偵測植物人是否有意識:「如果你聽見我,請想像……」

偵測植物人是否有意識:「如果你聽見我,請想像……」
Photo Credit: PGP Scientists, Wikipedia Commons, CC0

我們想讓你知道的是

透過腦造影工具,科學家終於找到偵測植物人是否有意識以及與其溝通的方法,對這個如迷霧般的腦科學議題,如今我們的了解又更進一步。

文:歐文(Adrian M. Owen)
翻譯:謝伯讓

我從事無行為反應病人的意識狀態研究,可以追溯到1997年第一次見到凱特的那一刻。她是來自英國劍橋的年輕教師,在一次類似感冒的症狀之後陷入昏迷。在幾個星期內,她的醫生就宣佈她是植物人,更精確地說,她仍有睡眠週期,不過卻沒有知覺意識。她的眼睛會閉闔,而且她也似乎會短暫快速地張望醫院病房的四周,但是,她卻沒有顯示出一點心理思考的跡象,對於家人和醫師的刺激及鼓勵,她也沒有任何反應。

當時我正在劍橋大學測試新的腦造影方法,我的同事、急性腦傷研究專家曼能(David Menon)建議我們用正子斷層掃描(PET)來看看能否偵測到她腦中任何認知活動的跡象。雖然機會渺茫,但是我們認為有些新的腦造影技術或許有可能成功。當凱特在腦造影機器裡接受掃描時,我們在她眼前的電腦螢幕上閃過許多她朋友及家人的照片,並在她腦中尋找活動跡象,結果非常驚人。她的大腦不只對臉孔有反應,其活動型態還跟一般健康的人在看到親人臉孔的反應十分相似。

這代表什麼意思呢?凱特難道有意識,只是外表看不出來?還是說,這只是某種反射反應?在我們知道如何回答這個問題之前,我們可能得先花上10年去研究並改善方法才行。

找出答案的需求越來越迫切。由於近年來在創傷照護、急救處理以及重症醫學上的進步,像凱特這樣嚴重腦傷後存活的病人越來越多,他們活著,卻沒有任何醫學證據顯示他們有意識,這種病人幾乎在每個擁有良好護理設備的城鎮醫院中都可以找到。決定該給他們多少照護和治療、多少生命輔助設備、如何權衡家人的希望與病人的預先醫療指示(如果有的話),這些都是令人苦惱且常涉及官司的棘手道德問題。

有些病人會恢復至某種程度,但是,哪些人會恢復、又恢復到何種程度,則很難預測。有些病人會進入最小意識狀態,表現出一些不一致但卻可重複出現的意識特徵。有些病人則會維持植物人的狀態,直到死亡,而這段時間有時會長達數十年。如果可以區分植物人不同的狀態,將可以為病人做出最佳醫療決定。

如果聽見,請想像......

在掃描過凱特大腦後的幾年中,我們在劍橋的研究團隊嘗試許多不同的方法,想要偵測出植物人腦中的潛在意識(我們稱之為「隱藏意識」)。我們播放語句(由語構成的長串句子)以及類似語言但不包含真實語言的噪音,然後比較兩者在病人大腦所引發的反應。在許多案例中,我們在原本被認為是植物人的腦中發現與正常人無異的反應:在播放語句時語言知覺區會活化,但在播放類語言的噪音時則不會。不過一如以往,我們無法確定這種看似正常的大腦反應是否反映出先前無法偵測到的意識,或者只是較基本、自動式的神經訊號,而與較高階的意識處理過程無關。

我和曼能、戴維斯(Matt Davis)以及劍橋的其他同事進行了一項重要的後續實驗。我們決定麻醉一些健康的受試者(一群麻醉醫師),然後播放先前可以在植物人腦中激起不同反應的語言和非語言聲音刺激。令人驚訝的是,當這些受試者施打了短效的麻醉藥物丙泊酚之後,語言感知區域的活化程度與他們清醒時的活化程度不相上下。這項重要的證據顯示,植物人身上發現的「正常」大腦反應並不能做為意識的可信指標。大腦似乎會自動化處理語言訊息,即使我們沒有意識到自己正在這麼做。

當時,我們得停下來重新思索。我們必須從不同的角度來檢視隱藏意識。真正的問題並不是我們如何激起病人的大腦活動,而是觀察到的哪一種大腦活動可以用來確認病人擁有意識。我們從古典的臨床意識評估中找到了靈感:指令反應。這就是大家在電視醫學影集中常看到的「聽得見就握我手」測驗法。當然,由於我們的病人狀態嚴重,無法對指令做出動作回應,但是他們可否透過思考來產生可測量的腦部反應呢?

首先,我們與比利時列日大學洛瑞斯(Steven Laurey)實驗室的神經科學家波利(Melaniee Boly)合作,我們要健康受試者想像各種不同的動作,包括唱耶誕聖歌、在家裡的各個房間走動、拚命打網球等,然後記錄他們的大腦反應。其中有許多的想像活動,都會激起強烈且穩定的大腦反應,就宛如受試者真的在進行該動作一般。

透過不需要注射化學追蹤劑的功能性磁共振造影(fMRI),我們發現,其中最佳的兩項活動就是想像打網球以及想像自己在家裡的各個房間走動。的確,在我們掃描過的每一位受試者中,想像打網球都在前運動皮質(與動作計畫有關的腦區)激起了強烈的反應。另一面,想像自己在家裡走動則會激發頂葉和名為海馬旁回的較深腦區(兩者都和空間位置表徵與定位有關)。就像電視上的醫生告訴病人「如果聽見,請握我手」那樣,我們發現,病人的確可以對指令做出可信的反應,當要求他們「如果聽見,請想像打網球」時,fMRI讓我們看見了腦中的反應。

出乎意料的是,這個方法在我們第一次使用於一位看似植物人的病人身上時,就成功了。這位年輕女士是在一次複雜的交通意外中受傷的路人,有相當嚴重的腦傷。在進行fMRI掃描之前,她已有長達五個月的時間毫無反應,並且符合植物人所有的國際判定。在掃描時,我們重複要求她分別進行上述兩項想像活動。每當她被要求想像打網球時,前運動皮質就會出現顯著的腦部活動,就跟先前健康受試者的反應一樣。當她被要求想像在自己家中走動時,我們則發現頂葉與海馬旁回有顯著活動,也和健康受試者的反應類似。


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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

面對未來全新的資安挑戰,臺灣資安人才培育搖籃「 ACW SOUTH 沙崙資安服務基地」於八月中辦理「2022第一屆沙崙資安新秀大賽」,從人才育成的角度出發,延長黑客松(Hackathon)賽制的競賽時間以強化實作環節,並緊扣沙崙基地的資安推廣使命,採智慧製造、關鍵基礎設施、智慧綠能與跨領域資安應用作為四大競賽主題,期待藉此提攜臺灣年輕世代的資安新秀、強化產業防駭能力。如此專為「人才育成」量身打造的賽制,不只是創造大專校院生投入資安專題實作的機會,也企圖為臺灣的資安產業找尋創新可能。光在短短一個月的報名期間,就有17所大專校院,共計79位學生報名參加,共計33支隊伍提出研究專題參加初選,競爭相當激烈。

為了進一步養成選手的資安技術力,沙崙基地義不容辭地成為選手們的輔導擔當,投入豐富多樣的培育資源:初選入圍的20組隊伍不只能免費租借沙崙基地中超高規格的硬體設施與共創空間,還能優先參加沙崙基地辦理的資安實戰課程、工作坊與主題講座;在年底的成果發表會中,還會邀請臺灣業界的資安廠商參與,讓競賽隊伍不只獲得媒體露出機會,還能與產業實務對話交流,認識產業現況,甚至媒合進入資安產業,獲得工作或合作的珍貴機會。

如此豪華的培育資源更凸顯沙崙資安新秀大賽的特別之處,讓它從單純資安人才自我磨練、發光發熱的黑客松競賽,提升為拔擢資安新秀而舉辦的年度盛會!

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剛進入臺灣資安大會的會場,就看到滿滿的資安新秀們列席而坐,每個人皆摩拳擦掌準備決賽簡報。看著大家因為「沙崙資安新秀大賽」由臺灣北中南東齊聚一堂,為了爭取榮譽及獎勵,彼此競爭、腦力激盪的模樣,不禁令人熱血沸騰感到充滿希望,也深刻感受到沙崙基地對賽事舉辦及人才培育的用心。

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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

決賽共有20組學生團隊從初賽的33支隊伍中脫穎而出,團隊分別來自大同大學、中山大學、中正大學、成功大學、宜蘭大學、南臺科大、高科大、雲科大、嘉義大學、臺東大學、臺科大等11所大專校院,他們在決賽中透過專案簡報來決定到底獎落誰家。而正式競賽開始前,評審們也再三強調,所有決賽團隊的研究主題及概念橫跨多領域且都相當完整,不只想法新穎、也十分切合當今產業的痛點,無論最終是否從決賽中脫穎而出,都希望大家能把握沙崙基地提供的輔導資源,努力實踐專案構想,並在年底的成果展中呈現最棒的結果;來自產業的評審更迫不及待地拋出橄欖枝,願意在產業實務中對同學們伸出雙手,期待未來更多的合作機會。

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Photo Credit: ACW SOUTH沙崙資安服務基地

經過競爭激烈的簡報時間,當下不只驚嘆同學對於社會、產業細膩的觀察,也意識到原來資安與我們的日常其實距離這麼近,例如網頁防駭的主動偵測、通訊軟體訊息的AI辨識等,其實都是與生活密切關聯,但容易存在資安危害或漏洞的小地方。

既然是競賽,終究會決出勝負。本次「2022第一屆沙崙資安新秀大賽」最終分別由國立中山大學的「Starlight」以數獨資訊加密進行隱私保護的研究、國立宜蘭大學的「若『隱』若『線』」以AI動態無線頻譜的安全偵測系統榮獲佳作;國立臺東大學的「哩哪來臺東請你斟酌看」以AI針對資安入侵進行主動判斷並示警的研究榮獲第三名;國立臺灣科技大學的「K459」以工業物聯網之實體密罐系統的開發榮獲第二名;國立中山大學的「特洛伊獵手」以硬體木馬的設計及檢測榮獲第一名。

從得獎的組別也可以發現,今年沙崙資安新秀大賽的議題十分多元,從高度專業的產業面到平易近人的生活面都有所著墨,其中出題觀點與解題手法也令評審大為驚豔,期待年底成果發表會時,這些資安技術有進一步的實踐,未來更對臺灣的資安產業及日常生活帶來協助或補強。

打造全民數位韌性,從自我培力做起

當數位服務深入日常角落,資訊安全與你我的距離其實比你想像的還要接近。大至水廠電廠等國家民生基礎設施、提供資訊服務的民間企業;小至日常中滑滑臉書、撥打電話的舉動,都可能成為駭客攻擊的目標,資安危機甚至還會變換型態,愈來愈難以防範。

因此,沙崙基地培育人才、強化資安能量的使命,不只是影響國家長期發展的重要因子,也是影響「全民數位韌性」能否切實落地的關鍵因素。其實資訊安全的敏銳度、應用科技的數位力,是你我可以從生活中開始培養的,而沙崙基地展示了七大實作平台,透過互動展示與簡易圖說,讓民眾可以具體了解各種資安形式與威脅,如果對於數位發展有所遲疑、或是擔心面對突如其來的資安議題手足無措,不妨找天來沙崙基地晃晃,認識當前資安最新發展,培養與資安大賽選手們一樣敏銳的觀察力與資安意識。

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