基于 MEG 研究:频带特异性定向连接网络揭示颞叶癫痫的功能紊乱及致病模式

【字体: 时间:2025年04月11日 来源:Scientific Reports 3.8

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  为探究颞叶癫痫(TLE)的网络机制,研究人员利用 MEG 数据,构建全脑有效连接(EC)网络并分析。结果显示,TLE 患者在低伽马频段平均连接强度增加、连接模式不稳定等。该研究有助于理解 TLE 的病理机制,为临床诊疗提供参考。

  在医学领域,癫痫一直是备受关注的难题,其中颞叶癫痫(Temporal Lobe Epilepsy,TLE)作为成人中最常见的耐药性癫痫类型,严重影响患者的生活质量。以往,人们认为 TLE 的局灶性发作起源于解剖上孤立的区域,但越来越多的研究表明,TLE 是一种涉及大规模脑网络紊乱的疾病,传统的 “致痫区” 概念正逐渐被取代。目前,脑网络的研究方法众多,包括结构连接(Structural Connectivity,SC)、功能连接(Functional Connectivity,FC)和有效连接(Effective Connectivity,EC)等。然而,基于功能磁共振成像(fMRI)的连接性研究因时间分辨率低和血流动力学反应波动存在局限性,而脑电图(EEG)和磁脑图(MEG)能更直接地测量神经元活动,且 MEG 具有无创、时空分辨率高和通道数量多等优势,在 TLE 网络机制研究中愈发重要。此前利用 MEG 数据进行的 DTF 分析主要聚焦于癫痫病灶定位,缺乏对全脑 EC 网络的构建及不同频段高频成分的网络分析,也较少关注皮质下结构。为了填补这些研究空白,北京工业大学、北京天坛医院、江苏省中医院等机构的研究人员开展了一项研究,相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员使用的主要关键技术方法如下:首先,从南京脑科医院招募 48 名受试者,包括 14 名健康对照(Healthy Controls,HCs)和 34 名 TLE 患者(其中 13 名左颞叶癫痫 left TLE,lTLE;21 名右颞叶癫痫 right TLE,rTLE),采集其头部 MEG 和结构 MRI(sMRI)数据。然后对 MEG 数据进行预处理,包括去除异常通道和片段、滤波、独立成分分析(ICA)去除伪迹等,并将数据重采样、分段。接着,利用 T1 MRI 数据构建头模型和源模型,通过线性约束最小方差(LCMV)波束形成器将 MEG 数据重建到 116 个脑区(AAL116)。最后,运用 DTF 方法构建定向连接网络,并进行网络和图论分析。

研究结果如下:

  1. 平均连接强度:对比发现,lTLE 和 rTLE 组在低伽马(Low Gamma)频段的平均连接强度显著高于 HC 组,其他频段差异不显著。这表明在高频段,癫痫对患者平均功能连接的影响更大,可能是由于癫痫活动导致的功能失衡,如癫痫引起的隔海马系统中 θ 振荡紊乱以及隔区和海马 GABA 能细胞受损。
  2. 连接模式:HC 组在不同频段的连接模式相对稳定,ACG.L 和 ORBsupmed.R 在多个频段作为枢纽区域,负责信息的传输和整合。而 lTLE 和 rTLE 组的连接模式在不同频段变化较大,THA.L、DCG.L 和 STG.L 等在不同频段成为枢纽区域,这与癫痫导致的脑网络重组和异常同步有关,也解释了 TLE 患者在认知任务中表现较差的原因。
  3. 总流出:PCL.L 脑区在所有组中总流出最高,它是功能连接网络的枢纽区域之一,在信息传递和整合中起关键作用。此外,TLE 患者的 HIP 和 AMYG 等脑区总流出显著高于健康对照,这些脑区与情绪处理、记忆以及癫痫发作的病灶和传播密切相关。
  4. 方向性指数和偏侧化指数:虽然 HC 和 TLE 受试者脑区的 DI 值存在差异,但并不显著。在偏侧化方面,部分脑区存在组间差异,总体呈现左半球优势,但 TLE 患者的偏侧化情况尚无定论,可能与对侧同源区域的募集有关,后续还需更大样本量和更广泛的局部脑区研究。
  5. 拓扑属性:在中低频段(delta、theta、alpha、beta),TLE 患者的全球聚类系数(Global Clustering Coefficient,GCC)、全局特征路径长度(Global Characteristic Path Length,GCPL)和局部效率(Local Efficiency,LE)显著高于 HCs,这意味着 TLE 患者局部脑区之间的同步性增强,形成了更紧密的局部连接和功能模块,但同时全球效率(Global Efficiency,GE)降低,反映出 TLE 患者的认知障碍。在高伽马频段,lTLE 和 rTLE 患者的 GCC、GCPL 和 LE 显著降低,而 GE 显著增加,这可能与癫痫发作时的高频活动(如癫痫棘波)涉及广泛的跨区域网络有关。

研究结论和讨论部分指出,该研究通过构建全脑 EC 网络,分析不同频段的网络特征,发现 TLE 患者在低伽马频段平均连接强度增加、连接模式不稳定,且在中低频段局部脑区同步性增强。这些发现有助于深入理解 TLE 的病理机制,为临床诊断和治疗提供了新的视角和理论依据。然而,该研究也存在一些局限性,如样本量较小、构建的是静态网络以及 MEG 数据来源重建过程可能存在准确性问题等。未来研究可在扩大样本量、构建动态网络以及优化源重建方法等方面展开,进一步推动 TLE 的研究和临床诊疗发展。
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