频率的变化,能够为临床提供有关患者意识水平、神经功能及康复潜力的重要信息。脑电峰频率目前已广泛应用于意识障碍、认知障碍精神障碍等疾病的评估与预后判断,逐步获得了国内外学者的认可。

 

不同的脑电峰频率分型代表着不同的神经生理状态,在临床上,尤其是在慢性意识障碍(prolonged disorder of consciousness,pDoC)患者中,脑电频率的变化能够反映大脑的功能状态、意识水平及恢复潜力。pDoC 是一种严重并持久的神经病理状态,患者由于广泛的大脑损伤而丧失自主意识,无法与外界进行交流或响应外界刺激。

 

常见的慢性意识障碍状态包括昏迷、植物状态(vegetative state,VS)与微小意识状态(minimally conscious state,MCS)等。对于此类患者,临床上通常依赖临床神经评估,如格拉斯哥昏迷指数(Glasgow coma scale,GCS)、修订的昏迷恢复量表(coma recovery scale-revised,CRS-R)等和影像学检查(如功能性磁共振成像等)进行诊断,但这些手段往往局限于粗略评估,且无法提供关于患者意识恢复潜力的精确预判,容易导致误判并影响患者的诊疗,对患者家庭及社会造成了极大的负担。

 

因此,目前迫切地需要一种无创性的、精准的检测方法,为pDoC 患者提供有效的预后判断及后续治疗方案。脑电峰频率基于脑电图之上,不仅具有高时间分辨率和非侵入性的优点,同时其将脑电图中不同频段的活动进行分离提取,在此基础上对pDoC 患者的脑电活动进行分类判断,根据其脑电频段活动程度的判断其意识水平,从而对pDoC 进行诊断评估。近年来,脑电峰频率的变化被认为能够在一定程度上反映意识恢复的潜力及临床状态的动态变化,因此其应用前景备受关注。

 

本文综述了脑电峰频率在pDoC 中的研究进展及应用,重点讨论了其在评估pDoC患者临床状态、预后评估和恢复预测等方面的应用,并探讨了未来研究的潜在方向。

 

1. 脑电峰频率谱与意识状态的关系

 

目前对于pDoC 的神经网络机制仍处于探索阶段,国际尚未达成明确的统一观念。Schiff 等提出“中央环路模型”,即前脑中间回路和额顶网络是意识障碍最关键的两个神经回路,中央丘脑是连接两者的中枢,该回路的损伤是导致pDoC 的直接原因。根据该模型,传入神经的阻滞程度、丘脑的活动与脑电图模式之间存在着一些潜在的关系。因此,根据传入神经的阻滞程度,中央丘脑的活动可以分为静止状态(“A 型”“B 型”)、爆发状态(“C 型”)或进入强直状态活动模式(“D 型”)。这些不同的状态反映了慢性意识障碍患者中央丘脑的不同活动水平,由此来判断患者所处的意识状态。

 

A 型代表VS,脑电峰功率谱上表现为新皮质神经元完全性去传导,平均膜电位约为- 70 mV,频率<4 Hz(没有或只产生低频震荡);B 型可以出现在MCS 患者中,在脑电峰功率谱上表现为平均膜电位在- 65 ~-60 mV之间,可自发产生约4 ~8 Hz 的振荡(以θ 振荡为特征);C 型则是在B 型的基础上,产生更多的传入活动,并在皮层投射区产生共存的约5 ~9 Hz 和15 ~24 Hz 脑电图振荡(具有θ 和β 振荡);D 型代表正常的脑电图活动,总体以8 ~13 Hz 为主,在15 ~ 40 Hz 范围内波动(具有α 和β 振荡)。

 

由此,根据pDoC 患者的脑电图功率谱结果,即可对患者的脑电图特征进行判断,从而进行患者意识水平的分型。其中,脑电峰频率功率谱ABCD 与丘脑皮质完整性的关系可表示为:A 型代表完全受损,B 型代表严重受损,C 型代表非严重受损,D 型代表正常。其中,脑电峰频率的减慢程度反映了意识障碍的程度,频率小于4 Hz 为A 型,代表植物状态;而频率5 ~ 7 Hz 之间则为B 型,代表MCS。因此,根据脑电峰功率谱ABCD 模型,可量化分期反映慢性意识障碍的不同时期,从而为分期及治疗提供指导。

 

2. 脑电峰频率在慢性意识障碍中的应用

 

2. 1 临床评估与诊断

 

目前,依靠现有的标准化的神经行为学的评估方法对确定pDoC 患者分期的误判率高达40%左右,严重影响了患者的病情评估及临床判断。近年来国际上一些学者提出通过脑电峰频率ABCD 模型来判断pDoC 患者的临床分期,相关文献也证实了此种评估方法的可靠性。通过对pDoC 患者脑电不同频段活动峰值的分析,在此基础上进行分型(A、B、C、D 型),可以客观地评估患者的意识水平并明确诊断。

 

例如,在植物状态下,患者的脑电图可能表现出高振幅的δ 波,而特定频谱上没有或只产生低频震荡,这对应于脑电峰频率ABCD 模型上的A 型,即神经元处于静息状态。然而如果患者的脑电活动出现特定频段的自发性震荡,则是其意识水平恢复的潜在指标。因此,脑电峰频率ABCD 模型可以作为判断pDoC 患者临床分期的客观化可靠标准,同时对于pDoC 患者的诊断分期及预后评估也具有重要的意义。

 

在临床上,同时采用临床神经评估(如GCS、CRS-R 等)联合脑电峰频率ABCD 可能对于pDoC 患者的评估及诊断更为精准。加州大学的一项研究显示,通过对不同分期患者的脑电峰频率ABCD 模型与格拉斯哥昏迷评分进行对比,其具有显著相关性,提示了该模型可能可以作为预测pDoC 患者意识水平的生物标志物。

 

2.2 预后判断

 

pDoC 患者长期面临康复及后续预后治疗的问题,这给家庭及社会带来极大的经济及社会负担。因此,需要一种客观化的评估方案来指导此类患者的预后及康复。脑电峰频率的变化与慢性意识障碍患者的预后密切相关。研究表明,VS 患者的脑电图若存在持续的低频δ 波活动,脑电峰频率无或只有低频自发性震荡,通常预示着较差的预后。而在一些患者中,随着时间的推移,患者可能会产生自发性的意识恢复,脑电图频率谱可能会发生变化,例如从以δ 波为主转为表现出更多的θ 波或α 波,同时产生特定频率的自发性震荡,这可能提示患者具有一定的意识恢复潜力。通过对脑电图频率谱的长期监测,医生能够更好地预测患者意识恢复的潜力,并在此基础上指导治疗及后续康复。

 

2. 3 指导治疗

 

对于pDoC 患者的治疗来说,药物治疗、高压氧等保守治疗的效果并不令人满意。近年来随着神经调控技术的发展,其在诸多领域如运动障碍性疾病、精神类疾病、疼痛相关的效果得到了国内的广泛认可,也为pDoC患者意识水平的恢复带来的新的希望。经典的神经调控技术分为无创与有创性,前者主要包括:(1)重复经颅磁刺激;(2)经颅直流电刺激;(3)外周神经电刺激。无创性神经调控目前发展不一,但仅有少量的文献表明其对改善pDoC 患者意识状态有明确效果。

 

有创性神经调控技术主要包括:(1)脑深部电刺激(deep brain stimulation,DBS); ( 2 ) 脊髓电刺激术( spinal cord stimulation,SCS);(3)皮层电刺激、迷走神经电刺激等。其中最有希望及发展潜力的为DBS 与SCS,这两种有创性神经调控技术靶点不一,前者主要靶点为中央中核-束旁核复合(center median-parafascicular complex,CM-pf),多篇文献报道了数名CM-pf DBS 治疗pDoC 的效果,患者术后的意识水平较术前得到了明显改善。

 

然而DBS 对于患者的脑组织结构要求比较严格,手术适应症范围较小,大多数因外伤或脑出血而开颅损伤脑组织的患者无法进行此类手术。而SCS 的植入位置为颈2 -颈4 的硬膜外间隙,并且仅仅要求患者颈椎无明显结构性病变,手术适应症范围较广,绝大多数pDoC患者均符合手术适应症,且SCS 相较于DBS 更为安全、创伤小,目前已经在国内外得到了广泛的开展及认可,并且已经取得了初步的成效。

 

此外,对于促醒手术来说,手术适应症的把握一直是外科医生的难题,准确判断患者的意识水平从而评估患者是否符合手术适应症是重中之重。近年来,国内外众多学者提出根据脑电峰频率功率谱来指导促醒手术的手术适应症,B 型及以上(MCS)的患者更适合于手术治疗,手术可以加速患者意识的恢复;而A 型(VS)的患者则对手术反应性不佳。国际临床神经生理学联盟专家共识也推荐“脑电峰频率功率谱ABCD 模型”来进行pDoC 患者的评估分期,以此来指导手术。

 

术前进行详细的神经系统查体,准确客观的临床神经评估(如GCS、CRS-R 等),同时联合客观化脑电峰频率ABCD 模型,以此来精准判断患者的意识状态;术后重新进行相关评估,判断患者意识水平的恢复情况,预测患者的预后,同样也是重中之重。但是目前脑电峰频率ABCD 模型在国内应用较少,仍缺乏大量的样本量来证实脑电峰频率的使用价值,未来需要进行多中心的大样本临床试验来验证该评估方法的可靠性。

 

3. 脑电峰频率在临床应用中的挑战与未来方向

 

尽管脑电峰频率在pDoC 中的应用前景广阔,但在临床实践中仍面临一些挑战。首先,脑电峰频率的变化不仅受意识状态的影响,还受患者个体差异、药物干预等多种因素的影响,导致其解读的复杂性增加。其次,其分析方法需要更加精确和高效,多模态脑电水平评估可能是未来研究的热门之一。

 

3. 1 结合其他神经影像学技术

 

将脑电图与功能性磁共振成像、功能性近红外光谱等技术相结合,综合评估患者的脑功能状态,可能有助于提高预后评估的准确性。

 

3. 2 机器学习和人工智能应用

 

通过机器学习算法对大量脑电图数据进行处理和分析,可以提高脑电频率的自动化识别和模式分类精度,为临床提供更加可靠的决策支持。

 

3. 3 个体化监测与治疗

 

根据患者的个体化脑电峰频率特征,结合患者多模态评估结果,制定更加精准的治疗及康复方案,最大程度上促进患者意识水平的康复。

 

3. 4 神经调控技术的综合应用

 

进一步研究探索DBS 及SCS 等神经调控技术的作用机制,探究可能的神经环路,术前术后综合多模态脑电联合评估患者的意识水平,寻找可能的生物标志物,为临床提供客观化的量化指标。

 

4. 发展与展望

 

脑电峰频率在pDoC 中的意识评估、预后预测及恢复监测等方面取得了初步的进展,其无创、简单、可视化的优点为慢性意识障碍的临床诊疗提供了客观化指南。然而,其也有着传统脑电图的弊端,比如空间分辨率过低、对颅骨完整性要求严格等。尽管如此,脑电峰频率作为慢性意识障碍的可能生物标志物,未来将随着技术进步和多学科研究的深入,在临床应用中发挥越来越重要的作用。

 

从精准评估、有创性神经调控的应用以及个体化治疗方案的选择,脑电峰频率有望成为提升pDoC 患者治疗效果、提高生活质量的关键工具。

 

来源:魏翔,鲁广函,刘敬轩,等.脑电峰频率在慢性意识障碍中评估的应用现状及进展[J].临床神经外科杂志,2025,22(03):340-343.


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