文献精读 | 人类全麻后意识及认知能力的恢复

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前言

大脑无意识状态（loss of consciousness, LOC）可出现在睡眠、麻醉镇静和病理状态。意识中断后脑功能的重建类似于模拟病理状态的恢复，因此对其进行研究具有积极的临床意义。由于病理状态的恢复本身不可预判，因而本文作者将麻醉视作一种可控、可重复的干预方法：通过麻醉影响意识和认知，以对恢复过程进行系统研究。研究结果对于麻醉后有无持续的认知损害这一公共健康话题亦提供了一定的科学解释。

Part1. 评估麻醉后认知功能的恢复顺序

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基于俗成观点，研究人员假定认知恢复（recovery of cognition, ROC）顺序如下：注意力-高级视踪-工作记忆-决策力。联合三个研究中心对30名健康志愿者进行3小时临床剂量的异氟醚麻醉，比对麻醉前基线水平以及意识恢复后3小时内每30分钟进行的认知测试结果。同时设立30名健康志愿者组成无麻醉干预的对照组。

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志愿者年龄范围：27 (± 4.5)岁，接受的认知测试共6项：精神运动警觉测试（PVT）/运动实践MP/数字符号替换测试DSST/ /分形测试（Nbck）/视觉对象学习测试（VOLT）/抽象匹配（AM）。测试顺序随机。一组认知测试持续15-25分钟，同时采集脑电。

• PVT：测试对视觉刺激的反应时间，对应右额顶叶皮层

• MP：测试运动速度和控制能力，对应视觉和感觉运动皮层

• DSST：测试数字与特定符号匹配，对应处理工作记忆的颞叶皮层、前额叶皮层和运动皮层

• Nbck ：测试依次出现的图像匹配，对应处理工作记忆的前额叶背外侧皮层、扣带回和海马回

• VOLT：测试对复杂数字的记忆，对应额叶和双侧颞叶前内侧皮质以及海马体。

• AM：测试根据抽象规则的目标匹配反映认知灵活性，对应前额皮质

结果发现，相较自身基线水平，麻醉组被试在苏醒后所有测试节点在完成速度和准确性这两方面均有所下降，因而麻醉后认知功能的短期损害是存在的。在测试准确率方面：AM>PVT>VOLT>MP>NBCK>DSST;在测试速度方面，不同认知功能的恢复速度存在30分钟以上时间差。其中，AM测试结果是最准确，也是最先回归基线的。因AM测试（反馈人脑高级认知功能——决策力）最快恢复至麻醉前水平，说明决策力在全麻中受抑制程度最低。最后一个测试节点（3h），5项测试的准确率在麻醉组和对照组之间无统计学差异，仅麻醉组在VOLT测试里准确率下降。这些结果提示在麻醉苏醒后发生认知下降但局限于一段时间内，认知重建随时间推移而循序渐进开展，而决策力在所有高级认知功能中最先恢复。

Part2. 评估麻醉后的大脑皮层动力学

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脑电非线性动力学指数（PE排列熵和Lempel-Ziv复杂度）是通过量化的指标评估大脑皮质受抑程度。研究人员采用脑电非线性动力学指数来反映麻醉前、麻醉期间和苏醒之后的大脑皮质动力学改变。PE排列熵由原始脑电图（EEG）数字化后采用傅立叶变换加以公式计算出特定频谱带的不规则性，因其将大脑活动在空间、时间上的变化进行定量反馈而提供特定脑区与麻醉深度、知晓水平和意识觉醒相关的信息。

PE信号值存在脑区特异性。额叶PE值即使在静息状态也明显高于后叶脑区。为观察全麻过程中额叶和后叶脑区的脑电局部动态变化，研究人员提取2分钟连续的非抑制期进行分析。异丙酚诱导至意识丧失时额叶PE值较基线（闭眼静息状态）明显降低，转至异氟醚麻醉的维持阶段额叶PE值进一步下降，仅意识恢复前才回归或超过基线水平。后叶脑区仅异氟醚维持阶段PE值有所下降。

LZ复杂度反映全脑的脑电动态变化，其与额叶观察到一致的麻醉状态下的动态变化，即LZC值在意识丧失时下降，在麻醉维持期进一步下降，苏醒前堪恢复至基线水平。非麻醉组在7个静息闭眼周期里（7个2分钟的时间段）则无任何差异表现。

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Part3. 评估麻醉暴露对睡眠-活动节律的影响

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将麻醉组与对照组在前一周的睡眠-觉醒节律图与全身麻醉后几天的睡眠-觉醒节律图进行比较与拟合，发现组别间在各时间点上高度吻合，说明麻醉后人的正常睡眠-觉醒节律几乎不受影响。

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总结

以上数据表明，健康人中支持更高认知和唤醒功能的神经网络在深度全身麻醉后恢复平稳。从临床角度看，长时间深麻醉苏醒后的3小时内，执行各种复杂认知任务的准确性和速度都近似恢复至正常。大脑皮质活动的局部和全脑动态参数在较短的时间内即回归至基线水平。同时没有证据表明在更长的时间尺度上麻醉能影响睡眠-觉醒节律。因此健康大脑是有弹性的，在麻醉，甚至深度全麻后可恢复。即时或限时持续的认知功能障碍未必会长久，有理由考虑术后认知障碍可能与全身麻醉以外的因素有关，如手术因素或合并疾病。

而关于与意识及认知恢复相关的皮层定位，前额叶皮质可能在控制与全麻相关的唤醒方面发挥关键作用，在意识（前额叶内侧）和认知（前额叶背外侧）的恢复中值得更进一步的探索。

原始文献：

bioRxiv preprint doi: ttps://doi.org/10.1101/2020.05.28.121269. 

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 米勒之声编辑部米勒之声

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