1997年，我(本文作者)遇到了植物人凯特(Kate)，尽管她有睡眠-觉醒周期，但失去了意识。她可以睁开和闭上眼睛，甚至还会很快扫视一下病房，但没有任何内心活动，对家人和医生给她的外界“刺激”也没有任何反应。
　　
　　那时，我正在英国剑桥大学研究扫描大脑的新方法，戴维·梅农(我的同事，他是一位急性脑损伤专家)提议用正电子发射断层显像(PET)扫描凯特的大脑，看能否在她的大脑中检测到认知活动的迹象。虽然希望渺茫，但我觉得我们的一些新技术或许能起点作用。扫描凯特大脑时，我们在电脑屏幕上快速展示她的朋友和家人的照片，同时监测凯特大脑中的活动迹象。
　　
　　结果显示凯特的大脑不仅能对熟人的面孔作出反应，而且活动模式跟正常人看到所爱的人的照片时惊人相似。
　　
　　这意味着什么?难道凯特虽然看似不省人事，但大脑存在意识?还是说这只不过是某种反射性反应?要搞清楚这个问题，我们可能还需要借助更先进的仪器，再研究十多年才行。
　　
　　但实际情况是，我们根本就等不起。随着脑外伤治疗、急救和重症监护水平的提高，越来越多的人能够从严重的脑损伤事故中幸存下来，但最终却和凯特一样——活着，却似乎没有任何意识。在每座拥有先进护理设备的城市里，几乎都有这种病人。如何护理和治疗他们，比如生命维持措施应该持续多久，怎样权衡家人的意愿和病人事发前的意愿(如若有的话)，都是棘手的伦理问题，不仅难以抉择，还会涉及法律。对外界刺激没有反应的病人可以分成几类：有些会有一定程度的恢复(当然，我们很难预测是哪些病人，以及他们会恢复到何种程度);有些会陷入微意识状态，偶尔表现出一些意识活动的迹象;还有一些则到去世前都一直是植物人状态——可能持续几十年。了解病人属于上述何种状态，医生和家属才能更好地制定方案，使病人利益最大化。
　　
　　听到请回答
　　
　　扫描凯特大脑之后的几年中，我们又尝试了一些新方法，来检测“隐藏”在植物人身上的意识活动——我们称之为内隐意识(covertconsciousness)。
　　
　　我们先给病人播放一段朗读散文的录音，以及一段类似言语，但没有任何语义的语音，然后把病人产生的大脑反应和正常人进行比较。在一些案例中，我们发现，所谓的“植物人”的大脑活动，和正常人的大脑活动非常相似——在播放散文录音时，“植物人”大脑中感知语言的区域通常会活跃起来;而播放类似言语的噪音时，感知语言的区域则不会有所反应。然而，我们并不能就此确定，某些植物人这种看上去与正常人相似的大脑反应，到底是反映了一些目前尚未检测到的意识活动，还是说这些大脑反应与高级意识无关，只是一种本能的、自发的神经信号，一种反射性反应。
　　
　　为了验证这一点，我和梅农、神经科学家马特·戴维斯(MattDavis)等同事做了一个后续实验。我们决定给一些健康人注射镇静剂，然后在他们昏迷时，播放我们在先前实验中使用的两种录音。在这个实验里，我们选了一些麻醉师做自愿者。注射了短效麻醉剂丙泊酚，麻醉师们变得无意识后，我们给他们播放朗读录音。令人吃惊的是，麻醉师大脑中感知语言的区域和他们清醒时一样活跃。这个至关重要的证据告诉我们，某些植物人出现与正常人相似的大脑反应，并不能说明这些病人存在内隐意识。因为大脑感知语言的区域似乎会自动对言语产生应答，即使在我们没有意识的情况下。
　　
　　是时候改变思路，换一个角度去探索植物人是否有内隐意识了——问题的关键并不在于病人的脑区是否能被激活，而在于能否通过病人的某种反应，确认他们是有意识的。我们把目光投向了临床上比较经典的意识评估方法：对指令的响应。
　　
　　在医疗类电视剧中，经常能听到医生对病人说，“如果你能听见我说的话，就捏一下我的手”，指的就是这种方法。当然，我们的研究对象通常病情过重，没法用肢体语言对指令作出反应，不过，他们能否通过大脑想象，产生可检测到的大脑活动，对指令作出反应呢?
　　
　　我们和一位神经科学家合作开展了下列实验：让正常人想象自己正在执行各种任务，比如想象正在唱圣诞颂歌、家中闲逛或打一场激烈的网球赛，然后检测他们的大脑活动。大脑扫描结果显示，当正常人想象自己正在执行各种任务时，会产生强烈而稳定的大脑活动，并与真实执行这些任务时的大脑活动极为相似。
　　
　　在这次实验中，我们用的是功能性磁共振成像技术(fMRI)。这种成像技术与正电子发射断层显像扫描不同，不需要注射示踪剂。我们发现，在功能性磁共振成像中，想象打网球和在家中闲逛，会让大脑发出最强最稳定的信号。想象打网球能激活自愿者大脑前运动皮层(premotorcortex)，这个区域的作用是负责掌控运动功能;想象在家中闲逛能激活顶叶(parietallobe)和一个叫海马旁回(parahippocampalgyrus)的深层脑区，这两个脑区负责空间定位和导航。
　　
　　通过这些实验，我们或许也能通过功能性磁共振成像，清晰、可靠地捕捉到病人对指令的响应。
　　
　　我们在一位确诊为植物人的病人身上使用了这一方法，结果第一次就成功了。这位年轻的女病人因遭遇车祸，脑部受到重创，一直昏迷。接受功能性磁共振扫描前，她已有5个月对外界刺激完全没有反应，符合国际公认的植物人诊断标准。在扫描期间，我们让她数次按照指令，想象打网球和在家中闲逛。有意思的是，当她想象自己在打网球时，会与此前的健康自愿者一样，激活前运动皮层。而当她想象自己在家中闲逛时，也会激活顶叶和海马旁回。
　　
　　由此，我们得出结论，尽管这位病人不能通过身体对外界刺激作出反应，但她是有意识的。这个发现将让医生、护士和她的家人重新认识她，并改变对待她的方式。
　　
　　脑电图出场
　　
　　此后几年中，我们用功能性磁共振成像技术，对尽可能多的病人进行了测试，以检验这一方法是否可靠，并寻求改进。
　　
　　2010年，我们发现，在23位被诊断为植物人的病人中，有4位(占17%)能够在功能性磁共振成像中，表现出明显的大脑反应。
　　
　　研究中，我们还探索了让病人通过想象某一任务，来回答“是”或“否”的可能性。参与这项实验的病人，在5年前大脑受到创伤，经过数次检查，都被诊断为植物人。在做功能性磁共振成像时，研究人员会对这位病人讲，将会问他一些简单的问题，然后他可以通过想象自己在打网球(如果他回答“是”)，或想象自己在家中闲逛(如果他回答“否”)来作出回应。不可思议的是，成像结果显示，这位病人居然成功回答了5个与个人生活有关的问题。比如，他能够指出，他有兄弟但没有姐妹，他父亲名叫亚历山大而非托马斯(为了保护病人的隐私，没有用真名)。他甚至还可以确认，在受伤前，他在假期中去过的最后一个地方的名字。为避免研究人员的主观因素影响实验结果，分析大脑成像结果的技术人员事先并不知道问题的答案，这些问题及答案都由病人家属提供。

　　很明显，这位病人的认知水平肯定不只是对周围环境有意识这么简单，因为“回答”我们的问题是一项复杂的任务。看起来，他仍具备一些高级认知功能，可以转移、保持和选择关注的焦点，可以理解语言，可以作出恰当的选择，可以将信息存储于工作记忆中并进行处理——比如，在作选择前，能听懂并记住研究人员规定的应答方式，以及回忆他受伤前发生的事。虽然这个病人可以通过大脑成像和我们进行“交流”，但当他躺回病床后，却依然无法与病床边的任何人交流。实验过后，医生们再次对这位病人进行了常规诊断及病情评估，这一次他们把评估结果由“植物人”改成了“微意识状态”——这提示我们，医生对这类病人的诊断并非是一锤定音、一成不变的。
　　
　　2011年1月，为更好地开展研究，我把整个研究团队搬到了加拿大西安大略大学。在那里，我组建了一个更大的团队，并得到了来自加拿大杰出研究教授项目(CanadaExcellenceResearchChairprogram，CERCP)的资金支持。这让我们能够进一步扩大研究范围，深入解决一些关键问题——比如，我们是否可以使用这项技术，提高病人的生活质量。有一个年轻人已经被诊断为植物人12年了，我们问了他一个可能会改变他生活的问题。BBC纪录片团队拍摄到了这个激动人心的时刻——当时，我们问他，“你感觉到疼痛吗?”结果通过大脑成像，我们发现他的回答是：“没有，”这让我们十分欣慰。
　　
　　另一个问题则是技术层面的——除了功能性磁共振成像，是否还有其他方法可以反映病人的大脑活动。给大脑严重受损的病人做功能性磁共振成像，是一项极具挑战性的工作。除了成像的成本较高，以及这种设备并不是谁都能用，病人的身体也需要承受很大的压力——病人通常由救护车送来，再转移到功能性磁共振成像设备内，“舟车劳顿”苦不堪言。有些病人很难在扫描仪内保持静止不动，还有些病人的身体内可能会有金属植入物(包括接骨板和钢钉)，这都使功能性磁共振成像无法正常进行。
　　
　　于是，我们开始寻找一种更经济、更方便的检测大脑活动的方法。最终，我们看中了脑电图(EEG)。利用这种技术，科学家可以通过贴在病人头皮上的无创电极，来记录大脑皮层中的神经活动，这样病人体内的金属植入物就不会影响检测结果，而最重要的一点是，脑电图检测可以直接在病床边实施。美中不足的是，脑电图难以检测到深层脑结构的反应，并且它的空间分辨率(也就是准确检测特定脑区反应的能力)也比功能性磁共振成像低得多。针对脑电图的这种局限，我们将想象的内容改成，让病人想象自己的手或脚在做简单动作，而这类活动由大脑皮层的表层控制，相关神经活动脑电图就可以记录到。达米安·克鲁斯(DamianCruse)是我们实验室的一名博士后，他发现健康自愿者想象握紧右手或夹紧脚趾时，产生的脑电图存在明显差异。虽然不是从每个人身上都可以检测到这种差异，但到2011年，我们已经可以利用这种方法，在病床边对病人进行测试了。
　　
　　我们买了一辆吉普车，把它改装成“脑电吉普车”，为它配备上电极、放大器和最强大的笔记本电脑，然后开着它到病人那里去。2011年11月，我们在《柳叶刀》(Lancet)上发表了我们的研究。研究结果和功能性磁共振成像的研究结果相似：我们用脑电图测试了16位躺在病床上的植物人，其中有3位(占19%)表现出了一定的意识活动，因为他们能够通过想象夹紧脚趾或握紧手掌，来对我们的指令作出响应。但是，因为脑电图分析极其繁琐，加上我们采用的统计算法新颖而复杂，另一个研究团队不相信这项研究的结果，对我们表示了质疑。幸运的是，运用更为可靠的功能性磁共振成像技术，我们可以证实，在脑电图测试中，大部分对指令作出明显反应的自愿者确实是有意识的。随后我们又进行了一系列测试，并重新发表文章，对此前文章中描述的脑电图捊??法进行了修正，解决了其他科学家提出的问题。为了使功能性磁共振成像和脑电图技术检测植物人内隐意识的过程更加规范，在得到了詹姆斯·S·麦克唐纳基金会(JamesS.McDonnellFoundation)资助后，我们和列日大学的同事以及另外两个国家的研究团队(包括之前曾经质疑我们的那个团队)开展合作，共同起草了一套规范流程。
　　
　　通向脑机接口?

　　下一步，我们的研究将会走向何方?几十年来，科学家和科幻小说家一直憧憬着，有一天我们可以单纯依靠思维来交流。用功能性磁共振成像和脑电图检测植物人的意识，尝试与他们交流，把他们的想法传递到外部世界，为真正的脑机接口(brain-computerinterfaces)开辟了道路。虽然我们开发出的设备，在帮助病人把特定想法转化成“是”、“否”或其他概念上，表现得越来越靠谱，但为大脑严重受损的病人量身打造与外界沟通的系统并非易事。病人几乎不能自主控制眼动，所以不能通过眨眼或转移注视点来与外界互动。此外，病人残存不多的认知能力——通常由脑损伤所致，也使那些当前流行的、需要进行大量扩展训练才能使用的设备，完全没有用武之地。
　　
　　尽管存在阻碍，但功能性磁共振成像、脑电图和其他新技术广泛应用于检测植物人的内隐意识，必将是大势所趋，而这也必将引发一系列道德和法律上的问题。比如，当医生和病人家属决定中断病人的生命给养系统，而我们通过内隐意识得知病人不同意时，很显然我们得听病人的。现在已经可以借助功能性磁共振成像和脑电图技术直接问病人：以目前的状态，他/她是否愿意继续活下去。但是，即便我们得到了“是”或“否”的回答，我们还是会有所顾虑，担心病人是否足够清醒、理性。此外，我们还要考虑，这么重要的决定，我们需要问病人多少遍，每次间隔多长时间，才算合理，才能最后拍板?2011年，对65位闭锁综合征(locked-insyndrome)病人的调查表明，病人对极其糟糕的瘫痪状态，有惊人的适应能力——大部分人对当前的生活质量表示满意。很明显，我们需要改变观念，需要有新的法律，来告诉我们如何处理这样的情况，以及由谁来处理。
　　
　　回到文章开头提到的凯特，在她身上，奇迹发生了。在接受正电子发射断层显像扫描的几个月后，她开始逐渐康复。15年后，凯特重获了认知能力，说话有困难，依靠轮椅行动。尽管第一次完全恢复意识时，她并不记得曾做过大脑扫描，但她却对那次扫描充满感激。“大脑扫描就像魔法一样——它发现了我的存在”。
　　
　　(本文节选自《环球科学》2014年6月刊《和植物人对话》一文，撰文：艾德里安·M·欧文，翻译：张庭，编者有删改)