Plum and posner’s diagnosis of stupor and coma fourth Edition series editor sid Gilman, md, frcp

demanding a yes or no answer and opened or

closed her eyes and moved them laterally when

commanded to do so. There was no other voluntary

movement. Four days before she died, she devel-

oped ocular bobbing when commanded to look

laterally, but although she consistently responded

to commands by moving her eyes, it was difficult

to know whether or not her responses were appro-

priate. During the ensuing 3 days, evidence of

wakefulness decreased. She died of gastrointestinal

hemorrhage 26 days after entering the hospital.

The brain at autopsy contained a moderate

amount of dark, old blood overlying the right lat-

eral medulla adjacent to the fourth ventricle. A

raspberry-appearing arteriovenous malformation,

1.4 cm in greatest diameter, protruded from the

right lateral medulla, beginning with its lower

border 2.5 cm caudal to the obex. On section, the

vascular malformation was seen to originate in the

central medulla and to extend rostrally to approx-

imately 2 mm above the obex. From this point, a

large hemorrhage extended forward to destroy the

central medulla all the way to the pontine junction

(Figure 1–9B). Microscopic study demonstrated

that, at its most cranial end, the hemorrhage de-

stroyed the caudal part of the right vestibular nuclei

and most of the adjacent lower pontine tegmen-

tum on the right. Caudal to this, the hemorrhage

widened and destroyed the entire dorsal center of

the medulla from approximately the plane of the

nucleus of the glossopharyngeal nerve down to just

below the plane of the nucleus ambiguus. From

this latter point caudally, the hemorrhage was

more restricted to the reticular formation of the

medulla. The margins of this lesion contained an

organizing clot with phagocytosis and reticulum

formation indicating a process at least 2 weeks

old. The center of the hemorrhage contained a de-

generating clot estimated to be at least 72 hours

old; at several places along the lateral margin of

the lesion were small fresh hemorrhages estimated

to have occurred within a few hours of death. It was

considered unlikely that the lesion had changed

substantially in size or extent of destruction in the

few days before death.

Patient 1–3

A 65-year-old woman was admitted to the neuro-

logy service for ‘‘coma’’ after an anesthetic proce-

dure. She had rheumatoid arthritis with subluxa-

tion of C1 on C2, and compression of the C2 root

causing occipital neuralgia. An anesthesiologist at-

tempted to inject the root with ethanol to elimi-

nate the pain. Almost immediately after the injec-

tion, the patient became flaccid and experienced a

respiratory arrest. On arrival in the neurology in-

tensive care unit she was hypotensive and apneic.

Mechanical ventilation was instituted and blood

pressure was supported with pressors.

On examination she had spontaneous eye move-

ments in the vertical direction only and her eyelids

fluttered open and closed. There was complete flac-

cid paralysis of the hypoglossal, vagal, and acces-

sory nerves, as well as all spinal motor function.

Twitches of facial and jaw movement persisted.

There was no response to pinprick over the face or

body. CT scan showed hypodensity of the medulla

and lower pons.

The patient responded to commands to open and

close her eyes and learned to communicate in this

way. She lived another 12 weeks in this setting, with-

out regaining function, and rarely was observed to

sleep. No postmortem examination was permitted.

However, the injection of ethanol had apparently

entered the C2 root sleeve and fixed the lower

brainstem up through the facial and abducens nu-

clei without clouding the state of consciousness of

the patient.

Comment: Both of these cases demonstrated the

preservation of consciousness in patients with a

locked-in state due to destruction of motor path-

ways below the critical level of the rostral pons.

Chapter 2 will explore the ways in which the neu-

rologic examination of a comatose patient can be

used to differentiate these different causes of loss

of consciousness.

REFERENCES

1. Scheid R, Voltz R, Guthke T, et al. Neuropsychiatric

findings in anti-Ma2-positive paraneoplastic limbic

encephalitis. Neurology 61, 1159–1160, 2003.

2. Mesulam MM, Waxman SG, Geschwind N, et al. Acute

confusional states with right middle cerebral artery in-

farctions. J Neurol Neurosurg Psychiatry 39, 84–89,

1976.

3. Posner JB, Plum F. The toxic effects of carbon di-

oxide and acetazolamide in hepatic encephalopathy.

J Clin Invest 39, 1246–1258, 1960.

4. Shimojyo S, Scheinberg P, Reinmuth O. Cerebral

blood flow and metabolism in the Wernicke-Korsakoff

syndrome. J Clin Invest 46, 849–854, 1967.

5. Trzepacz PT, Tarter RE, Shah A, et al. SPECT

scan and cognitive findings in subclinical hepatic

34

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

---

encephalopathy. J Neuropsychiatry Clin Neurosci 6,

170–175, 1994.

6. Nilsson K, Warkentin S, Hultberg B, et al. Treatment

of cobalamin deficiency in dementia, evaluated clin-

ically and with cerebral blood flow measurements.

Aging (Milano) 12, 199–207, 2000.

7. Van der Mast RC. Pathophysiology of delirium.

J Geriatr Psychiatry Neurol 11, 138–145, 1998.

8. Frances A, Pincus HA, First MB. Diagnostic and Sta-

tistical Manuel of Mental Disorders: DSM-IV. 4th ed.,

1994.

9. Peroutka SJ, Sohmer BH, Kumar AJ, et al. Hallucina-

tions and delusions following a right temporoparieto-

occipital infarction. Johns Hopkins Med J 151, 181–

185, 1982.

10. Markand ON. Eectroencephalogram in ‘‘locked-in’’

syndrome. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 40,

529–534, 1976.

11. Markand ON, Dyken ML. Sleep abnormalities in pa-

tients with brain stem lesions. Neurology 26, 769–776,

1976.

12. Billiard M, Dauvilliers Y. Idiopathic hypersomnia.

Sleep Med Rev 5, 349–358, 2001.

13. Giacino JT. The vegetative and minimally conscious

states: consensus-based criteria for establishing diag-

nosis and prognosis. NeuroRehabilitation 19, 293–298,

2004.

14. Schlotzhauer AV, Liang BA. Definitions and impli-

cations of death. Hematol Oncol Clin North Am 16,

1397–1413, 2002.

15. Towbin A. The respirator brain death syndrome. Hum

Pathol 4, 583–594, 1973.

16. Criteria for the diagnosis of brain stem death. Review

by a working group convened by the Royal College of

Physicians and endorsed by the Conference of Med-

ical Royal Colleges and their Faculties in the United

Kingdom. J R Coll Physicians Lond 29, 381–382, 1995.

17. Jackson JH. Selected writings of John Hughlings Jack-

son. London: Hode and Stoughton, 1931.

18. Mauthner L. Zur Pathologie und Physiologie des

Schlafes nebst Bermerkungen ueber die ‘‘Nona.’’ Wien

Klin Wochenschr 40, 961–1185, 1890.

19. Von Economo C. Sleep as a problem of localization.

J Nerv Ment Dis 71, 249–259, 1930.

20. Ranson SW. Somnolence caused by hypothalamic

lesions in monkeys. Arch Neurol Psychiat 41, 1–23,

1939.

21. Nauta WJH. Hypothalamic regulation of sleep in rats.

An experimental study. J Neurophysiol 9, 285–314,

1946.

22. Swett CP, Hobson JA. The effects of posterior hypo-

thalamic lesions on behavioral and electrographic man-

ifestations of sleep and waking in cat. Arch Ital Biol

106, 270–282, 1968.

23. Sterman, MB, Clemente, CD. Forebrain inhibitory

mechanisms: sleep patterns induced by basal fore-

brain stimulation in the behaving cat. Exp Neurol 6,

103–117, 1962.

24. Wilson SAK. The Narcolepsies. In: Problems in Neu-

rology. London: Edward Arnold, pp 76–119, 1928.

25. Berger H. Ueber das electroenkephalogramm des

menschen. Arch Psychiatr Nervenkr 87, 527–570,

1929.

26. Steriade M. The corticothalamic system in sleep.

Front Biosci 8, d878-d899, 2003.

27. Buzsaki G, Bickford RG, Ponomareff G, et al. Nucleus

basalis and thalamic control of neocortical activity

in the freely moving rat. J Neurosci 8, 4007–4026,

1988.

28. Bremer F. CR. Soc Biol 118, 1235–1241, 1935.

29. Bremer F. Cerebral hypnogenic centers. Ann Neurol

2, 1–6, 1977.

30. Moruzzi G, Magoun HW. Brain stem reticular forma-

tion and activation of the EEG. 1949. J Neuropsy-

chiatry Clin Neurosci 7, 251–267, 1995.

31. Starzl TE, Taylor CW, Magoun HW. Ascending con-

duction in reticular activating system, with special ref-

erence to the diencephalon. J Neurophysiol 14, 461–

477, 1951.

32. Zernicki B, Gandolfo G, Glin L, et al. Cerveau isole

and pretrigeminal rat preparations. Physiol Bohemo-

slov 34 Suppl, 183–185, 1985.

33. Magni F, Moruzzi G, Rossi GF, et al. EEG arousal

following inactivation of the lower brainstem by selec-

tive injection of barbiturate into the vertebral circu-

lation. Arch Ital Biol 97, 33–46, 1959.

34. Hallanger AE, Levey AI, Lee HJ, et al. The origins

of cholinergic and other subcortical afferents to the

thalamus in the rat. J Comp Neurol 262, 105–124,

1987.

35. McCormick DA, Bal T. Sleep and arousal: thalamo-

cortical mechanisms. Annu Rev Neurosci 20, 185–215,

1997.

36. Strecker RE, Morairty S, Thakkar MM, et al. Adeno-

sinergic modulation of basal forebrain and preoptic/

anterior hypothalamic neuronal activity in the control

of behavioral state. Behav Brain Res 115, 183–204,

2000.

37. Aserinsky E, Kleitman N. Regularly occurring periods

of eye motility, and concomitant phenomena, during

sleep. Science 118, 273–274, 1953.

38. Scammell TE. The neurobiology, diagnosis, and treat-

ment of narcolepsy. Ann Neurol 53, 154–166, 2003.

39. Kales A, Vela-Bueno A, Kales JD. Sleep disorders:

sleep apnea and narcolepsy. Ann Intern Med 106,

434–443, 1987.

40. Szymusiak R, Alam N, Steininger TL, et al. Sleep-

waking discharge patterns of ventrolateral preoptic/

anterior hypothalamic neurons in rats. Brain Res 803,

178–188, 1998.

41. Vgontzas AN, Kales A. Sleep and its disorders. Annu

Rev Med 50, 387–400, 1999.

42. Saper CB. Diffuse cortical projection systems: ana-

tomical organization and role in cortical function. In:

F. Plum, ed. Handbook of Physiology. The Nervous

System. V. Bethesda, Md.: American Physiological

Society, pp 169–210, 1987.

43. Loughlin SE, Foote SL, Fallon JH. Locus coeruleus

projections to cortex: topography, morphology and col-

lateralization. Brain Res Bull 19, 287–294, 1982.

44. Bobillier P, Seguin S, Petitjean F, et al. The raphe

nuclei of the cat brain stem: a topographical atlas of

their efferent projections as revealed by autoradio-

graphy. Brain Res 113, 449–486, 1976.

45. Lu J, Jhou TC, Saper CB. Identification of wake-active

dopaminergic neurons in the ventral periaqueductal

gray matter. J Neurosci 26, 193–202, 2006.

46. Heym J, Steinfels GF, Jacobs BL. Activity of serotonin-

containing neurons in the nucleus raphe pallidus of

freely moving cats. Brain Res 251, 259–276, 1982.

Pathophysiology of Signs and Symptoms of Coma

35

---