История школьной учительницы

В 1997 году Кейт Бейнбридж, 26-тилетняя школьная учительница, впала в кому после трех дней болезни похожей на грипп. В ее мозге рядом со стволовой частью, которая управляет циклами сна и бодрствования, произошло воспаление. Через несколько недель после того как инфекция была побеждена, Кэйт очнулась от комы, но находилась в вегетативном состоянии: несмотря на то, чтоу нее наблюдался цикл «сон - бодрствование», девушка не приходила в сознание. Ее глаза могли открываться и закрываться, она могла скользить взглядом по палате, но при этом не проявляла никаких признаков внутреннего мира и не реагировала на врачей и родственников.

Так Кэйт Бейнбридж стала первой пациенткой, которую стала изучать группа исследователей из Центра Сканирования Мозга Волфсона, занимавшаяся разработкой новых методов сканирования мозга. Среди них был профессор Адриан Оуэн.

Адриан Оуэн работает  в Университете Западного Онтарио по программе CanadaExcellenceResearchChair(CERC) и возглавляет направление когнитивной нейробиологии и нейровизуализации. Он руководит изучением повреждений мозга, которые приводят к нарушению сознания, и нейродегенеративных заболева­ний, сопровождающихся когнитивными нарушениями.

Неожиданные результаты

Чтобы попытаться найти какие-либо при­знаки мыслительной деятельности, Кейт поместили в позитронно-эмиссионный томо­граф (ПЭТ) и на экран монитора ученые выводили фотографии  дру­зей и родственников девушки, а затем оценивали реакцию ее мозга. Результаты, обнародованные в 1998 году, были неожиданными: Кэйт не только реагировала на лица, сигналы ее мозга были неотличимы от сигналов мозга здоровых людей. Девушка стала первой пациенткой, в которой сложное сканирование мозга выявило «скрытое сознание». 

Разумеется, результаты исследования вызвали среди ученых разногласия. Они не могли прийти к консенсусу: был это рефлекторный ответ или же сигнал сознания. Медикам потребовалось более де­сяти лет исследований, прежде чем появилась возмож­ность ответить на данный вопрос.

В поисках сознания 

Поиск ответа становился все более актуальным. Развитие травматологии и интенсивной те­рапии в последние годы способствует выживанию большого количества людей с серьезными повреждениями мозга. Они, по­добно Кейт Бейнбридж, остаются живы, но не подают признаков сознания.

В таких случаях возникает масса этических вопросов и проблем: как их лечить и за ними ухаживать, нужно ли поддерживать жизнеобе­спечение, какое значение при принятии решений име­ют пожелания родных и предварительные рас­поряжения самого пациента (если они были). Состояние некоторых пациентов со временем улучшается, сознание восстанавливается. У других наступает состояние «минимально­го сознания», при котором проявляются нестабильные, но повторяющиеся признаки сохранения сознания. Тре­тьи остаются в вегетативном состоянии десятилетиями, а иногда и до конца своих дней. Если научиться различать эти три ситуации, можно было бы принимать оптимальное ре­шение в каждом конкретном случае. 

Опять 25

В первые годы после случая с Кейт Адриан Оуэн совместно с профессором Дэвидом Меноном, нейробиологом Мэттом Дэвисом (MattDavis) и другими коллегами из Кембриджа перепробовали много различных способов выявления скрытого созна­ния у пациентов. 

В частности, дава­ли больным прослушать записи речи и сравнивали с реакцией, которую вы­дает мозг, после прослушивания не содержащего слов речеподобного шума. В ряде случаев у пациентов,предположительно находящихся в вегетативном состо­янии, ученые наблюдали такую же активность мозга, как и у здоровых людей: участки мозга, связанные с воспри­ятием речи, активировались при прослушивании речи и не реагировали на шум. Но ученые по-прежнему не были уверены в том, была ли эта нормальная реакция мозга проявлением сознания или простой автоматической реакцией, не за­висящей от процессов более высокого уровня.

Также медики провели дополнительный контрольный эксперимент. Они усыпили  группу здоровых людей и дали им прослушать те же  записи речи и шума. Неожиданно оказалось, что у здоровых ис­пытуемых, которые были без сознания благодаря пропофолу (анестетику кратковременного действия), области мозга, отвечающие за восприятие речи, активировались так же сильно, как и у бодрствующих людей. Это было важным доказательством того, что «нормальная» реак­ция мозга вегетативных пациентов на речь - еще не по­казатель наличия сознания. Получалось, что мозг реагирует на речь автоматически, даже когда мы находимся без сознания и не знаем, что происходит вокруг.

Сыграем в теннис?

Тогда Андриан Оуэн вместе  с нейробиологом из Лаборатории Стивена Лориса Льежского университета Мелани Боли  начали регистрацию ак­тивности мозга здоровых людей, в то время как они представляли себе выполнение различных заданий вроде пения песен или  хождения по дому из комнаты в комнату. Мысленное выполнение подобной задачи вызывало четкую конкретную картину активности моз­га, похожую на ту, что возникает при реальном выпол­нении задания.

Используя функциональную магнитнорезонансную томографию (фМРТ), для проведения которой, в отличие от ПЭТ, не требуется специально вводить никаких хи­мических веществ, ученые обнаружили два наиболее подхо­дящих задания: воображение игры в теннис и мыслен­ное хождение по своему дому из комнаты в комнату. Дей­ствительно, у всех здоровых испытуемых, которых они исследовали, задание с теннисом вызывало сильную активность в премоторной коре - структуре мозга, за­действованной в планировании движений. Мысленное же путешествие по собственному дому сопровождалось активностью в теменной доле и в расположенной более глубоко парагиппокампальной извилине. Медики обнаружили, что, они могут получить четкий, ви­димый с помощью фМРТ ответ на команду, сказав испы­туемым: «Если вы меня слышите, представьте себе игру в теннис».

Методика сработала с первого раза. Врачи применили ее к молодой женщине, получившей серьезные повреждения мозга в результа­те ДТП. До проведения фМРТ-исследования, больная не проявляла никаких сознательных реак­ций на протяжении пяти месяцев и ее со­стояние полностью соответствовало меж­дународным критериям для диагноза «ве­гетативное состояние».

Врачи сканировали ее мозг, неоднократно и в определенной по­следовательности давая ей оба задания. Всякий раз, когда ее просили представить себе игру в тен­нис, в премоторной коре отмечалась та же активность, что и у здоровых доброволь­цев, которых исследовали ранее. А ког­да ее просили представить себе движение по дому, медики наблюдали активность в те­менной доле и парагиппокампальной из­вилине.

На основе полученных данных ученые пришли к выводу, что женщина была в со­знании, несмотря на неспособность физи­чески реагировать на внешние стимулы. Такое открытие изменило отношение к ней врачей, медсестер и родственников. Оно побудило окружающих общаться, прихо­дить, предаваться воспоминаниям, шу­тить и другими путями способствовать улучшению качества жизни больной.

Тиражирование методики

Далее в течение нескольких лет Адриан Оуэн с коллегами опробовали методику на многих своих пациентах и смогли оценить ее достовер­ность. В течение всего этого времени методика совершенствовалась. В 2010 году в журнале NewEnglandJournalofMedicineони  опубликовали информацию о том, что из 23 пациентов, у ко­торых был поставлен диагноз вегетатив­ное состояние, у четверых (17%) в томогра­фе были выявлены признаки сознания. 

Так, один из больных получил несколько лет назад травматическое поврежде­ние мозга, с тех пор его состояние неод­нократно диагностировали как вегетатив­ное. Медикипоместили больного в томограф, и стали задавать простые во­просы.  Для ответа «да» нужно было представить себе игру в теннис, а для «нет» - переме­щение по дому из комнаты в комнату. Пациент правиль­но ответил на пять вопросов. Например, он подтвердил, что у него есть братья, нет сестер, и что его отца действительно зовут Александр. Кроме того, пациент правильно подтвердил информацию о том, где он от­дыхал до получения травмы.

Правильные ответы на эти вопросы медики получили от родственников больного, но исследователи, оце­нивавшие реакцию на фМРТ, не знали верного ответа на задаваемые вопросы. С учетом сложности предложенных задач было оче­видно, что пациент мыслит, а не просто реагирует на окружающее. У него сохранились некоторые выс­шие когнитивные способности: он мог поддерживать и переключать внимание, понимал речь, выбирал правильный вариант ответа, удерживал и обрабатывал информацию в рабочей памяти – то есть по­лучив новый вопрос, он помнил, как отвечать «да» или «нет», и мог вспомнить события, произошедшие до не­счастного случая. Больной эффективно общался с медиками, находясь внутри томографа, хотя присутствуя около его кровати установить с ним какой-либо контакт было невозможно. 

После того, как было выполнено фМРТ-тестирование, врачи провели тщательное повтор­ное исследование стандартными методами и поменя­ли диагноз на «состояние минимального сознания». Это говорит о том, что изначально поставленный диагноз о неоднозначен и измен­чив. 

Обойтись без фМРТ

По ходу исследования перед учеными из группы Адриана Оуэна возник технический вопрос: можно ли найти метод тестирования, для которого не понадобится фМРТ? Дело в том, что проведение фМРТ для пациентов с серьезными повреждениями мозга связано с большими трудностями. Помимо проблем со стоимостью и доступ­ностью аппарата это может быть еще и сильным физи­ческим стрессом для больного, поскольку в большинстве случаев необходимо перевезти его на машине скорой по­мощи туда, где есть соответствующее оборудование. Кроме того,  наличие металлических имплантатов, в том числе пластин и стрежней, которые часто ставят при серьезных травмах, вообще исключает возможность проведения фМРТ.

Тогда ученые сфокусировали свои усилия на создании портативного и менее дорогого способа оценки активности мозга и начали использовать элек­троэнцефалографию (ЭЭГ). Для ЭЭГ электроды прикре­пляют к коже головы и записывают активность групп нейронов коры больших полушарий. В данном случае металлические имплантаты не мешают, а главное - про­цедуру можно провести прямо на больничной койке.

Но и здесь есть свои минусы. Во-первых, сложно обнаружить изменения активности в нижележащих глубоких слоях моз­га. Во-вторых,  значительно ниже, чем у фМРТ,  воз­можность выявить ответ в конкретной области мозга, Чтобы преодолеть подобные ограничения, ученые взяли мысленные задачи, которые вызывают активность в по­верхностных областях, контролирующих простые дви­жения рук и ног. Один из сотрудников Адриана Оуэна - Дэмиан Круз обнаружил, что ЭЭГ будет различаться, если по­просить здоровых людей представить себе, что они сжимают пальцы на правой руке или ноге. Это срабатывало не во всех случаях, тем не менее, к 2011 году ученые начали тести­рование пациентов прямо на больничной койке.

Исследования на колесах

Они приобрели джип, оснастили его электродами, уси­лителями, самыми мощными ноутбуками и стали разъезжать по пациентам. В ноябре 2011 года ученые опубликовали данные в журнале Lancet.Интересно, что результаты оказались похо­жими на полученные с помощью фМРТ: трое из 16 (19%) «вегетативных» пациентов, которых ученые  протестирова­ли с помощью ЭЭГ, оказались в сознании, если судить по ответам, которые они давали, воображая сжима­ние пальцев рук или ног. «Используя наши фМРТ- или ЭЭГ-методы, уже можно напрямую спросить пациента, хочет ли он продолжать жить в сложившейся ситуации», - говорит Адриан Оуэн. 

Естественно, некоторые коллеги Адриана Оуэна отнеслись к исследованию скептически: ана­лиз ЭЭГ достаточно сложен, и те статистические алго­ритмы, которые использовали ученые во главе с Адрианом Оуэном, были новыми и вы­звали возражения у других исследовательских групп.

В настоящее время группа Адриана Оуэна совместно с учеными из разных стран занимаются разработкой стандартных протоколов ЭЭГ- и фМРТ-тестирования с целью выявления скрытого сознания у вегетативных пациентов при финансовой поддержке Фонда Джеймса Макдонелла.   

Будущее поисков сознания 

Ученые и писатели-фантасты уже многие годы мечтают о том, что в один прекрасный день люди смогут общаться друг с другом исключительно силой мысли. Использование фМРТ и ЭЭГ для выявления сознания пациентов в вегетативном состоянии создало почву для развития интерфейсов «мозг - ком­пьютер», которые смогут донести мысли таких людей до внешнего мира. Однако создание этих систем - задача непростая. 

Но, несмотря на все сложности, фМРТ, ЭЭГ и новые технологии будут все больше использовать­ся для выявления сознания у внешне не реагирующих пациентов. При этом возникнет целый ряд моральных и юридических вопросов. В случаях, когда принимает­ся решение о прекращении жизнеобеспечения, доказа­тельство наличия пусть даже слабого сознания, вероятно, может быть использовано для его отмены. Уже сейчас можно с помощью фМРТ- или ЭЭГ-методик спросить пациента, хочет ли он продолжать жить в такой ситуации. Но достаточно ли будет ответа «да» или «нет», чтобы показать, что пациент сохранил достаточные когнитивные и эмоцио­нальные способности для принятия такого важного ре­шения?

Согласно исследованиям, в 2011 году 65 пациентов с синдромом запертого человека, при котором сознание сохранено, а тело парализовано, показало, что люди приспособились к тяжелой инвалидности: большинство из них выразили удовлет­ворение качеством своей жизни.  Очевидно, что со временем нужны будут новые этические и юридические правила относительно того, кто и каким образом должен принимать решение в такой ситуации.

Обрести себя вновь

Что касается Кейт, то в отличие от большинства из сотен вегетативных пациентов Адриана Оуэна, она пошла на по­правку через несколько месяцев после обсле­дования. Сейчас она живет дома со своей семьей. Кейт передвигается на инвалидном кресле и раз­говаривает с трудом, но ее когнитивные способности восстановились, в том числе и чувство юмора и способность понять, какую огромную роль она и ее мозг сыграли в на­учном открытии.

С тех пор как к ней полностью вернулось со­знание, Кейт стала пылким сторонником таких иссле­дований, хотя она и не помнит, как ей делали то­мографию. «Страшно подумать, что было бы, если бы я не пришла в себя, - пишет она в письме. - По­этому, пожалуйста, используйте мой случай, чтобы по­казать, как важны эти исследования. Мне хотелось бы, чтобы об этом узнало как можно больше людей, ведь это такое чудо - вновь обрести себя».