只有时间能够证明马西米尼的脉冲实验是否像看起来的那么好，是否可以作为标准的临床手段来检测患者的意识。最令人兴奋的是，这种手段在每个案例中都获得了成功。然而这项技术仍然过于复杂，不是所有医院都配备了高精度的脑电图系统，来吸收由经颅磁刺激器产生的巨大波动。理论上来说，应该还有更简单的解决办法。如果全脑工作空间的假设是正确的，那么即使在黑暗的、没有任何外界刺激的情况下，有意识的人也应该能产生可探测到的长距离的皮质交流信号。我们推测应该有一股恒定的脑活动在前额叶和顶叶之间运行，与遥远的脑区产生不定期的同步。这种活动应该和脑电活动的增加相关，尤其是在中频（β波）和高频（γ波）波段。这种长距离的传播应该会消耗相当一部分能量，我们是否能直接检测它呢？
多年来，我们已经通过正电子发射断层扫描了解到全脑的新陈代谢程度在失去意识时会降低。正电子发射断层扫描仪是一种探测高能γ射线的精密仪器，可以用来测量身体任何部位的葡萄糖消耗量。具体方法是，事先给患者注射由放射物质标记的葡萄糖，然后借助仪器探测放射性衰变最强烈的区域。大脑放射性物质含量高的部位表示此处正在消耗葡萄糖。可以得出的结论是，一个正常人在麻醉或者深度睡眠状态时，大脑皮质的葡萄糖消耗将会减少50%。在昏迷或者植物人状态下，也出现了类似的葡萄糖消耗下降的情况。在20世纪90年代初，史蒂芬·洛雷在列日市的研究团队就绘制了植物人状态中大脑新陈代谢的异常水平图谱（见图6-4） 42 。
在深度睡眠状态、麻醉状态以及植物人状态下，前额叶和顶叶的新陈代谢会减少。尽管其他区域也出现了活动减少的情况，但是当失去意识时，那些组成全脑工作空间的区域所出现的能量消耗减少会反复出现。
图6-4 各状态中大脑新陈代谢的异常水平图谱
重要的是，氧气代谢和葡萄糖消耗的下降，在大脑不同区域是不一样的。失去意识似乎和双侧前额叶皮质、顶叶皮质以及扣带回和楔前叶中线部位的活动减少有关，这些区域和我们的全脑工作空间网络几乎重合。这部分区域富含长距离皮质投射，这从另一个角度证明了这个工作空间系统对于意识体验来说很关键。即使在没有意识的时候，其他独立的感觉皮质和运动皮质仍能保持结构的完整，并且在没有任何意识反应的时候代谢依然灵敏 43 。例如，那些偶尔有面部活动的植物人，他们的运动区域中心依然保持激活。在过去的20年中，患者可能偶尔吐出一两个单词，但对此完全无意识，而且所说的词也和环境没有任何关系。他的神经活动和新陈代谢仅限于一小部分仍然完好的左脑语言区中。显然，这种零星的激活并不足以维持一个有意识的状态：意识状态需要皮质间更广泛的交流。
但是，大脑的新陈代谢水平本身不足以推断患者是否残存着意识。一些植物人具有完全正常的皮质代谢水平。也许损伤只影响了中脑的上部结构，而不是皮质本身。相反，许多恢复部分意识并进入最小意识状态的植物人却没有这种正常的新陈代谢水平。我们将康复前后的图像进行对比，发现在工作空间区域的能量消耗升高了，但是只是极少量的。新陈代谢无法恢复到正常水平，我们推测可能是因为皮质受到了不可恢复的损伤。即使用最好的磁共振成像仪得到的最好的损伤图像，也只能作为一个依据 44 ，而不能完美地预测意识是否存在。只使用代谢或者解剖图像，还不能准确测量意识状态下神经信息的流动。
为了能有更好的仪器来检测残存意识，我和同事让－雷米·金（Jean-Remi King）、哈科沃·西特（Jacobo Sitt）和利昂内尔·纳卡什，重新使用脑电技术来测量皮质间的交流 45 。纳卡什的团队收集了大约200份高精度的记录，使用256个电极测量植物人、处于最小意识状态患者和有意识的人的脑电活动数据。我们能否利用这些测量数据来量化皮质间的信息交流呢？极具天赋的物理学家、计算机学家和精神病学家西特，通过查阅文献，提出了一个极好的想法。他编写了一个可以快速计算“共有符号信息加权”（weighted symbolic mutual information）的数量的程序，以此来测量两个脑区中有多少信息是共享的 46 。
将此方法运用到我们的数据上，能准确地将植物人和其他患者区分开（见图6-5）。与有意识的人相比，植物人组的信息共享量要少得多。当我们只分析相隔至少有7～8厘米的电极时，这一现象就变得更为明显。这再一次证明了长距离传播是意识脑的职责。利用另一种直接的测量手段，我们可以看到脑的沟通是双向的：大脑后侧的特定区域与顶叶和前额叶的一般区域交流，并接收其返回的信号。
皮质间长距离的信息交换是脑损伤患者是否有意识的重要指标。为了绘制上图，我们使用256个电极，记录了近200位患者的脑电波信号，而不管他们是否具有意识。上图每一条曲线表示一对电极，我们计算了电极下脑区的信息共享量。很明显，植物人的信息共享量远小于有意识的患者和控制组被试。这个发现和全脑工作空间理论的观点吻合：信息交换是意识的核心功能。后续的研究表明，表现出较高信息共享水平的植物人更有希望在未来几天到几个月内恢复意识。
图6-5 皮质间长距离的信息交换
脑电图的其他许多特征也反映了患者的意识状态 47 。毫无意外，对不同频率波段的能量消耗量进行数学测量的结果显示，失去意识导致用于神经编码和加工的高频率波消失，这有利于睡眠和麻醉状态下的低频率波的出现 48 。脑波同步性的测量证实，在清醒状态下，皮质区会协调彼此间的交流。
数学测量的每个数量指标都从不同方面反映了意识，描绘了同一个意识状态的多个互补的图景。为了将这些数量指标整合起来，让－雷米·金设计了一个程序，这个程序能够自动学习哪些参数可以最好地反映患者的临床状态，只需20分钟的脑电图记录就能提供较好的诊断。我们几乎永远不会将一个植物人误认为是有意识的人，程序中的大部分错误都是在区分处于最小意识状态患者和植物人的时候出现的。实际上，我们也不能保证这些错误就一定是错的：在20分钟的记录中，处于最小意识状态患者可能并没有意识活动，所以需要进行重测来提高诊断的准确性。
反过来，另一种错误也会发生：我们的程序偶尔会将那些临床上检验为植物人的患者诊断为处于最小意识状态的患者。可是这真的是一个错误吗？或者说这些患者是否只是表现为植物人，而实际上却是有意识的，只是完全处于闭锁状态？当我们对这些植物人的病情进行几个月的脑电记录后，得到了一个令人兴奋的结果。有2/3的患者在我们的电脑程序和临床检查中都被诊断为植物人，其中，只有20%的人恢复意识，进入最小意识状态。我们的程序发现其余1/3的患者有一丝意识迹象，而临床诊断中却没有发现，而在这些案例中，高达50%的人在随后的几个月里明显地恢复了意识。
电脑程序诊断和临床诊断之间的差别有重要的意义。这意味着，通过使用自动化的脑测量，我们能在意识产生外显行为前就发现它的踪迹。我们通过理论所证明的意识信号比有经验的临床医生所做出的判断更加敏锐。新的意识科学结出了第一颗硕果。
