Galcanezumab治疗偏头痛的脑网络机制：EEG-fNIRS多模态整合与高阶交互分析揭示其长期临床疗效的神经基础

《Scientific Reports》：Increased integration and synergy in EEG- and fNIRS-based data in migraine patients after a three-month treatment with galcanezumab: relations with long-term clinical outcome

本研究针对偏头痛中枢机制不明确及抗CGRP药物长期疗效预测难题，通过整合脑电图(EEG)和功能性近红外光谱(fNIRS)技术，首次采用部分信息分解(PID)和复杂网络分析方法，发现经三个月Galcanezumab治疗后患者枕叶皮层全局效率与协同性显著提升，且这些神经生理指标与一年期临床改善（头痛频率、MIDAS评分、NRS疼痛强度）呈负相关，为抗CGRP药物的中枢调节机制提供了多模态证据。

　　

偏头痛作为一种常见的神经血管性疾病，长期以来给全球数亿患者带来巨大痛苦和残疾。尽管近年来针对降钙素基因相关肽(CGRP)的单克隆抗体药物如Galcanezumab在预防性治疗中显示出显著疗效，但其作用机制仍不完全清楚。一个重要科学问题是：这些主要作用于外周的药物是否能够调节中枢神经系统的功能异常？偏头痛本质上是一种脑功能紊乱，其特征包括神经元兴奋性改变、对多模式刺激的敏感性增加以及习惯化减弱，这些异常最终可能导致皮质扩散性抑制(CSD)并激活三叉神经伤害性感受器。

为了解决这一问题，意大利巴里大学Marianna La Rocca团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新性研究。他们采用多模态神经影像技术，首次将脑电图(EEG)和功能性近红外光谱(fNIRS)相结合，探究Galcanezumab如何调节偏头痛患者的大脑网络特性。研究不仅关注传统的脑连接指标，还引入了高阶交互分析框架，为理解抗CGRP药物的中枢作用机制提供了新视角。

研究方法上，团队招募了15名偏头痛患者(7名为慢性偏头痛)和10名健康对照。患者在三个时间点接受评估：首次给药前(B)、首次给药后1小时(B')和治疗3个月后(3M)。临床随访延长至一年(1Y)，记录头痛频率、急性药物使用、MIDAS残疾评分和NRS疼痛强度。神经生理记录采用64导EEG和24通道fNIRS系统，在5Hz棋盘格视觉刺激下同步采集信号。关键技术包括：(1)EEG-fNIRS信号协调化与同步化处理，解决两种信号时间延迟问题；(2)基于枕叶区域的脑网络构建，计算强度、聚类系数和全局效率；(3)部分信息分解(PID)分析冗余和协同性；(4)统计比较与相关性分析评估治疗效应与临床预后关系。

脑连接结果

EEG数据分析显示，在theta频带(包含刺激频率)，偏头痛患者的网络强度和聚类系数在基线时显著低于健康对照，治疗后虽有升高趋势但未达统计学差异。而全局效率在基线时显著降低，治疗后3个月显著提升至接近正常水平。

fNIRS网络分析呈现类似模式：患者在所有时间点的强度和聚类系数均低于对照，而全局效率在3个月时显著改善。

个体轨迹分析显示，尽管存在个体差异，但大多数患者在3个月时EEG和fNIRS全局效率呈现向正常范围靠拢的趋势。

高阶交互结果

PID分析揭示，患者在基线时EEG和fNIRS的冗余与协同性均低于健康对照。治疗后，fNIRS的冗余和协同性在首次给药后1小时即显著增加，而EEG协同性在3个月时出现局部提升。聚类分析显示，治疗后高协同性通道簇范围扩大，表明脑区间的协作性互动增强。

相关性分析

治疗后3个月的神经生理指标与一年期临床结果显著相关：fNIRS全局效率与一年期NRS评分负相关，而EEG协同性与急性药物使用、头痛频率、MIDAS和NRS评分均呈负相关。典型病例分析显示，临床改善显著的患者其高协同性通道簇在治疗后明显扩展。

研究结论表明，Galcanezumab不仅能缓解偏头痛症状，还能诱导枕叶皮层功能连接和高阶交互的模式正常化。这种中枢调节作用表现为全局效率提升和协同性增强，反映了神经整合功能的改善。更重要的是，早期神经生理改变能预测长期临床结局，支持抗CGRP药物可能具有疾病修饰潜力。多模态神经影像与高阶分析框架的结合，为偏头痛治疗反应提供了有前景的生物标志物。

尽管样本量有限且缺乏安慰剂对照，但这项研究首次通过EEG-fNIRS整合分析揭示了Galcanezumab的中枢作用机制。未来研究需要在更大样本中验证这些发现，并探索这些生物标志物在个体化治疗选择中的应用价值。这项工作为理解偏头痛病理生理和抗CGRP药物作用机制提供了重要突破，也为开发客观治疗反应预测工具指明了新方向。