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癫痫研究面临获取患者长期多位点数据的难题。研究人员以 15 只颞叶癫痫(TLE)大鼠为对象,获取长期多位点局部场电位(LFP)数据。结果提供了相关数据集及分析代码,有助于揭示癫痫发展机制,为神经调节设计提供依据。
在神经科学的神秘领域中,癫痫犹如一座尚未完全攻克的险峻山峰,吸引着无数科研人员攀登探索。癫痫是一种慢性神经系统疾病,全球超 5000 万患者深受其扰,其中约三分之一的患者饱受难治性癫痫的折磨。这类患者对传统抗癫痫药物具有耐药性,药物治疗难以有效控制癫痫发作,严重影响生活质量 。
目前,癫痫的研究面临诸多挑战。虽然大脑电生理记录是检测癫痫发作的金标准,对癫痫的诊断和治疗至关重要,但获取患者长期多位点的大脑电生理数据却困难重重。现有的神经调节疗法,如迷走神经刺激(VNS)、丘脑前核深部脑刺激(DBS)和响应性神经刺激(RNS),在临床应用中也存在一定局限。例如,RNS 虽能提供闭环刺激,但记录通道位点有限、存储时间短,难以满足长期多位点数据采集的需求 。
为了突破这些困境,浙江大学的研究人员勇挑重担,开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于颞叶癫痫(TLE),选用 15 只经匹鲁卡品处理的 TLE 大鼠,构建了慢性癫痫动物模型。通过在大鼠大脑的 Papez 回路 12 个位点植入深度电极,连续 2 - 4 个月、每天 24 小时采集局部场电位(LFP)信号 。这些信号涵盖了癫痫发作期和发作间期的片段,为研究提供了丰富的数据资源。
研究人员将采集到的数据转换为 MATLAB 支持的格式,并以 Neurodata Without Borders(NWB)格式存储,发布在 DANDI Archive 平台上,实现了数据的标准化存储与共享 。同时,他们还提供了 MATLAB 代码,用于对数据进行功率谱分析、发作起始模式识别和发作间期棘波检测等基础分析 。
在技术方法方面,研究主要采用了以下关键技术:首先是动物模型构建技术,通过锂 - 匹鲁卡品处理诱导大鼠产生 TLE,建立起与人类 TLE 相似的动物模型;其次是深度电极植入技术,依据大鼠脑图谱,精准地将电极植入 Papez 回路的特定区域;最后是数据采集与处理技术,运用自主设计的多位点闭环神经刺激器记录模块,对 LFP 信号进行高频率、高质量的采集,并进行格式转换与存储 。
研究结果丰富且具有深度。在数据记录方面,共获得 162 个 NWB 文件,包含 717 个发作片段、38 个小发作片段和 120 个发作间期片段,总记录时长 145.8 小时,数据总量达 17.9GB 。这些数据为后续分析提供了坚实基础。
功率谱分析结果显示,癫痫发作期低频带的功率谱密度(PSD)显著高于发作间期,且晚期的 PSD 相较于早期也有所变化。这一结果与癫痫发作时的大脑电生理特征相符,进一步证实了数据的可靠性,也为深入了解癫痫发作时大脑电活动的变化提供了依据 。
通过对发作起始的鉴定,以大鼠 E2 为例,发现早期癫痫发作倾向于从双侧杏仁核(AMD)起始,而晚期则多从海马 CA1 亚区起始,且发作起始的潜伏期在 TLE 发展过程中明显缩短 。这表明在癫痫发展过程中,大脑中癫痫发作的起始位点和传播速度发生了改变,对于理解癫痫的发病机制和发展过程具有重要意义。
对发作起始模式(SOP)的分析,确定了低电压快活动(LVFA)、节律性棘波、Theta/alpha 锐活动和 Beta/gamma 锐活动这四种典型的 SOP 。研究还发现,不同阶段 SOP 的比例存在变化,这为癫痫的预警和手术预后评估提供了关键指标 。
发作间期棘波(IIS)检测结果表明,晚期检测到的 IIS 数量多于早期。IIS 作为癫痫的电生理标志物,其分布和放电频率有助于定位癫痫病灶和评估癫痫的严重程度,为癫痫的诊断和治疗提供了新的思路和依据 。
综合来看,这项研究成果意义重大。它提供的长期多位点 LFP 数据集,为揭示慢性 TLE 大鼠大脑的电生理和癫痫网络特性在癫痫发展过程中的变化规律提供了有力支持 。这不仅有助于深入理解癫痫的病理机制,还能为自适应神经调节治疗癫痫的策略设计提供关键信息,推动癫痫治疗领域的发展。该研究成果发表在《Scientific Data》上,为全球癫痫研究领域的科研人员提供了宝贵的数据资源和研究思路,有望引领更多深入的研究,为攻克癫痫这一难题带来新的曙光。