Tekenen van bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand

Transcriptie

1 Tekenen van bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand De verwerking van auditieve en somatosensorische stimuli Abstract Zijn er tekenen van bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand? Kunnen zij horen en voelen? Of is hun belevingswereld geminimaliseerd tot het horen van geluiden zonder daaraan een betekenis te kunnen geven? Kunnen zij enkel dingen voelen, maar geen onderscheid kunnen maken tussen plezierige en onplezierige aanrakingen. Dit paper gaat in op de vraag of er tekenen zijn van bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand. Daarvoor zal worden gekeken naar enkele artikelen die onderzoek hebben gedaan naar de verwerking van auditieve en somatosensorische stimuli bij patiënten in vegetatieve toestand (en gezonde mensen). Hierbij zal bij auditieve verwerking onderscheid worden gemaakt tussen primaire verwerking van geluid, differentiatie, semantische verwerking en emotionele verwerking. Bij somatosensorische verwerking wordt onderscheid gemaakt tussen de primaire verwerking van niet-pijnlijke stimuli, de primaire verwerking van pijnlijke stimuli en een diepe verwerking van pijnlijke stimuli. Tevens wordt gekeken naar hersengebieden die geassocieerd worden met een bepaalde diepte van verwerking. Uit de onderzoeken blijkt dat enkele patiënten in staat zijn tot de hoogste niveaus van auditieve verwerking, namelijk semantische verwerking. Dit is een aanwijzing voor bewustzijn. Geen enkele patiënt is echter is staat tot een hoog niveau van verwerking van pijnlijke stimuli. Hieruit kan worden geconcludeerd dat enkele patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn te horen en geen enkele patiënt in staat is te voelen. Naam: Esther Tieken Begeleider: Victor Lamme Studentnummer: Datum: Aantal woorden: 5228

2 Inhoudsopgave 1 Inleiding Blz. 3 2 De verwerking van auditieve stimuli Blz. 5 3 De verwerking van somatosensorische stimuli Blz Conclusie Blz Literatuurlijst Blz. 15 2

3 1 Inleiding Een dertig jaar jonge man stort in met ernstige hoofdpijn en is even later niet meer in staat te reageren op de omgeving. De volgende dag is hij slaperig. In de opvolgende dagen fluctueert zijn bewustzijn, totdat hij op een gegeven moment geheel niet meer reageert op de omgeving. Na drie weken wordt de man van de intensive care gehaald, maar is tot op de dag van vandaag nog niet ontwaakt (Owen et al., 2005). Is deze patiënt zich nog in enige mate bewust van zijn omgeving en kan hij niet meer reageren, of verkeert hij in een diepe staat van niet-bewustzijn? In de volksmond worden deze patiënten aangeduid met de term kasplantjes. Deze patiënten verkeren in vegetatieve toestand: ze lijken geen gebruik meer te kunnen maken van hun zintuigen en kunnen niet meer reageren op de omgeving. Deze toestand wordt vaak veroorzaakt door hoofdtrauma, zuurstofgebrek, hersenbloedingen, hersenvliesontsteking, giftige stoffen (Kotchoubey et al., 2005) of, zoals in het geval van de dertig jarige man, een herseninfarct (Owen et al., 2005). Deze schade kan allereerst resulteren in coma. Patiënten in coma verliezen hun bewustzijn en hebben hun ogen gesloten. Als deze coma niet leidt tot de dood, dan ontwikkelt de coma zich in een acute vegetatieve toestand (Beuthien-Baumann et al., 2005). De hersenstamfuncties zijn bij patiënten in vegetatieve toestand intact in tegenstelling tot patiënten in coma. Tevens is de slaap-waakcyclus van patiënten in vegetatieve toestand normaal (Kotchoubey et al., 2005). De patiënt in vegetatieve toestand lijkt wakker, maar lijkt onbewust, kan niet communiceren en reageert niet op de omgeving. Als de patiënt herstelt van deze acute vegetatieve toestand, dan leidt dit allereerst tot een toestand van minimaal bewustzijn voor externe stimuli, ofwel de minimally conscious state (MCS). Dit kan uiteindelijk leiden tot een geheel herstel van bewustzijn. Als het herstel echter stagneert, dan wordt de acute vegetatieve toestand een persistente vegetatieve toestand. De diagnose persistente vegetatieve toestand wordt meestal na één tot drie maanden gegeven, afhankelijk van de etiologie (Kotchoubey et al., 2005). De patiënt kan de rest van zijn leven in deze toestand blijven (Beuthien-Baumann et al., 2005). De diagnose vegetatieve toestand wordt toegekend als de patiënt geen bewustzijn van zichzelf of de omgeving toont; geen reproduceerbaar, doelgericht of vrijwillig gedrag vertoont als reactie op visuele, auditieve, tactiele of gevaarlijke stimuli; en geen begrip of expressie van taal toont (Coleman et al., 2007). Patiënten vertonen echter wel niet-vrijwillige, reflexmatige gedragingen, zoals een grimas trekken, huilen, geluiden maken, kauwen, schreeuwen en grijpen. Ze doen dit echter niet op een consistente en herhaalbare manier. De diagnose is dus gebaseerd op negatief bewijs, maar wellicht zijn patiënten zich wel bewust van de omgeving en zijn zij enkel niet in staat te reageren. Het onvermogen tot 3

4 reageren staat niet gelijk aan een onvermogen tot waarnemen, of bewust zijn van de omgeving. Wellicht zijn patiënten in vegetatieve toestand bewust van de omgeving, zonder dat zij daar een reactie op kunnen geven. Het is mogelijk dat patiënten bijvoorbeeld auditieve stimuli nog wel ervaren, maar niet in staat zijn een respons te geven. Ditzelfde geldt voor visuele, tactiele of gevaarlijke stimuli. Patiënten functioneren dan op vegetatief niveau, maar verwerken stimuli op een hoger cognitief niveau. Als de hersenen in staat zijn tot het verwerken van stimuli, kan dit wijzen op een mate van bewustzijn. Deze verwerking van stimuli in de hersenen kan functioneel of neuroanatomisch worden onderzocht. Bij functionele diepte van verwerking wordt gekeken naar functies, bijvoorbeeld de detectie van pijn of geluid. Hierbij wordt voornamelijk gekeken of de hersenen onderscheid kunnen maken tussen verschillende stimuli: er wordt gekeken naar verschil in activiteit op verschillende stimuli. Bij neuroanatomische diepte van verwerking wordt gekeken naar gebieden in de hersenen die geassocieerd worden met een bepaalde functie of een bepaald niveau van verwerking. Het niveau van verwerken van stimuli kan wijzen op een mate van bewustzijn. Dit begint met het detecteren van aanwezigheid van een stimulus, maar kan verder gaan met het complex verwerken van de gedetecteerde stimuli, zoals semantische verwerking. Naarmate meerdere gebieden in de hersenen bij de verwerking betrokken zijn of wanneer gebieden met (bekende) associatieve functies bij de verwerking betrokken zijn, wordt de kans groter dat betekenis wordt gegeven aan de stimuli en kan er sprake zijn van bewustzijn of vormen daarvan. Als bepaalde gebieden in de hersenen geactiveerd worden bij patiënten in vegetatieve toestand die ook bij gezonde en wakkere personen geactiveerd worden, dan is dat een aanwijzing voor bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand. Als de overeenkomsten in activiteit groot zijn, dan kan worden gesteld dat patiënten in vegetatieve toestand bewust zijn. Als patiënten bewust zijn van de omgeving is het van belang een geschikte omgeving te creëren. Patiënten moeten optimaal gestimuleerd worden om eventueel herstel te bevorderen. Tevens is het belangrijk dat patiënten die bewust zijn van de omgeving zich niet vervelen. Auditieve of somatosensorische deprivatie kan leiden tot verveling en cognitieve achteruitgang. Zonder voldoende stimulatie worden de hersenen niet voldoende geactiveerd, wat kan leiden tot ernstige cognitieve achteruitgang. Onderzoek naar bewustzijn is hierdoor zeer belangrijk. Er zal in dit paper worden ingegaan op de vraag of er tekenen zijn van bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand: zijn deze patiënten in staat te horen en/of te voelen? En zo 4

5 ja, wat hoort of voelt de patiënt nog? Allereerst zal worden gekeken naar auditieve stimuli, ofwel het vermogen te horen en begrijpen. Vervolgens zal worden gekeken naar somatosensorische stimuli, ofwel het vermogen te voelen. 2 De verwerking van auditieve stimuli Patiënten in vegetatieve toestand tonen geen vrijwillig of doelgericht gedrag als respons op visuele, auditieve, tactiele of pijnlijke stimuli. Ze behouden hun perifere motorische functies niet. Ze tonen enkel spontane, reflexmatige spieractiviteit. Aan de hand van een electromyografie werd gekeken naar minimale spieractiviteit als reactie op verbale commando s. Slechts één patiënt in vegetatieve toestand toonde een gedeeltelijke motorische voorbereiding, maar gaf uiteindelijk geen echte motorische uitvoering of reactie. De rest van de patiënten maakten enkel reflexmatige bewegingen, maar geen enkele patiënt kwam tot een doelgerichte en vrijwillige beweging als respons op een verbaal commando (Bekinschtein et al., 2007). Zelfs minimale spieractiviteit, onzichtbaar voor het oog, is dus afwezig bij patiënten in vegetatieve toestand. Hierdoor kunnen patiënten niet reageren op auditieve stimuli, ondanks dat zij wellicht bewust zijn van deze stimuli (Coleman et al., 2007). Om te onderzoeken of patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot het bewust waarnemen van auditieve stimuli kan onderscheid worden gemaakt tussen vier niveaus van functionele verwerking: de verwerking op primair niveau (de detectie van geluid), het vermogen tot discriminatie tussen geluiden, het verwerken op semantisch niveau (begrip) en de verwerking op emotioneel niveau. Er is hier sprake van een hiërarchie: van simpele verwerking tot emotionele verwerking. Daarnaast kan tevens worden gekeken naar de neuroanatomische diepte van verwerking. Een bepaalde stimulus activeert dan bepaalde delen van hersenen die geassocieerd worden met bepaalde auditieve functies of dieptes van verwerking. De veronderstelling is dat wanneer patiënten stimuli op een semantisch niveau verwerken, zij een betekenis toekennen aan stimuli. Het begrijpen van de omgeving is nodig voor het bewust ervaren van de omgeving en daardoor kan semantische verwerking gezien worden als een aanwijzing voor bewustzijn. Als hogere (associatieve) gebieden in de hersenen tevens worden geactiveerd, wijst dit eveneens op een mate van bewustzijn. Functionele en neuroanatomische dieptes van verwerking kunnen worden onderzocht aan de hand van neuroimaging technieken. Allereerst wordt gekeken naar de primaire verwerking van geluiden, ofwel de detectie van de aanwezigheid van (basale) geluiden, zoals tonen. Om tot semantisch begrip te komen is primaire verwerking van basale geluiden namelijk een vereiste. Hiervoor kan allereerst 5

6 worden gekeken naar event-related brain potentials, ofwel ERP s. ERP s zeggen iets over de complexiteit van het niveau van verwerking: de latentietijd geeft de diepte van de verwerking aan. Daarbij zijn de P1, de N1 en de P2 primaire ERP s, vanwege een korte latentietijd: de P1 heeft een positieve latentie na milliseconden, de N1 heeft een negatieve latentie na milliseconden en de P2 heeft een positieve latentie na milliseconden. Deze primaire ERP s geven een primaire verwerking aan, ofwel een niet-diepe verwerking. Uit onderzoek is gebleken dat bij alle patiënten in vegetatieve toestand de primaire corticale event-related brain potentials (ERP), de N1 en de P2, worden geactiveerd. (Kotchoubey et al., 2005). De geactiveerde primaire ERP s (N1 en P2) wijzen op een primaire corticale verwerking van stimuli. Dit werd aangetoond aan de hand van een onderzoek met simpele tonen bij patiënten in vegetatieve toestand. Tevens werd de temporale kwab geactiveerd bij drie van de zeven patiënten in vegetatieve toestand als respons op primaire auditieve stimuli (onherkenbare geluiden). Deze activiteit werd niet gevonden bij geen geluid (Coleman et al., 2007). Dit wijst wederom op een primaire corticale verwerking van geluid, ofwel de detectie van de aanwezigheid van geluid, bij een deel van de patiënten in vegetatieve toestand. Vier van de zeven patiënten toonden echter geen primaire verwerking in de temporale kwab. De corticale respons was te zwak of variabel om te meten. Tevens werden de gebieden geactiveerd die geassocieerd worden met de primaire verwerking van geluid. Bij patiënten in vegetatieve toestand werd namelijk een verhoogde activiteit gevonden in de Brodmann gebieden 41 en 42 (Laureys et al., 2000). Bij gezonde mensen wordt deze activiteit gevonden bij de primaire perceptie van elementaire geluiden. Dit werd aangetoond door middel van veranderingen in regionale cerebrale bloedstroming (rcbf) als respons op auditieve stimulatie (een klik en een toon) bij gezonde mensen en bij patiënten in vegetatieve toestand. Het overgrote deel (94%) van de patiënten in vegetatieve toestand is dus in staat tot de primaire verwerking van basale geluiden, gebleken uit functioneel en neuroanatomisch onderzoek. Vervolgens kan worden gekeken of patiënten in vegetatieve toestand tevens in staat zijn te discrimineren tussen auditieve stimuli. Dit is het tweede functionele niveau van verwerking en het is een vereiste voor de volgende hogere niveaus in de hiërarchie. Het vermogen te discrimineren tussen stimuli kan worden onderzocht aan de hand van een vergelijkingstaak (Coleman et al., 2007). Zeven patiënten in vegetatieve toestand kregen een spraak-perceptie taak waarbij de reactie op begrijpelijke spraak werd vergeleken met de reactie op betekenisloze spraak, ofwel op spraak lijkende geluiden, aan de hand van fmri. Drie van de zeven patiënten vertoonden activiteit in de temporale kwab als respons op de 6

7 contrasttaak. Patiënten differentiëren dus tussen begrijpelijke en betekenisloze spraak: ze kunnen betekenisvolle spraak detecteren. Er kan tevens worden gekeken naar de P3, een middellange ERP (een latentie van milliseconden), om het vermogen tot discriminatie te onderzoeken. De P3 potentiaal wordt gezien als reactie op een onverwachte stimulus in een reeks gelijke stimuli. Het wijst op een dieper niveau van differentiatie. Uit onderzoek bleek dat een derde van de patiënten in vegetatieve toestand een P3 vertoonde als respons op een deviante toon uit een reeks gelijke tonen (Kotchoubey et al., 2005). Vervolgens bleek dat drie van de vijf patiënten in vegetatieve toestand tevens een P3 component vertoonden als respons op hun eigen naam in tegenstelling tot andere namen (Perrin et al., 2006). Deze P3 bleek tevens significant hoger te zijn voor de eigen naam in vergelijking met alle andere namen. De P3 was echter wel vertraagd bij patiënten in vegetatieve toestand in vergelijking met gezonde mensen. Ongeveer een derde (35%) van de patiënten in vegetatieve toestand is dus in staat te differentiëren tussen tonen, spraak en namen. Hiermee is een deel in staat verschillen te detecteren tussen auditieve stimuli. Vervolgens kan worden gekeken naar het derde functionele niveau van verwerken, namelijk de detectie van de betekenis van auditieve stimuli, ofwel semantische verwerking. Het vermogen tot begrip van de omgeving is nodig voor het bewust ervaren van de omgeving. Als patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot semantische verwerking, is het mogelijk dat zij een mate van bewustzijn ervaren. Het bewust ervaren van het zelf is namelijk onmogelijk zonder betekenis aan de omgeving te geven (Schoenle en Witzke, 2004). Allereerst kan worden gekeken naar de N-400. Deze middellange ERP wordt bij gezonde mensen gevonden als respons op foutieve semantische zinnen, als De koffie is te heet om te vliegen in tegenstelling tot correcte semantische zinnen, als De koffie is te heet om te drinken (Schoenle en Witzke, 2004). Hiermee toont de N-400 semantische differentiatie aan. Na het horen van correcte en incorrecte zinnen toonden 38,87% van de patiënten in vegetatieve toestand een vorm van een N-400 golf. Daarvan toonde 11,96% zelfs een compleet intacte N-400 golf. Dit impliceert dat de semantische capaciteiten intact zijn bij een deel van de patiënten in vegetatieve toestand. De N-400 vereist namelijk automatische detectie van incorrecte zinnen, discriminatie, selectieve filtering en gecontroleerde verwerking. Tevens is aangetoond dat een deel van de patiënten in vegetatieve toestand in staat semantische verwerking aan de hand van een contrasttaak (Coleman et al., 2007). Er werd gekeken naar het verschil in reactie op enkele hoog ambigue en laag ambigue zinnen aan de hand van fmri. Er werd bij twee van de zeven patiënten in vegetatieve toestand een significant verhoogde activiteit gevonden in de temporale kwab als respons op de ambigue 7

8 zinnen. Deze activiteit is ook te zien bij gezonde mensen tijdens het verwerken van semantische aspecten van taal. Bij één andere patiënt in vegetatieve toestand werd tevens activiteit gevonden in de superieure en middelste temporale gyri van de linker hemisfeer (Owen et al., 2005). Deze patiënt kreeg enkele hoog begrijpbare, medium begrijpbare en laag begrijpbare zinnen te horen, wederom in een contrasttaak. In deze taak werden laag en hoog begrijpbare zinnen vergeleken, waardoor het begrip van taal wordt geïsoleerd en de eventuele verwerking van andere spraakaspecten buiten beschouwing gelaten wordt. De gevonden activiteit bij de patiënt in vegetatieve toestand werd ook bij gezonde wakkere mensen gezien gedurende dezelfde taak. Dit suggereert dat de patiënt in staat is tot spraakbegrip. Al met al toont 22% van de patiënten in vegetatieve toestand aan in staat te zijn tot semantische verwerking. Er kan tevens worden gekeken naar de activiteit in hersengebieden die geassocieerd worden met een diepere verwerking van geluid. Na auditieve stimulatie (het horen van een klik) worden bij gezonde mensen de Brodmann gebieden 41, 42 en 22 actief (Laureys et al., 2000). Bij patiënten in vegetatieve toestand worden daarentegen alleen de Brodmann gebieden 41 en 42 actief. Daarnaast was er een disconnectie tussen auditieve associatieve cortex en het posterieure pariëtale associatie gebied (Brodmann gebied 40), de anterieure cingulate cortex (Brodmann gebied 24) en de hippocampus. Hogere associatieve gebieden worden dus niet geactiveerd tijdens auditieve stimulatie. Hierdoor is hogere integratie van geluiden onwaarschijnlijk. Daarnaast wordt de hippocampus geassocieerd met bewustzijnsprocessen (Weiskrantz, 1997; aangehaald in Laureys et al., 2000). De disconnectie tussen het auditieve systeem en de hippocampus belemmert hierdoor wellicht bewuste auditieve perceptie. Het laatste aspect van auditieve verwerking is de verwerking van emotionele auditieve stimuli, ofwel de detectie van een emotionele valentie in geluid. Bij een patiënt in vegetatieve toestand werd activiteit gevonden in de rechter middelste temporaal gyrus naar aanleiding van een emotioneel verhaal (De Jong et al., 1997). Dit impliceert intacte verwerking van complexe stimuli. Er werd tevens activiteit gevonden in temporale en anterieure cingulate cortex na het emotionele verhaal, dat intacte verweking van affectieve aspecten van taal impliceert. Dit werd aangetoond aan de hand van een contrasttaak, waarbij de activiteit naar aanleiding van een non-woord geluid werd vergeleken met de activiteit naar aanleiding van een verhaal verteld door de moeder van de patiënt. De gevonden activiteit impliceert corticale betrokkenheid bij het verwerken van emotionele aspecten van taal bij patiënten in vegetatieve toestand. 8

9 Uit de bovenstaande onderzoeken kan worden geconcludeerd dat 94% van de patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot de primaire verwerking van geluid, ofwel de detectie van geluid. Vervolgens is aangetoond dat 35% van de patiënten in vegetatieve toestand tevens in staat is te differentiëren tussen tonen, spraak en namen. Deze patiënten zijn dus in staat verschillen te detecteren. Zelfs 22% van de patiënten is in staat tot de verwerking van semantiek, ofwel de detectie van de betekenis van geluid. Daarnaast is aangetoond dat een enkele patiënt in staat is tot de detectie van een emotionele valentie van geluid en kan hierdoor de affectieve aspecten van spraak begrijpen. Tevens is gebleken dat de primaire auditieve cortices geactiveerd worden als respons op een stimulus. De hogere associatieve gebieden worden echter niet geactiveerd bij patiënten in vegetatieve toestand. Op de contrasttaak werd echter aangetoond dat bij een enkele patiënt deze hogere gebieden wel geactiveerd worden als respons op semantische stimuli. Tevens indiceren de gevonden P3 en de N-400 dat er wel activiteit is in de associatieve gebieden. Al met al kan worden geconcludeerd dat patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot een primaire detectie van geluid, ofwel de aanwezigheid van geluid. Deze activiteit wordt echter ook gevonden bij onbewuste gezonde mensen (tijdens narcose). Hierdoor wijst deze activiteit bij patiënten in vegetatieve toestand niet op een mate van bewustzijn. Vervolgens is een deel van de patiënten in staat tot differentiatie. De P3 wordt echter gezien als een cerebraal proces voor automatisch spraakbegrip (Perrin et al., 2006). Automatische processen kunnen plaatsvinden zonder bewustzijn. Hierdoor kan de gevonden P3 gezien worden als een gedeeltelijk behouden vermogen tot semantische verwerking, maar dat deze automatisch is en zonder bewustzijn. Vervolgens is gebleken dat een deel van de patiënten in vegetatieve toestand in staat is tot de verwerking van semantiek. De gevonden activiteit bij patiënten in vegetatieve toestand wordt alleen geobserveerd bij niet-gedrogeerde, wakkere en gezonde mensen (Coleman et al., 2007). De activiteit wordt dus niet gezien bij onbewuste en gezonde mensen, zoals tijdens narcose. Hieruit kan worden geconcludeerd dat deze activiteit alleen gevonden kan worden als de vegetatieve patiënt wakker en bewust is. Vervolgens is ook gebleken dat een patiënt in vegetatieve toestand in staat is emotionele betekenis te herkennen. Er kan dus een emotionele appraisal aan een verhaal worden gegeven. Emotionele attributie kan echter automatisch verlopen en zegt dus weinig over bewustzijn. Het feit dat patiënten in vegetatieve toestand dezelfde activiteit vertonen bij semantische verwerking als gezonde en wakkere mensen, wijst op bewustzijn. Hieruit kan worden geconcludeerd dat een deel van de patiënten in vegetatieve toestand bewust auditieve stimuli in de omgeving waarnemen. 9

10 3 De verwerking van somatosensorische stimuli Uit de voorgaande paragraaf is gebleken dat enkele patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot een diep niveau van verwerking van auditieve stimuli. Het is tevens mogelijk dat patiënten in staat zijn tot het voelen van stimuli, een andere sensorische modaliteit. Er kan onderscheid worden gemaakt tussen enkele functionele niveaus van somatosensorische verwerking: de primaire verwerking van niet-pijnlijke stimuli (de detectie van tactiele stimuli), de diepere verwerking van niet-pijnlijke stimuli (het toekennen van betekenis aan tactiele stimuli), de primaire verwerking van pijnlijke stimuli (de detectie van pijn) en de diepere verwerking van pijnlijke stimuli (het toekennen van emotionele, motivationele en beoordelingsaspecten van pijn). Er kan tevens worden gekeken naar activiteit in primaire en associatieve hersengebieden als respons op pijnlijke en niet-pijnlijke stimuli. Niet-pijnlijke stimuli zijn onder andere aanrakingen en luchtpufjes. Pijn is daarentegen een onplezierige ervaring die bewustzijn vereist van pijnlijke sensaties en aversieve gevoelens jegens de potentiële schade aan het lichaam. Hierdoor kan pijn niet los gezien worden van hogere hersenprocessen die bewustzijn reguleren (Kassubek et al., 2003). De verwerking van pijn kan hierdoor gezien worden als een teken van bewustzijn. De eventuele verwerking geeft tevens een implicatie voor de verzorging van patiënten in vegetatieve toestand. Als patiënten pijnlijke en niet-pijnlijke stimuli kunnen voelen, moeten verzorgers voorzichtig met de patiënten omgaan. Er moet rekening gehouden worden met eventueel pijnlijke of gevoelige sensaties. In hoeverre zijn patiënten in vegetatieve toestand echter in staat tot het voelen van somatosensorische stimuli? Kunnen zijn iets voelen? Zijn zij enkel in staat tot een primaire verwerking, of zijn zij tevens in staat tot een diepe verwerking en daarmee een bewuste ervaring? Allereerst is aangetoond dat 40% (twee van de vijf) van de patiënten in vegetatieve toestand primaire corticale activiteit vertoond naar aanleiding van tactiele (niet-pijnlijke) stimulatie, namelijk luchtpufjes (Schiff et al., 2002). Hiervoor werd de activiteit op een fmri scan en een PET scan van vijf patiënten in vegetatieve toestand vergeleken met activiteit bij gezonde en wakkere mensen. Bij twee van de vijf patiënten in vegetatieve toestand werd activiteit gevonden in de sensorimotorische gebieden als respons op tactiele stimulatie. Bij de overige drie patiënten werd echter abnormale en incomplete activiteit gevonden. Abnormale en incomplete activiteit wordt ook gevonden bij gezonde mensen gedurende narcose, waarbij gezonde mensen onbewust zijn. Dit impliceert dat ongeveer 40% van de patiënten in staat is tot het voelen van niet-pijnlijke stimuli. Waarschijnlijk is bij de overige patiënten een abnormale activiteit gevonden als gevolg van een veranderde plasticiteit van de hersenen, 10

11 ofwel een reorganisatie. Er kan geconcludeerd worden dan een groot deel van de patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot het primair detecteren van niet-pijnlijke stimuli. Of patiënten ook in staat zijn tot een diepere verwerking van niet-pijnlijke stimuli is nog onbekend. Vervolgens kan worden gekeken naar de primaire verwerking van pijnlijke stimuli, ofwel de detectie van een pijnlijke prikkel. Bij de primaire verwerking van pijnlijke stimuli wordt enkel de intensiteit, locatie en duur van de stimulus bepaald. De subjectieve sensatie van pijn wordt bij primaire verwerking echter niet ontlokt (Penfield en Jasper, 1954; aangehaald in Laureys et al., 2002). Voor de primaire verwerking kan worden gekeken naar de P250, ofwel de pijn-gerelateerde P250 (Katayama et al., 1991). Dit is een positieve golf met een latentie van 250 milliseconden die wordt gezien als een non-specifieke corticale respons op pijnlijke stimuli. Na het toedienen van een elektrische schok op de vinger werd bij alle patiënten in vegetatieve toestand een verminderde P250 gezien. De P250 is dus behouden, maar verminderd in sterkte. Het brein detecteert hiermee de aanwezigheid van een pijnlijke prikkel. Er kan tevens worden gekeken naar hersengebieden die geassocieerd worden met de primaire verwerking van pijnlijke prikkels. Er zijn twee vergelijkbare onderzoeken gedaan naar de primaire verwerking. In het eerste onderzoek werden vijftien patiënten in vegetatieve toestand vergeleken met vijftien gezonde mensen (Boly et al., 2005). Na het toedienen van een elektrische schok op de pols werden bij beide groepen de hersenstam, thalamus en primaire somatosensorische cortex actief. De primaire gebieden worden dus bij gezonde mensen en patiënten in vegetatieve toestand actief. Uit het andere onderzoek met vijftien gezonde mensen en vijftien patiënten in vegetatieve toestand bleek eveneens dat de hersenstam, thalamus en de primaire somatosensorische cortex actief werden bij beide groepen na een elektrische schok op de pols (Laureys et al., 2002). Vervolgens kan worden gekeken of deze primaire gebieden tevens worden geactiveerd bij patiënten die een zeer lange tijd in vegetatieve toestand verkeren (Kassubek et al., 2003). Na het toedienen van een elektrische schok aan de arm werd activiteit gevonden in de primaire somatosensorische cortex, de posterieure insula (S2) en de cingulate cortex bij alle patiënten in vegetatieve toestand. De primaire gebieden worden dus nog steeds geactiveerd bij patiënten die langere tijd in vegetatieve toestand verkeren. Hieruit kan worden geconcludeerd dat patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot de primaire verwerking van pijnlijke stimuli. Ze zijn in staat tot het verwerken van de intensiteit, de locatie en de duur van de pijnlijke stimulus. De 11

12 primaire gebieden die actief worden zijn bij patiënten in vegetatieve toestand zijn namelijk gelijk aan de primaire gebieden die actief worden bij gezonde en wakkere mensen. Vervolgens kan worden gekeken naar een diepere verwerking van pijnlijke stimuli op basis van neuroanatomisch onderzoek. Bij een diepere verwerking worden de affectieve-, motivationele-, en beoordelingsaspecten bij de pijnsensatie betrokken (Laureys et al., 2002). Hierdoor ontstaat een appraisal over de pijnsensatie: er wordt een cognitief oordeel gegeven over de sensatie. Er wordt hiermee een bewustzijnscomponent toegevoegd aan de sensatie, waardoor de pijn subjectief wordt ervaren. Een diepere verwerking van pijn zorgt dus voor het werkelijk voelen van de pijn. Er kan hiervoor worden gekeken naar de hersengebieden die worden geassocieerd met een diepere verwerking van pijn. Bij gezonde mensen worden de secundaire somatosensorische cortex, de insula, de posterieure pariëtale, superieure temporale en anterieure cingulate cortex actief na het toedienen van een elektrische schok (Boly et al., 2005). Deze gebieden worden echter niet actief bij patiënten in vegetatieve toestand (Boly et al., 2005). Laureys et al.(2002) bevestigen deze resultaten aan de hand van een onderzoek bij vijftien patiënten in vegetatieve toestand en vijftien gezonde mensen. Hieruit bleek eveneens dat de secundaire somatosensorische cortex, de insula, de posterieure pariëtale en anterieure cingulate cortex niet actief worden bij patiënten in vegetatieve toestand na het toedienen van een elektrische schok. Bij patiënten die geruime tijd in vegetatieve toestand verkeren werd ook geen activiteit gezien in deze associatieve gebieden (Kassubek et al., 2003). De gebieden die bekend staan voor een diepere verwerking van pijn worden bij alle patiënten in vegetatieve toestand niet geactiveerd. Uit de bovenstaande onderzoeken kan worden geconcludeerd dat alle patiënten in vegetatieve toestand in staat zijn tot het detecteren van een niet-pijnlijke stimulus. Het is echter onbekend of zij ook betekenis aan deze stimulus kunnen geven. Vervolgens kan worden geconcludeerd dat patiënten in vegetatieve toestand eveneens in staat zijn tot het primair verwerken bij pijnlijke stimuli. Patiënten vertonen namelijk dezelfde activiteit als gezonde en wakkere mensen in de primaire gebieden bij de verwerking van pijnlijke prikkels. Deze gebieden worden geassocieerd met het toekennen van intensiteit, locatie en duur aan de stimulus. Geïsoleerde activiteit in deze gebieden ontlokt echter niet de sensatie van pijn. Vervolgens is gebleken dat geen enkele patiënt in vegetatieve toestand in staat is tot een diepere verwerking van pijnlijke stimuli. In tegenstelling tot gezonde mensen worden bij patiënten in vegetatieve toestand vele associatieve gebieden van het pijnverwerkingssysteem niet geactiveerd. De primaire gebieden zijn dus geïsoleerd van hogere gebieden. Deze hogere gebieden staan bekend voor het toevoegen van een affectief-, motivationeel- en 12

13 boordelingsaspect aan de sensatie van pijn. Betrokkenheid van hogere gebieden is nodig voor het bewust ervaren van een appraisal van pijn. Aangezien pijn voor het toekennen van deze aspecten bewustzijn vereist, kan pijn niet los gezien worden van bewustzijn. Patiënten in vegetatieve toestand verwerken deze aspecten echter niet waardoor het onwaarschijnlijk is dat patiënten bewust zijn van de pijn. Dit betekent overigens niet dat verzorgers onvoorzichtig met patiënten in vegetatieve toestand kunnen omgaan. Verdere schade als gevolg van een ruwe verzorging kan het herstelproces verhinderen. Er moet rustig aangedaan worden met patiënten in vegetatieve toestand, aangezien ze zeer kwetsbaar zijn vanwege de opgelopen hersenschade. 4 Conclusie Uit de bovenstaande artikelen blijkt dat er een verschil is tussen de diepte van auditieve en somatosensorische verwerking. Allereerst is aangetoond dat 94% van de patiënten in vegetatieve toestand in staat is tot een primaire verwerking van geluid, ofwel de detectie van geluid. Vervolgens bezit 35% van de patiënten een vermogen tot discriminatie tussen tonen, spraak en namen. Daarnaast is 22% zelfs in staat tot een semantische verwerking van geluid en is één patiënt in staat tot het toekennen van een emotionele betekenis aan geluid. Corticale gebieden blijven dus ontvankelijk voor externe auditieve input. Het feit dat de gevonden activiteit bij patiënten in vegetatieve toestand in een zeer hoge mate overeenkomt met gezonde en bewuste personen, toont aan dat patiënten tevens een mate van bewustzijn ervaren. De semantische verwerking van auditieve stimuli verloopt kwantitatief en kwalitatief hetzelfde als bij wakkere mensen. Deze verwerking verloopt anders bij niet-wakkere en gezonde mensen. Hierdoor kan worden geconcludeerd dat het gelijke verloop van activiteit bij gezonde mensen en patiënten in vegetatieve toestand wijst op bewustzijn voor auditieve stimuli bij sommige patiënten in vegetatieve toestand. De resultaten uit somatosensorisch onderzoek zijn echter niet uitsluitend over de mate van bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand. Allereerst zijn alle patiënten in vegetatieve toestand in staat tot de primaire verwerking van niet-pijnlijke stimuli. Het is echter onbekend of deze patiënten ook in staat zijn tot een hogere verwerking van nietpijnlijke stimuli. Bij een hogere verwerking wordt een betekenis toegekend aan de stimulus: er wordt een appraisal gegeven aan de niet-pijnlijke aanraking. Vervolgens is aangetoond dat alle patiënten in vegetatieve toestand tevens in staat zijn tot de primaire verwerking van pijnlijke stimuli. Hierbij worden de simpele eigenschappen van de stimulus automatisch verwerkt. De intensiteit, locatie en duur van de pijnlijke prikkel worden geanalyseerd. De 13

14 sensatie van pijn wordt bij een primaire verwerking echter niet ontlokt. De patiënt zal bij enkel een primaire verwerking dus geen subjectieve sensatie van pijn ervaren. Het is aangetoond dat de associatieve gebieden in het pijnverwerkingsnetwerk niet worden geactiveerd bij patiënten in vegetatieve toestand. Doordat de hogere hersenprocessen niet worden geactiveerd, zijn patiënten in vegetatieve toestand niet in staat tot het ervaren van een pijnlijke sensatie met aversieve gevoelens jegens de potentiële schade aan het lichaam. Er wordt geen betekenis toegekend aan de pijnlijke prikkel, waardoor een onplezierige ervaring niet wordt opgewekt. Patiënten tonen hiermee geen bewustzijn van een aversieve prikkel. Patiënten in vegetatieve toestand zijn dus wel in staat tot auditief bewustzijn, maar niet tot somatosensorisch bewustzijn. Het somatosensorische verwerkingssysteem vertoont een disconnectie tussen lage en hoge gebieden. Deze disconnectie wordt meestal niet gevonden tussen lage en hoge auditieve cortices. Bij enkele patiënten in vegetatieve toestand wordt daarentegen wel een disconnectie gevonden in het auditieve verwerkingssysteem (Laureys et al., 2000). Bij deze patiënten wordt, net als bij de patiënten in somatosensorisch onderzoek, geen aanwijzing gevonden voor een hogere verwerking van auditieve stimuli, waardoor eventueel bewustzijn van deze stimuli kan worden uitgesloten. Patiënten die een disconnectie vertonen in verwerkingssysteem zijn dus niet in staat tot het bewust ervaren van een prikkel. Patiënten die deze disconnectie echter niet vertonen, kunnen wel tot een diepere verwerking komen en zijn waarschijnlijk in een bepaalde mate bewust van de externe stimulus. Dit kan het verschil verklaren in de gevonden resultaten tussen auditieve en somatosensorische verwerking. Verder onderzoek naar verwerking van somatosensorische stimuli bij patiënten in vegetatieve toestand zal dus voornamelijk gedaan moeten worden bij patiënten waarbij geen aanwijzing is voor een disconnectie in het somatosensorische verwerkingssysteem. Het is (nog) onbekend of alle patiënten in vegetatieve toestand deze disconnectie vertonen in het somatosensorische verwerkingssysteem. Er zal ook meer onderzoek gedaan moeten worden naar de diepere verwerking van niet-pijnlijke stimuli. Dit is, in tegenstelling tot pijnlijke stimuli, namelijk niet onderzocht. Betekenisvolle aanrakingen, zoals aantikken om de aandacht te vragen, kunnen hiervoor worden gebruikt als stimuli naast betekenisloze aanrakingen, als luchtpufjes. Hierdoor kan, net als bij auditieve stimuli, wellicht een onderscheid worden gemaakt tussen patiënten die wel of niet discrimineren tussen stimuli. Er zal specifieker gekeken moeten worden naar verschillende niveaus van somatosensorische verwerking. 14

15 Het meeste onderzoek naar bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand richt zich tot nog toe voornamelijk op auditieve verwerking en er is een begin gemaakt naar somatosensorische verwerking. Er zijn echter meerdere sensorische systemen die de aandacht vereisen. Vooral visueel bewustzijn is weinig onderzocht. In één onderzoek naar visuele verwerking wordt aangetoond dat bij een enkele patiënt in vegetatieve toestand de rechter fusiforme gyrus actief wordt na het zien van een gezicht (Menon et al., 1998). Deze activiteit spreidde uit naar het cerebellum en de extrastriate gebieden (18 en 19). Hieruit wordt geconcludeerd dat de patiënt de gezichten ziet en dieper verwerkt. Meer onderzoek naar sensorische modaliteiten is echter vereist om tot een geïntegreerde conclusie te komen over de mate van bewustzijn bij patiënten in vegetatieve toestand. Al met al zijn enkele patiënten in vegetatieve toestand in staat tot horen en begrijpen. Geen enkele patiënt is daarentegen in staat tot het voelen van pijnlijke stimuli. De conclusie van de besproken artikelen kan zijn dat er bij enkele patiënten sprake is van bewustzijn: er is niet een volledig bewustzijn, maar ook geen volledig niet-bewustzijn. 5 Literatuurlijst Bekinschtein, T. A., Coleman, M. R., Niklison, J. 3rd, Pickard, J. D., & Manes, F. F. (2007). Can electromyography objectively detect voluntary movement in Disorders of Consciousness? Journal of Neurology, Neuroscience and Psychiatry, /jnnp Beuthien-Baumann, B., Holthoff, V. A., & Rudolf, J. (2005). Functional imaging of vegetative state applying single photon emission tomography and positron emission tomography. Neuropsychological Rehabilitation, 15, Boly, M., Faymonville, M. E., Peigneux, P., Lambermont, B., Damas, F., Luxen, A., Lamy, A., Moonen, G., Maguet, P., & Laureys, S. (2005). Cerebral processing of auditory and noxious stimuli in severely brain injured patients: Differences between VS and MCS. Neuropsychological Rehabilitation, 15, Coleman, M. R., Rodd, J. M., Davis, M. H., Johnsrude, I. S., Menon, D. K., Pickard, J. D., & Owen, A. M. (2007). Do vegetative patients retain aspects of language comprehension? Evidence from fmri. Brain, 130,

16 De Jong, B. M., Willemsen, A. T., & Paans, A. M. (1997). Regional cerebral blood flow changes related to affective speech presentation in persistent vegetative state. Clinical Neurology and Neurosurgery, 99, Kassubek, J., Juengling, F. D., Els, T., Spreer, J., Herpers, M., Krause, T., Moser, E., & Lücking, C. H. (2003). Activation of da residual cortical network during painful stimulation in long-term postanoxic vegetative stae: a 15O-H20 PET study. Journal of the Neurological Sciences, 212, Katayama, Y., Tsubokawa, T., Yamamoto, T., Hirayama, T., Miyazaki, S., & Koyama, S. (1991). Characterization and modification of brain activity with Deep Brain Stimulation in patients in a persistent vegetative state: Pain-Related late positive component of cerebral evoked potential. Pacing and Clinical Electrophysiology, 14, Kotchoubey, B., Lang, S., Mezger, G., Schmalohr, D., Schneck, M., Semmler, A., Bostanov, V., & Birbaumer, N. (2005). Information processing in severe disorders of consciousness: vegetative state and minimally conscious state. Clinical Neurophysiology, 116, Laureys, S., Faymonville, M. E., Degueldre, C., Fiore, G. D., Damas, P., Lambermont, B., Janssens, N., Aerts, J., Franck, G., Luxen, A., Moonen, G., Lamy, M., & Maquet, P. (2000). Auditory processing in the vegetative state. Brain, 123, Laureys, S., Faymonville, M. E., Peigneux, P., Damas, P., Lambermont, B., Del Fiore, G., Degueldre, C., Aerts, J., Luxen, A., Franck, G., Lamy, M., Moonen, G., & Maquet, P. (2002). Cortical processing of noxious somatosensory stimuli in the persistent vegetative state. NeuroImage, 17, Menon, D. K., Owen, A. M., Williams, E. J., Minhad, P. S., Allen, C. M., Boniface, S. J., & Pickard, J. D. (1998). Cortical processing in persistent vegetative state. Lancet, 352, 200. Owen, A. M., Coleman, M. R., Menon, D. K., Johnsrude, I. S., Rodd, J. M., Davis, M. H., Taylor, K., & Pickard, J. D. (2005). Residual auditory function in persistent vegetative state: a combined PET and fmri study. Neuropsychological Rehabilitation, 15,

17 Perrin, F., Schnakers, C., Schabus, M., Degueldre, C., Goldman, S., Brédart, S., Faymonville, M. E., Lamy, M., Moonen, G., Luxen, A., Maquet, P., & Laureys, S. (2006). Brain response to one's own name in vegetative state, minimally conscious state, and locked-in syndrome. Archives of Neurology, 63, Schiff, N. D., Ribary, U., Moreno, D. R., Beattie, B., Kronberg, E., Blasberg, R., Giacino, J., McCagg, C., Fins, J. J., Llinás, R., & Plum, F. (2002). Residual cerebral activity and behavioural fragments can remain in the persistently vegetative brain. Brain, 125, Schoenle, P. W., Witzke, W. (2004). How vegetative is the vegetative state? Preserved semantic processing in VS patients--evidence from N 400 event-related potentials. Neurorehablilitation, 19,