高频前丘脑底核深部脑刺激偏移相关事件相关电位的传感器与源空间分析方法及其在癫痫治疗优化中的潜力

本研究针对药物难治性癫痫患者，开发了一种基于脑电图（EEG）传感器与源空间分析的新方法，用于评估高频（140 Hz）前丘脑底核（ANT）深部脑刺激（DBS）的神经响应。研究人员采用1秒开启、5秒关闭的刺激模式，通过信号处理和独立成分分析（ICA）去除伪影，成功识别出刺激偏移锁定的事件相关电位（ERP）。源定位分析显示，ERP主要源于边缘系统（Papez回路），特别是前扣带皮层。该研究不仅证实了时间锁定EEG分析在临床高频ANT DBS中的可行性，还为DBS治疗优化提供了潜在生物标志物，具有重要的临床应用价值。

　　

在治疗药物难治性癫痫的众多方法中，深部脑刺激（Deep Brain Stimulation, DBS）技术近年来显示出显著的潜力，尤其是针对前丘脑底核（Anterior Nucleus of Thalamus, ANT）的刺激。多项临床试验，如SANTE试验，已证实ANT DBS能够在中位随访期内降低癫痫发作频率达56%至75%。然而，尽管在群体层面表现出疗效，个体之间的治疗反应差异巨大，且目前缺乏预测治疗效果的可靠生物标志物。此外，高频DBS（如140 Hz）作为临床标准参数，其对大脑活动的即时影响尚未在脑电图（Electroencephalography, EEG）研究中得到充分探索，这主要是因为刺激伪影大、分析方法复杂等问题。因此，开发一种可靠的方法来解析高频ANT DBS相关的神经响应，不仅有助于理解其治疗机制，还可能为个体化治疗优化提供新途径。

在这项发表于《Computational Biology and Chemistry》的研究中，Herkko Mattila、Anna-Liisa Satomaa等研究人员设计并验证了一种结合传感器和源空间分析的EEG方法，用于研究高频ANT DBS刺激偏移引发的事件相关电位（Event-Related Potential, ERP）。他们通过对两名药物难治性癫痫患者进行 monopolar（单极）双侧140 Hz刺激，采用1秒开启、5秒关闭的循环模式，采集高采样率（20 kHz）EEG数据，并通过带通滤波（0.5–100 Hz）和独立成分分析（ICA）去除刺激伪影和生理噪声。利用个体化MRI数据和FreeSurfer分割，结合Boundary Element Method（BEM）头模型和动态统计参数映射（dSPM）进行源定位，最终识别出时间锁定的ERP响应及其神经源。

研究主要采用了以下关键技术方法：首先，使用64通道主动电极帽记录EEG，并采用高采样率（20 kHz）和宽动态范围以处理DBS伪影；其次，通过ICA去除眼电（EOG）、肌电（EMG）和刺激相关伪影；第三，利用个体MRI和FreeSurfer进行脑结构分割，并结合OpenMEEG构建BEM头模型；第四，采用dSPM方法进行源空间分析，噪声协方差矩阵基于基线EEG数据计算；最后，所有分析在BrainStorm软件中完成，确保了方法的一致性和可重复性。样本来源于两名临床患者，分别具有不同的癫痫表型和治疗反应（一例应答者，一例无应答者）。

3.1. Stimulation offset Event-Related Potential

通过平均95次（患者1）和82次（患者2）刺激偏移后的EEG时段，研究人员观察到明显的ERP波形。患者1的ERP包含多个峰值（N50、N80、P120、P165、N190、N240、P275），其中N80和P120振幅最高（达21 μV），分布对称于头皮中线。患者2的ERP则呈现不同的形态（N60、P175、N253、P340），振幅较低（11.7 μV），但同样显示对称分布。统计分析（Shapiro-Wilk检验）证实ERP振幅变异符合正态分布，且无时间趋势，表明响应稳定。

3.2. Cortical sources of the ERP

源定位分析显示，两名患者的ERP主要源于大脑中线区域，包括前扣带皮层（caudal anterior cingulate）、内侧前额叶、颞叶内侧（如海马旁回）以及枕叶和顶叶部分区域。患者1的激活更强且集中在边缘系统（如Papez回路），而患者2则表现出更多前额和颞叶区域的复发激活。激活模式在左右半球基本对称但非同步，且与Desikan-Killiany图谱分区一致（如扣带皮层、额极区）。

3.3. Time series of the anterior cingulate sources

针对患者1，前扣带皮层源的时间序列分析显示，其活动振荡与ERP峰值（如N80、P120）同步，进一步证实了该区域在ERP生成中的核心作用。

研究结论表明，该方法成功实现了对高频ANT DBS刺激偏移相关ERP的传感器和源空间分析，揭示了边缘系统（特别是前扣带皮层）作为主要神经源的参与。讨论部分强调，尽管存在伪影去除不完全、通道数有限（64通道）以及样本量小等局限性，该研究首次在临床标准参数下验证了ERP的可行性，为DBS治疗优化提供了潜在的EEG生物标志物。此外，个体间ERP差异（如患者1与患者2的响应形态不同）可能与癫痫表型、刺激电流差异（因阻抗不同）等因素相关，这突出了未来研究需扩大样本、统一参数的重要性。总体而言，该工作不仅推动了DBS神经机制的理解，也为个性化癫痫治疗策略的开发奠定了方法学基础。