Rozdział 1

UNIWERSYTET MIKOŁAJA KOPERNIKA
W TORUNIU
WYDZIAŁ HUMANISTYCZNY
kierunek: kognitywistyka
MAŁGORZATA WISŁOWSKA
PRÓBA OMÓWIENIA ZAGADNIENIA ŚWIADOMOŚCI NA PODSTAWIE
PRZYKŁADÓW JEJ ZABURZEŃ
PROMOTOR:
PROF. WŁODZISŁAW DUCH
Toruń 2012
1
Spis treści
Wstęp ......................................................................................................................................... 3
Rozdział 1. Zagadnienia ........................................................................................................... 4
1.1. Consciousness - przytomność
1.2. Awareness - świadomość
1.3. Arousal – czujność, reaktywność (?)
1.4. Attention - uważność
Rozdział 2. Biologiczne podstawy świadomości
Rozdział 3. Zaburzenia przytomności
3.1. Brain Death – śmierć mózgu
3.2.Coma - śpiączka
3.3.Vegetative State [VS] – stan wegetatywny
3.4.Minimally Conscious State [MCS] – stan minimalnej świadomości
3.5.„Locked-in” Syndrome [LIS]
Rozdział 4. Problemy w klinicznym odróżnianiu różnych stanów zaburzeń świadomości
Rozdział 5. Metody obrazowania mózgu i jego aktywności u osób z zaburzeniami
świadomości (?)
5.1.fMRI
5.2.PET
5.3.EEG
5.4.SEP (?)
Rozdział 6. Sposoby badania różnic pomiędzy różnymi stanami zaburzenia świadomości
6.1.Local-Global Odball Paradimg
6.2.Multisensory Integration
6.3.Theory Of Mind Paradigm
6.4.Active Paradigm
6.5.Antonym Sentence Paradigm
Bibliografia
2
Wstęp
3
Rozdział 1
Zagadnienia związane z przytomnością
[7]
1.1. Consciousness (przytomność)
Na przytomność składają się dwa główne komponenty: świadomość, czyli element
jakościowy, oraz arousal, czyli element ilościowy. O ile druga część zdaje się nie wzbudzać
kontrowersji co do definicji, to ta pierwsza będąca podstawą sporów sprawia, że sama
przytomność nie może zostać uznana za jednoznaczne pojęcie, które można obiektywnie
badać.
1.2. Awareness (świadomość)
Świadomość zależy od prawidłowego współ-funkcjonowania kory mózgowej i jej
połączeń podkorowych [3]. Wiele trudności dostarcza już sama próba jej definicji, co jest
bardzo kłopotliwe nie tylko z filozoficznego punktu widzenia, ale również dlatego, że stopień
jej występowania odróżnia dwa stany zaburzenia przytomności: Vegetative State, gdzie nie
4
obserwuje się z definicji żadnych oznak świadomości, oraz Minimal Conscious State, gdzie ta
świadomość zaczyna się pojawiać na fluktuującym poziomie.
1.3. Arousal (czujność, reaktywność, pobudzenie)
Pień mózgu stanowi podstawę i źródło arousal, dlatego podstawowym sposobem jego
badania jest sprawdzanie odruchów pniowych [3]. Należy przy tym pamiętać, że brak
odruchów pniowych nie jest jednoznacznym symptomem utraty arousal i nie może być
traktowane jako jedyna podstawa diagnozy.
1.4. Attention (uważność, uwaga)
Choć często mylona ze świadomością, uwaga nie tyle jest czymś innym, co ma odwrotny
efekt [11].
5
Rozdział 2
Biologiczne podstawy świadomości
[3]
ślepowidzenie – widzenie bez świadomości
6
Rozdział 3
Zaburzenia przytomności
Dzięki współczesnemu postępowi medycyny, coraz większą ilość ludzi doznających
urazu mózgu (np. na skutek niedokrwienia) udaje się uratować. Jednak długa droga wiedzie
od przeżycia do odzyskania całkowitego zdrowia, w tym pełnych zdolności kognitywnych, a
zwłaszcza świadomości.
Zaburzenia świadomości stanowią szeroką gamę schorzeń, które z neurobiologicznego
punktu widzenia różnią się od siebie głównie stopniem występowania awareness oraz
wakefulness. Prawidłowa diagnoza pacjenta jest bardzo istotna. Każdy stan to inne
prognozowanie, inna nadzieja dla rodziny, a wreszcie inne traktowanie prawne (w przypadku
MCS, w przeciwieństwie do VS, istnieje prawny obowiązek reanimacji). Natomiast codzienna
praktyka pokazuje, jak trudne jest to zadanie. Błędne rozpoznania to nawet 40% wszystkich
diagnoz [1].
3.1. Śmierć mózgu
Śmierć mózgu jest to moment w którym można prawnie odłączyć pacjenta od
oprzyrządowania medycznego, a po uzyskaniu odpowiednich zgód i zaświadczeń można
wykorzystać jego organy wewnętrzne.
[3]
Śmierć mózgu jest różnie traktowana przez różne kraje Europejskie, które nakładają
różnorakie restrykcje związane z postawieniem legalnej i prawidłowej diagnozy, zwłaszcza
7
pod względem wykonywanych testów potwierdzających objawy kliniczne. Rozróżnia się
również śmierć mózgu jako śmierć całego mózgu, lub tylko pnia mózgu (np. Wielka
Brytania) [4]. W Polsce najaktualniejszym dokumentem opisującym wytyczne jest
obwieszczenie Ministra Zdrowia z dnia 17 lipca 2007 roku [5], gdzie „rozpoznanie śmierci
mózgu opiera się na stwierdzeniu nieodwracalnej utraty jego funkcji” [6]. Wspólna dla
wszystkich krajów jest w części klinicznej badania konieczność stwierdzenia utraty
wszystkich odruchów pniowych i brak oddechu [3].
3.2. Śpiączka
Śpiączka jest to stan utraty zarówno elementu ilościowego jak i jakościowego
przytomności. Z klinicznego punktu widzenia jest to stan trwający dłużej niż godzinę,
charakteryzujący się leżącą postawą z zamkniętymi oczami, oraz występuje brak
zachowanego cyklu snu i czuwania. W odróżnieniu od stanu wegetatywnego, pacjent
znajdujący się w śpiączce nie doświadcza, nawet na skutek stymulacji zewnętrznej, okresów
podniesionej arousal, oraz spontanicznie nie otwiera oczu [3].
Śpiączka może nastąpić na skutek traumatic brain injury [TBI] lub non-traumatic brain
injury. Rokowania są znacznie lepsze w przypadku TBI: 23% VS i 28% MSC wyzdrowieje.
W przypadku non-TBI, szanse wynoszą odpowiednio: 1% w przypadku VS, oraz 26% w
przypadku MSC [10].
3.3. Stan wegetatywny
Stan wegetatywny jest to stan zaburzenia przytomności, w którym nie ma żadnych
śladów występowania awareness, ale poprawia się wakefulness. U pacjentów znajdujących
się w tym stanie może pojawić się spontaniczne otwieranie oczu, oddech, czy bezcelowe
poruszanie kończynami [2]. Nie obserwuje się jednak umyślnej reakcji na bodźce wizualne,
słuchowe, dotykowe czy nawet bólowe [1]. Sam przymiotnik „wegetatywny” sugeruje stan, w
którym organizm jest zdolny do wzrostu i rozwoju, ale już nie do posiadania odczuć i myśli
(w przeciwieństwie do stanu minimalnej świadomości).
Jeżeli pacjent pozostaje pod tą postacią dłużej niż trzy miesiące po traumatic brain
injuty [TBI], lub dłużej niż 12 miesięcy po non-traumatic brain injury, określa się ten stan
8
jako trwały stan wegetatywny (persistent vegetative state [PVS]) [3]. Jednym z lepiej znanych
przykładów PVS jest przypadek Terri Schiavo, Amerykanki, która była podtrzymywana przy
życiu przez 15 lat, aż w końcu, w 2005 roku, na mocy wyroku sądowego zaprzestano jej
sztucznego odżywiania, na skutek czego nastąpił zgon [8]. Pośmiertna sekcja wykazała, że jej
mózg w chwili śmierci ważył 615 gramów (średnia waga mózgu dorosłej kobiety to ok. 1225
gramów, czyli 2% masy ciała). Jej kora mózgowa była znacznie zdegenerowana, włączając w
to ośrodek wzroku. Jest to medyczny dowód na to, że wbrew wrażeniom, które można było
doznać oglądając nagrania z filmem, na który znajduję się matka pani Schiavo wraz z córką,
pani Terri nie była w stanie komunikować się na migi.
[8]
Ani VS ani PVS nie są stanami nieodwracalnymi.
3.4. Stan minimalnej świadomości
Termin „Stan minimalnej świadomości” (minimally conscious state [MCS]) został
wprowadzony w roku 1996 przez Aspen Group, w celu wyróżnienia tych pacjentów z grupy
znajdujących się w VS, którzy mają zachowaną, choć w ograniczonym stopniu, świadomość.
Podstawowymi narzędziami klinicznymi umożliwiającymi wstępne zakwalifikowanie
pacjenta jako znajdującego się w MCS są skala CRS (Coma Recovery Scale) badająca takie
aspekty jak: świadomość, komunikację, werbalizację, funkcje ruchowe, wizualne i słuchowe,
oraz GCS (Glasgow Coma Scale) oceniająca otwieranie oczu, kontakt słowy i reakcję
ruchową. Pacjenci znajdujący się w MCS mają większe szanse na poprawę niż pacjenci z VS,
niemniej jednak również w MCS można pozostać permanentnie.
9
3.5. ‘Lock-in’ Syndrome
‘Lock-in’ syndrom nie jest stanem zaburzenia świadomości, choć często bywa z nim
mylony. Jest to połączenie tetraplegii (porażenie wszystkich czterech kończyn) z anartrią [3].
Pacjent nie może się poruszyć ani komunikować na skutek paraliżu prawie wszystkich mięśni
należących do układu somatycznego podlegającego działaniu woli, poza oczami (w
przeciwieństwie do total ‘lock-in’ syndrome, gdzie oczy są również sparaliżowane)[9].
10
Rozdział 4
Problemy w klinicznym odróżnianiu różnych stanów zaburzeń świadomości
Ponieważ świadomość jest tak trudnym pojęciem do zdefiniowania, stwierdzenie jej
występowania u pacjenta jest tym
trudniejsze. Zwłaszcza, gdy pacjent jest ograniczony
ruchowo i nie ma możliwości reakcji na stymulację, pomimo, że jest obecna u niego
świadoma wola. Z tej i z innych przyczyn w dzisiejszej praktyce lekarskiej, pomimo tak
ogromnego postępu medycyny w ostatnich latach, liczbę postawionych nieprawidłowych
diagnoz dotyczących stanów zaburzenia świadomości szacuje się na ok. 40% [1]. Jak zostanie
to omówione w kolejnych rozdziałach, dotychczas opracowano wiele sposobów badania
występowania procesów kognitywnych u osób, z którymi komunikacja jest ograniczona.
Każdy z nich ma swoje zalety i wady, a żaden nie jest optymalny i niezastąpiony. Niestety
aspekty finansowe, techniczne, czy brak odpowiednio wykwalifikowanych kadr sprawiają, że
nie są one stosowane na co dzień w szpitalach, czego konsekwencją są właśnie mało trafne
diagnozy.
4.1. Przypadek 1 – świadomość u osoby ze zdiagnozowanym VS [12]
W 2003 roku, 23 letnia kobieta na skutek wypadku drogowego trafiła do szpitala z
TBI. Przy przyjęciu do szpitala wykonano pomiar kliniczny skalą GCS, którego wynik
wynosił 4. Następie wykonano tomografię komputerową [CT], która wykazała krwotok
mózgowy z wylewem krwi do lewej bocznej komory mózgu. Na podstawie tych wyników,
oraz oceny klinicznej wykonanej na drodze standardowych, powtarzalnych pomiarów przez
multidyscyplinarny zespół uznano, że pacjent znajduje się w stanie wegetatywnym.
W 2006 roku grupa naukowców pod przewodnictwem doktora Adriana M. Owen
wykonała tej pacjentce (u której w dalszym ciągu rozpoznawano cechy kwalifikujące do VS)
skany mózgu za pomocą fMRI podczas wykonywania dwóch zadań (które w dalszych
rozdziałach zostaną dokładniej omówione): antonym sentence paradigm oraz motor imaginery
task. Pierwsze z nich wykazało obecność zachowanych zdolności do wykonywania operacji
semantycznych (interesujący lewo-dolno-przedni obszar kory mózgowej wykazywał podobną
aktywność jak u grupy kontrolnej). Nie świadczy to jednak jeszcze o obecności świadomości
11
u podmiotu. Drugie zadanie wykazało, że pacjent jest w stanie reagować na werbalną
instrukcję badacza, co więcej, odpowiedź neuronalna była niemal identyczna z tą otrzymaną
w grupie kontrolnej podczas wykonywania tego samego zadania.
Podsumowując, pomimo wykonania rzetelnej oceny stanu pacjenta przez zespół
medyczny okazało się, że wbrew diagnozie VS, badany bez wątpienia jest świadomy siebie
oraz otoczenia.
4.2. Kolejne przypadki – zdolności kognitywne u osób znajdujących się w VS [1]
Grupa badaczy prowadzona przez dra Martina M. Monti przeprowadziła badanie 54
pacjentów znajdujących się w stanie zaburzonej świadomości, przy czym 23 troje z nich
znajdowało się w VS, a 31 w MCS. U wszystkich tych osób wykonano skany mózgu za
pomocą fMRI podczas wykonywania dwóch zadań: Motor Imaginery Task, oraz Spatial
Imaginery Task. Wyniki wykazały, że pięcioro z nich (w tym osoba opisana w poprzednim
podrozdziale) jest w stanie modulować aktywność mózgu zgodnie z werbalną instrukcją
badacza w zakresie dodatkowej kory ruchowej, a czworo z tej piątki w zakresie zakrętu
przyhipokampowego. Dodatkowo udało się nawiązać kontakt (konwersację na zasadzie
uzyskiwania odpowiedzi na pytania typu tak-nie) z jednym z tych pacjentów poprzez
intencjonalne modulowanie przez niego aktywności kory mózgowej. Wszyscy wymienieni
wyżej pacjenci znajdowali się w VS. Co ciekawe, żaden z pacjentów znajdujących się MCS
nie wykazał oczekiwanej aktywności na skutek werbalnej instrukcji badacza (więcej na temat
proponowanego wyjaśnienia w rozdziale 5).
Podsumowując, grupie dra Marina M. Monti udało się wykazać umiejętność
intencjonalnego modulowania aktywności kory mózgowej u 5 osób ze zdiagnozowanym VS.
Innymi słowy, odnaleziono ślady świadomości u osób z definicji jej pozbawionej.
12
Rozdział 5
Metody obrazowania mózgu i jego aktywności u osób z zaburzeniami świadomości
(metody nieinwazyjne, przedśmiertelne [?])
Należy pamiętać, że w przypadku osób z MCS poziom świadomości nie znajduje się
na jednym, stałym poziomie, ale oscyluje. Nigdy nie ma pewności, że negatywny wynik
świadczy o kompletnym braku występowania świadomości u danego pacjenta, a nie tylko o
jej absencji w danym momencie. Co więcej, w przypadku fMRI zdarza się otrzymać
negatywne wyniki nawet u osób całkowicie zdrowych [12].
5.1. fMRI
Dużą zaletą fMRI jest jego doskonała rozdzielczość przestrzenna wynosząca 3mm (w
przypadku MRI jest to 1mm).
Wadami tej metody jest m.in. niemożność wykonania skanu u osoby, która nie może
zostać przetransportowana do miejsca, w którym znajduje się fMRI, u osoby, która nie jest w
stanie utrzymać swojej głowy w bezruchu (np. przy padaczce), czy u osoby, która ma
metalowe implanty w ciele (ze względu na generowane silne pole magnetyczne rzędu 1,5
Tesla) [13].
5.2. PET
5.3. EEG
Pierwszą rzucającą się w oczy zaletą EEG, która często okazuje się być kluczowa, jest
możliwość jego wykonywania przy łóżku pacjenta. W efekcie pozwala to na swobodne
powtarzanie pomiarów, które jest istotne w przypadku osób z wahającym się poziomem
świadomości (MCS). Ponadto rozdzielczość czasowa jest bardzo dobra, co pozwala
13
5.4. SEP
14
Rozdział 6
Sposoby badania różnic pomiędzy różnymi stanami zaburzenia świadomości
15
Bibliografia
1. Monti MM, Vanhaudenhuyse A, Coleman MR, Boly M, Pickard JD, Tshibanda L, Owen
AM, Laureys S. 2010. Willful Modulation of Brain Activity in Disorders
of Consciousness. The New England Journal of Medicine 362: 579-589.
2. Fellinger R, Klimesch W, Schanakers C, Perrin F, Freunberger R, Gruber W, Laureys S,
Schabus M. 2011. Cognitive processes in disorders of consciousness as revealed by
EEG time-freuency analyses. Clinical Neurophysiology 122: 2177-2184.
3. Laureys S, Owen AM, Schiff ND. 2004. Brain function in coma, vegetative state, and
related disorders. The Lancet Neurology 3: 537-546.
4. Haupt WF, Rudolf J. 1999. European brain death codes: a comparison of national
guidelines. Journal of Neurology 246: 432-437.
5. http://pl.wikipedia.org/wiki/%C5%9Amier%C4%87_m%C3%B3zgu [dostęp z dnia:
19.12.2012]
6. Załącznik do obwieszczenia Ministra Zdrowia z dnia 17 lipca 2007: Kryteria i sposób
stwierdzania trwałego nieodwracalnego ustania czynności mózgu ustalone przez
specjalistów z dziedzin medycyny: anestezjologii i intensywnej terapii, neurologii,
neurochirurgii oraz medycyny sądowej
7. http://www.stanford.edu/group/maciverlab/Concious.html
[dostęp
z
dnia:
20.12.2012]
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Terri_Schiavo_case [dostęp z dnia: 20.12.2012]
16
9. http://en.wikipedia.org/wiki/Locked-in_syndrome [dostęp z dnia: 20.12.2012]
10. bank danych ‘federal network for care of VS and MCS, Coma Science Group’ w Belgii
11. Koch C, Tsuchiya N. 2006. Attetion and consciousness: two distinct brain processes.
Trends in Cognitive Science 11: 16-22.
12. Owen AM, Coleman MR, Boly M, Davis MH, Laureys S, Pickard JD. 2006. Detecting
Awareness in the Vegetative State. Science 313: 1402
13. Goldfine AM, Victore JD, Conte MM, Bardin JC, Schiff ND. 2011. Determination of
awareness in patients with severe brain injury using EEG power spectral analysis.
Clinical Neurophysiology 122: 2157-2168
17