Quantifying arousal and awareness in altered states of consciousness using interpretable deep learning

唤醒 清醒 意识 脑电图 意识的神经相关物 意识水平 心理学 认知心理学 最小意识状态 持续植物状态 神经科学 意识障碍 医学 发展心理学 认知
作者
Minji Lee,Leandro Sanz,Alice Barra,Audrey Wolff,Jaakko O. Nieminen,Mélanie Boly,Mario Rosanova,Silvia Casarotto,Olivier Bodart,Jitka Annen,Aurore Thibaut,Rajanikant Panda,Vincent Bonhomme,Marcello Massimini,Giulio Tononi,Steven Laureys,Olivia Gosseries,Seong‐Whan Lee
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:13 (1) 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s41467-022-28451-0
摘要

Abstract Consciousness can be defined by two components: arousal (wakefulness) and awareness (subjective experience). However, neurophysiological consciousness metrics able to disentangle between these components have not been reported. Here, we propose an explainable consciousness indicator (ECI) using deep learning to disentangle the components of consciousness. We employ electroencephalographic (EEG) responses to transcranial magnetic stimulation under various conditions, including sleep ( n = 6), general anesthesia ( n = 16), and severe brain injury ( n = 34). We also test our framework using resting-state EEG under general anesthesia ( n = 15) and severe brain injury ( n = 34). ECI simultaneously quantifies arousal and awareness under physiological, pharmacological, and pathological conditions. Particularly, ketamine-induced anesthesia and rapid eye movement sleep with low arousal and high awareness are clearly distinguished from other states. In addition, parietal regions appear most relevant for quantifying arousal and awareness. This indicator provides insights into the neural correlates of altered states of consciousness.

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