结构性连接组约束遗传性全面性癫痫中短暂性脑活动的扩散模式及其分子机制

研究人员针对遗传性全面性癫痫伴强直-阵挛发作(GGE-GTCS)的异常脑活动扩散机制，通过多模态神经影像与网络建模，揭示结构性连接组(SC)通过分子指纹（如层状分化、神经递质受体）约束低频振幅(ALFF)异常的空间分布，并识别出边缘-颞叶、前额叶和枕叶皮质为潜在疾病中心。该研究为癫痫网络病理学提供了新见解。

　　

癫痫作为一种复杂的神经系统疾病，其发作时异常脑电活动如何在大脑中扩散一直是神经科学领域的未解之谜。特别是遗传性全面性癫痫伴强直-阵挛发作(GGE-GTCS)，其特征是双侧大脑区域自发异常神经活动的瞬时发作和广泛传播。尽管既往研究描述了这些异常脑活动的位置和性质，但决定其特定空间分布模式的网络水平机制仍不清楚。这就像我们知道了"闪电"在哪里出现，却不明白"电流"是如何在电网中传导的。

为了解决这一关键问题，电子科技大学的研究团队开展了一项创新性研究。他们提出假设：健康大脑的结构性连接组(SC)可能像"铁轨"一样约束着异常脑活动的"列车"行驶路线。这项研究结合了多模态神经影像技术、分子图谱分析和计算建模方法，最终揭示了结构性连接组如何通过分子特征塑造异常脑活动的空间模式，并成功定位了驱动病理传播的关键脑区。相关成果发表在《BMC Medicine》上。

研究主要采用了以下关键技术：

1. 基于静息态功能磁共振成像(fMRI)计算低频振幅(ALFF)来量化异常脑活动；
2. 从326名健康成人扩散加权成像(DWI)数据构建群体水平结构性连接组；
3. 应用结构邻域分析评估连接组对异常活动的约束作用；
4. 整合基因表达、神经递质受体密度等分子图谱进行多模态关联分析；
5. 开发结合随机游走和支持向量回归(SVR)的网络扩散模型模拟病理传播。

【系统特异性脑活动异常】
通过比较97名GGE-GTCS患者和141名健康对照的ALFF差异，研究发现异常活动主要分布在颞叶、扣带回、前额叶和顶叶皮层。这些异常表现出明显的系统特异性：在体感运动网络中活动增强，而在默认模式网络中活动减弱。这种分布模式提示癫痫可能优先影响初级感觉运动区域，而相对保留高阶联合皮层。

【结构性连接组约束脑活动异常】
研究发现了关键证据：某个脑区的ALFF异常程度与其结构连接邻居的平均异常显著相关(r=0.55)。这意味着就像社交网络中信息传播受人际关系限制一样，异常脑活动的扩散也受白质连接架构约束。这种约束效应在异模态皮层（尤其是边缘系统和默认模式网络之间）最为显著，且不受空间距离因素干扰。

【分子指纹的调控作用】
通过建立多变量回归模型，研究发现层状厚度梯度(贡献度56.75%)和神经递质受体梯度是连接组约束ALFF异常的主要分子预测因子。特别是SCN9A和SCN1A等癫痫风险基因的表达模式，以及5-HT_2A、mGluR₅等兴奋性受体与5-HT_1A、GABA_A等抑制性受体的平衡，共同构成了分子层面的"交通信号灯"，调控着异常活动在连接网络中的传播。

【网络扩散模型与疾病中心定位】
创新的网络扩散模型在第二邻域尺度表现出最佳预测性能(r=0.58)。模型模拟显示，异常活动从边缘-颞叶皮层(LTPC)主要向视觉、默认模式和腹侧注意系统扩散，而从前额叶背外侧皮层(DLPFC)则向默认模式、腹侧注意和额顶系统传播。通过计算余弦相似度，研究确定了三个最稳定的疾病中心：边缘-颞叶皮层、前额叶背外侧皮层和枕叶皮层，它们就像是异常脑活动的"震中"。

【临床转化与个体化验证】
研究还发现，这种连接组约束模式在不同疾病阶段、发作频率和用药情况的患者中都稳定存在。个体化分析显示，84.54%患者的ALFF异常与其结构连接邻居显著相关，且发作频率越高，这种相关性越强(r=0.22)。这为临床评估疾病严重程度提供了潜在的影像学生物标志物。

这项研究的突破性意义在于：首次系统阐明了健康大脑的结构连接架构如何通过分子特征约束癫痫异常活动的空间分布。不仅验证了"网络扩散"假说在GGE-GTCS中的适用性，还创新性地识别出边缘-颞叶、前额叶和枕叶皮层作为关键疾病中心。这些发现为理解癫痫的发病机制提供了新视角，也为开发针对特定神经网络的治疗策略奠定了理论基础。未来研究可进一步探索如何通过调控这些关键节点来阻断异常活动的传播，为精准医疗开辟新途径。