Więźniowie własnego ciała

Nauka wciąż nie wypracowała jednolitej i zadowalającej wszystkich definicji świadomości. Przez pojęcie „świadomość” można rozumieć wiele sytuacji – od zdawania sobie sprawy z istnienia otoczenia, istnienia samego siebie poprzez świadomość istnienia swojego życia psychicznego aż po świadomość świadomą samej siebie. Oznacza to aktywną formę kontaktu ze światem, czyli reagowanie na sygnały płynące ze środowiska.

W formowaniu się świadomości biorą udział dwie sieci neuronalne: zewnętrza i wewnętrzna. Pierwsza jest ważna dla postrzegania wszystkich bodźców zmysłowych. Do usłyszenia dźwięku potrzebujemy nie tylko uszu i kory słuchowej, ale także sieci neuronów występującej w każdej z półkul mózgowych. Z kolei druga – sieć samoświadomości – wiąże się z naszą wyobraźnią, wewnętrznym głosem. Aby móc uznać człowieka za świadomego, musi następować przepływ informacji między poszczególnymi strukturami mózgu.

Jak odkodować fale mózgowe

Najważniejszym narzędziem do potwierdzenia świadomości na podstawie badania aktywności mózgu był i nadal pozostaje elektroencefalograf (EEG). Urządzenie to mierzy niewielkie zmiany napięcia (od 10 do 100 mikrowoltów), które wynikają ze zbiorowej aktywności elektrycznej tzw. korowych neuronów piramidowych (ich nazwa wynika z kształtu). Badanie EEG polega na umieszczeniu elektrod bezpośrednio na skórze głowy i może być przeprowadzone nawet w warunkach ambulatoryjnych. Niestety, jest obarczone dużym ryzykiem błędu, jeżeli elektrody przemieszczą się w trakcie pomiaru.

Od lat 40. ub.w. wykrycie tzw. aktywnego sygnału EEG uważano za najpewniejszą oznakę świadomości. Stan ten przejawia się poprzez niskonapięciowe fale o gwałtownie zmieniającej się amplitudzie, które nie są zsynchronizowane. Zazwyczaj, gdy na elektroencefalografie dominują niskie częstotliwości, świadomość pacjenta jest mało prawdopodobna. Istnieje jednak wiele wyjątków od tej reguły, więc metody tej nie można uznać za uniwersalny wskaźnik świadomości. „Pacjenci z niskimi częstotliwościami w EEG często się wybudzają, ale zależy to od tego, do jakiego uszkodzenia mózgu doszło i w jakiej lokalizacji. Czy nastąpiło obumarcie neuronów, czy tylko pojawiły się zaburzenia ich funkcjonowania. Takie rzeczy jesteśmy w stanie dość precyzyjnie określić, a tym samym oszacować szanse na powrót człowieka do świata” – mówi dr Bartosz Kudliński, specjalista anestezjologii i intensywnej terapii.

W ostatnich latach opracowano wiele nietypowych form komunikacji, niejako żywcem wziętych z science fiction. Naukowcy próbują stworzyć uniwersalny test do weryfikacji rozpoznania klinicznego stanu wegetatywnego. Zarówno funkcjonalny rezonans jądrowy (fMRI), jak i tomografia komputerowa (CT) mogą pomóc zwizualizować stopień uszkodzenia mózgu. Pomocna jest tu technika tzw. obrazowania tensora dyfuzji (DTI), która pozwala na zmierzenie sprawności komórek nerwowych. Jeszcze lepsze rezultaty daje emisyjna tomografia pozytonowa (PET), umożliwiająca zbadanie metabolizmu mózgu. Istnieją także inne sposoby rejestrowania aktywności neuronalnej. Najbardziej zaawansowane śledzą przepływ krwi w mózgu (tomografia emisyjna pojedynczego fotonu – SPECT) lub wytwarzane przez niego pole magnetyczne za pomocą magnetoencefalografii (MEG). Duże możliwości daje także funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni (fNIRS), która pozwala zbadać aktywność mózgu poprzez reakcje hemodynamiczne związane z zachowaniem neuronów. Metody te są jednak skomplikowane, co utrudnia ich rutynowe wykorzystanie w szpitalach. Pod tym względem wciąż niezastąpiony pozostaje EEG.

Zamknięci we własnym ciele

Stan wegetatywny jest najczęściej następstwem globalnego niedotlenienia mózgu. Przyczyną może być zatrzymanie krążenia i zbyt późna resuscytacja albo topienie się. Mózg nie jest w stanie przetrwać bez tlenu dłużej niż 4 min. W takich przypadkach część neuronów umiera. Powstają, co prawda, nowe, ale nie wypełniają one bezpośrednio powstałego ubytku, jak to się dzieje w przypadku tkanki bliznowatej. Pewne funkcje mózgu mogą zostać w ten sposób utracone. Człowiek może zatem przeżyć, ale większa część jego kory mózgowej – a tym samym świadomości – już nie. Przy założeniu, że świadomość faktycznie jest przechowywana w korze mózgowej – bo takiej pewności wciąż nikt nie ma. Czasami zmiany są na tyle poważne, że pacjent zapada w śpiączkę. Stan ten charakteryzuje się pełną utratą przytomności, brakiem rytmu snu i czuwania, niemożliwością otwierania oczu. W najlepszym wypadku można zaobserwować tylko odruchowe ruchy kończyn.

Śpiączka zazwyczaj trwa kilka tygodni, a pacjenci, którzy się z niej nie „obudzą”, przeważnie umierają albo przechodzą w stan wegetatywny. Ten przez klinicystów jest precyzyjniej nazywany zespołem niereaktywnej przytomności (unresponsive wakefulness syndrome, UWS). Z jednej strony pacjenci są wybudzeni (zachowują rytm sen–czuwanie), a z drugiej – świadomość obejmująca ich myśli i uczucia jest wyłączona. Osoby z UWS połykają, ziewają, zgrzytają zębami, uśmiechają się, a nawet chwytają za rękę. Wszystko to jednak ma charakter odruchowy i nie nosi znamion celowości. Nie obserwuje się u nich żadnych czynności wynikających z woli, lecz jedynie odruchy będące konsekwencją aktywności pnia mózgu (podstawowe reakcje). Część osób w stanie wegetatywnym odzyskuje świadomość w krótkim czasie od wystąpienia urazu. Jeżeli chory nie wykazuje oznak świadomości po roku od momentu urazu mózgu lub pół roku od uszkodzenia powstałego wskutek niedotlenienia, szanse powrotu do zdrowia uznaje się za niewielkie.

Pacjenci z UWS nie są rzadkim zjawiskiem – w samych Stanach Zjednoczonych w hospicjach, domach opieki lub domach rodzinnych przebywa ich ponad 10 tys., a liczba ta systematycznie rośnie. Chociaż panuje przekonanie, że osoby te niczego nie doświadczają, trzeba pamiętać, że brak dowodu nie jest dowodem braku świadomości. Pacjenci ci trafiają do diagnostycznej szarej strefy, ponieważ nie wiadomo, czy ich uszkodzone mózgi są zdolne do odczuwania bólu, stresu, niepokoju lub całego potoku myśli. Szacuje się, że aż co piąta osoba z UWS może być przytomna i tak naprawdę została źle zdiagnozowana.

Do oceny stanu przytomności w medycynie wykorzystuje się tzw. skalę Glasgow (Glasgow coma scale, GCS). Ocenie podlegają m.in. otwieranie oczu, kontakt słowny i reakcja ruchowa. Za każdą reakcję (spontaniczną lub na polecenie) pacjent dostaje punkty, które przekładają się na ocenę jego stanu. Za głęboką utratę przytomności i świadomości uznaje się GCS z wynikiem 3, kiedy to pacjent nie otwiera oczu, nie reaguje na słowa i nie wykazuje żadnych reakcji ruchowych.

Sytuacja jest bardziej skomplikowana w przypadku osób przytomnych, ale znajdujących się w stanie minimalnej świadomości (minimally conscious state, MCS). Nie mogą one mówić, ale są w stanie dawać sygnały – zwykle słabe, rzadkie i niekonsekwentne. Mogą uśmiechać się lub płakać w sytuacjach wywołujących emocje, wydawać nieartykułowane dźwięki, jęki, a także wodzić oczami. Lekarze zakładają, że ci pacjenci przeżywają coś świadomie, nawet jeśli tylko chwilowo. Słynny jest przypadek Terry’ego Wallisa, który w 2003 r. odzyskał przytomność po 19 latach przebywania w stanie minimalnej świadomości. Nie wyzdrowiał w pełni, ale był zdolny do poruszania kończynami.

Jeszcze bardziej złożona jest sytuacja osób z zespołem zamknięcia (locked-in syndrome, LIS), czyli stanem, w którym pacjent jest przytomny i świadomy, lecz nie potrafi poruszać się z powodu paraliżu mięśni szkieletowych. Postępujące porażenie mięśni oddechowych powoduje, że nie jest w stanie mówić – przez jakiś czas pozostaje mu możliwość mrugania powiekami oraz poruszania oczami. Tego typu problem – zanik mięśni bez uszkodzenia mózgu – dotyczy m.in. pacjentów ze stwardnieniem zanikowym bocznym (SLA). Ciało staje się więzieniem. Najsłynniejszą osobą cierpiącą na SLA był Stephen Hawking. „Zespół zamknięcia bywa przejściowy. Pacjent nie może się komunikować, ale jego postrzeganie świata, osobowość i świadomość są nienaruszone, bo reszta mózgu pozostała nieuszkodzona. Jeśli tak jest, to pacjent z zespołem zamknięcia lub nawet śpiączką ma szansę na powrót do normalności” – mówi dr Bartosz Kudliński.

Granica między brakiem odpowiedzi, stanem minimalnej świadomości a zespołem zamknięcia jest trudna do uchwycenia. Nawet jeżeli pacjent nie reaguje na polecenia, dźwięki lub bodźce, niekoniecznie oznacza to, że jest nieprzytomny. Może bowiem się zdarzyć, że celowo nie chce odpowiedzieć na polecenie lub że wskutek poważnego uszkodzenia obszaru mózgu odpowiedzialnego za przetwarzanie języka po prostu nie rozumie pytania. Bywają też sytuacje, gdy mózg pacjenta krzyczy „podnieś rękę!”, ale motoryczne szlaki nerwowe zostały zerwane. Rodzinom pacjentów często wydaje się, że subtelne zmiany w wyrazie twarzy lub niewielkie ruchy kończyn świadczą o powrocie świadomości.

Nowe formy komunikacji

Dr Adrian Owen, jeden z najsłynniejszych neurologów na świecie, postanowił poświęcić się badaniom nad świadomością pacjentów w stanie wegetatywnym po kontakcie z Kate Bainbridge, nauczycielką z Cambridge, która po trzech dniach grypopodobnej infekcji zapadła w śpiączkę (nie znaleziono u niej cech uszkodzenia mózgu), a następnie w stan wegetatywny. Występował u niej rytm sen–czuwanie, ale kobieta nie wykazywała żadnej reakcji na bodźce zewnętrzne. W 1997 r. Kate była pierwszą pacjentką w stanie wegetatywnym – bez większych szans na odnotowanie jakichkolwiek oznak świadomości – przebadaną przez zespół Owena za pomocą PET. Uczeni prezentowali na ekranie komputera zdjęcia przyjaciół i członków rodziny Kate, co wywoływało reakcję jej mózgu. Wzór aktywności wyglądał niemal identycznie jak schemat występujący u osób zdrowych oglądających rodzinne fotografie. Początkowo trudno było wyciągnąć wiarygodne wnioski, ale dalsze odkrycia zespołu dr. Owena rozjaśniły sytuację.

Naukowcom udało się odnaleźć obszary mózgu szczególnie istotne dla świadomości. Porównując osoby w stanie wegetatywnym z grupą kontrolną, zauważyli wyraźny brak aktywności pewnych obszarów kory asocjacyjnej, biorącej udział w przetwarzaniu bodźców zmysłowych. Chodzi o aktywność wewnątrz płatów czołowych i ciemieniowych z ośrodkami położonymi w głębszych rejonach mózgu. U osób w stanie wegetatywnym procesy te są zaburzone. Podobne objawy przejawiają pacjenci w stanie minimalnej świadomości. W celu odróżnienia obu stanów niezbędna była inna technika.

Dr Adrian Owen we współpracy z prof. Stevenem Laureysem zaproponowali nowatorskie podejście. Zbadali aktywność mózgu osób zdrowych, gdy wyobrażały one sobie, że wykonują różne czynności. Wywoływało to konkretną aktywność elektrochemiczną w mózgu, podobną do tej, jaka się pojawia, kiedy rzeczywiście wykonujemy dane działanie. Można to dostrzec podczas badania fMRI. Najlepiej sprawdzało się wyobrażenie sobie własnej gry w tenisa i spacerowania po domu, bo aktywowały one inne obszary mózgu i naukowcy mogli łatwo odróżnić sygnały z nich pochodzące. Metodę przetestowano u młodej pacjentki, która doznała poważnego uszkodzenia mózgu i przez pięć miesięcy nie reagowała na żadne bodźce. Spełniała wszystkie warunki osoby w stanie wegetatywnym. Podczas badania fMRI sugerowano jej wyobrażenie sobie dwóch wspomnianych wcześniej czynności. Za każdym razem, gdy kobieta myślała o grze w tenisa, obserwowano aktywność mózgu w korze ruchowej, a kiedy wyobrażała sobie spacer po domu – w płatach czołowych i zakręcie przyhipokampowym – identycznie jak u zdrowych osób. Na tej podstawie wywnioskowano, że pacjentka musi być świadoma, mimo że nie reaguje na bodźce zewnętrzne. Od tego czasu technika komunikacji została przetestowana wiele razy.

Obserwacje pozwoliły neurologom wyciągnąć wnioski, że skoro wyobrażenia o graniu w tenisa i spacerowaniu po domu aktywują inne obszary mózgu, sygnały te można potraktować jako „tak” i „nie”. Pacjentów poinformowano, że jeżeli chcą odpowiedzieć na pytanie „tak”, powinni wyobrazić sobie grę w tenisa, a jeżeli chcą zaprzeczyć, muszą pomyśleć o spacerze po domu. Dzięki zastosowaniu takiego prostego tłumacza udało się porozmawiać z osobami przez wielu uznanymi za „martwe”.

Monitor świadomości

Neurolodzy z całego świata starają się dotrzeć do pacjentów z zaburzeniami świadomości, by ocenić uszkodzenia ich mózgów i określić szanse na powrót do zdrowia. Szczególnie duże postępy poczyniono z grupą osób cierpiących na zespół zamknięcia, które nie mogą niczym poruszyć (poza oczami), ale pozostają całkowicie świadome. Ich kora mózgowa jest nienaruszona. Takim pacjentem był Jean-Dominique Bauby, szef francuskiego „Elle”. Zdiagnozowano u niego afazję ruchową, czyli utratę możliwości sterowania przez mózg mięśniami umożliwiającymi mowę. Rozumiał, co się do niego mówiło, ale nie potrafił się tym samym zrewanżować. Tylko na podstawie mrugania był zdolny do napisania książki, co dobrze zobrazowano w filmie „Motyl i skafander”. Dzisiaj można już umieścić kamerę na podczerwień nad oczami pacjenta, która automatycznie przekłada mrugnięcia na pełne słowa. Do udzielania świadomych odpowiedzi i kontaktu z otoczeniem stworzono EyeControl. To innowacyjne urządzenie, opracowane przez brytyjskich naukowców, umożliwia śledzenie ruchu oczu całą dobę. Dzięki wspomaganiu algorytmami sztucznej inteligencji potrafi wychwycić choćby najmniejsze zmiany. Jest łatwe do założenia i konfiguracji, a powstało dzięki środkom zgromadzonym na portalu crowdfundingowym.

Rozwój coraz bardziej zaawansowanych technik detekcji aktywności mózgu może wywołać wiele moralnych i prawnych dylematów. „Czy ciało może istnieć bez sterującej nim świadomości? Czy takie ciało jest tylko zepsutą maszyną, która egzystuje – przy odpowiednim wsparciu – dopóty, dopóki to możliwe? Czy człowiek – świadomy – może tolerować więzienie swojego ciała? Jak długo? Wydaje się, że długo. Ale nic pewnego nie wiemy” – sugeruje dr Bartosz Kudliński. Czy odkrycie strzępków świadomości może stanowić wystarczający powód do cofnięcia decyzji o wstrzymaniu odżywiania pacjenta, który nie ma szans na wyzdrowienie? Już dzisiaj można zapytać chorego, czy chce dalej żyć, nawet jeżeli nie jest w stanie poruszać ustami. Ale skąd mamy mieć pewność, że jego odpowiedź jest tworem świadomego umysłu?

***

Świadomość podczas operacji

Detekcja świadomości jest istotna u operowanych. Znieczulenie ogólne eliminuje ból podczas operacji i zapobiega poruszaniu się pacjenta, jednak na każdego działa inaczej. Pomimo że EEG nie jest rutynowo stosowane do monitorowania pacjentów poddanych znieczuleniu, to uważa się je za narzędzie mogące pomóc w ocenie stanu ośrodkowego układu nerwowego. Służy ono do oceny efektów farmakodynamicznych wywołanych przez środki anestetyczne. Jeżeli pomiar poziomu świadomości pacjenta za pomocą EEG jest nieprecyzyjny, może dojść do tzw. niezamierzonej świadomości śródoperacyjnej, której częstość występowania szacuje się na 0,1–0,2%. Zjawisko to pojawia się najczęściej, gdy istnieje nadaktywność mózgu – u osób cierpiących np. na chorobę Gravesa–Basedowa, u ludzi nadwrażliwych na środki znieczulające lub takich, którzy zostali poddani płytkiemu znieczuleniu.