刘宁研究组与合作者揭示意识障碍患者大脑偏离临界态的动力学与代谢机制

　　

　　意识障碍（disorders of consciousness，DoC）患者虽可能保持觉醒，却长期缺乏稳定、明确的行为反应，临床诊断、治疗和预后判断均面临困难。揭示意识受损时大脑整体运行状态的变化，是理解疾病机制并发展客观评估指标的关键。大脑临界态理论认为，健康大脑通常运行在有序与无序之间的临界点附近，从而兼顾神经活动的稳定性与灵活性，实现高效的信息传递和整合。然而，意识严重受损后，大脑是否仍能维持这一状态以及其变化是否与脑代谢和临床表现相关尚不清楚。

　　2026年7月20日，中国科学院生物物理研究所刘宁研究组及合作者在《Communications Biology》在线发表题为"Brain criticality characterizes abnormal neural dynamics and metabolism in disorder of consciousness"的研究论文。研究团队结合静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）与正电子发射断层成像（PET），从脑活动动力学和能量代谢两个层面，系统考察意识障碍患者大脑临界态的改变。

图1 研究流程图

　　研究团队采用脑活动团簇的幂律参数、基于Ising模型的动力学指标和相位同步性等互补指标，对患者的大脑临界动力学进行刻画。结果显示，与最小意识状态（minimally conscious state，MCS）患者相比，意识受损更严重的无反应觉醒综合征（unresponsive wakefulness syndrome，UWS）患者表现出更高的幂律参数和Ising能量，以及更低的脑活动相位同步性，提示其大脑进一步偏离临界态，趋向更受抑制的亚临界状态。在这一状态下，神经活动更难持续扩展和远距离传播，信息整合能力及动态响应范围可能随之下降。进一步分析发现，UWS与MCS患者之间区域临界态指标的差异与脑葡萄糖代谢差异显著相关，表明异常脑动力学具有相应的代谢基础。基于3项全脑临界态指标的模型区分UWS与MCS及预测预后的准确率分别为92.31%和76.00%，其表现优于PET代谢指标，显示出潜在的临床辅助价值。该研究从整体脑动力学角度揭示了意识障碍的异常运行模式，为理解其神经机制及探索客观评估指标提供了新线索。

　　首都医科大学附属北京天坛医院葛芊芊博士（已毕业）和中国科学院生物物理研究所博士后辛雨萌为论文共同第一作者。中国科学院生物物理研究所刘宁研究员、首都医科大学附属北京天坛医院徐珑主任和何江弘主任为共同通讯作者，中国科学院自动化研究所余山研究员为共同作者。该研究得到科技创新2030"脑科学与类脑研究"重大项目、北京市自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后科学基金面上项目的支持。

　　文章链接：

　　https://www.nature.com/articles/s42003-026-10713-y

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（供稿：刘宁研究组）

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