综述：微电极记录的癫痫发作：神经元活动、微局部场电位与宏观局部场电位之间持续存在的多尺度差距？

这篇综述深入探讨了人类癫痫发作的多尺度记录技术（微电极/microelectrodes vs 宏电极/macroelectrodes），揭示了神经元活动（single units）、微局部场电位（micro-LFPs）和宏观局部场电位（macro-LFPs）之间的关键差距，提出了6大技术挑战（包括空间对应性、脑区采样等），为理解癫痫发作级联反应（ictogenesis）提供了新视角。

　　

微电极技术揭示癫痫发作的多尺度谜团

1. 引言
   在药物难治性癫痫患者中，近30%的病例需要通过手术干预控制发作。准确识别发作起始区（SOZ）是手术成功的关键，而这一过程高度依赖颅内电极记录的局部场电位（LFP）。传统宏电极（macroelectrodes）记录的宏观LFP（macro-LFPs）反映的是立方厘米级脑组织的群体活动，而直径仅30-40μm的微电极（microelectrodes）却能捕捉立方毫米级的微观神经活动。尽管人类癫痫的微电极记录已有40余年历史，但不同尺度间的关联机制仍存在显著空白。

2. 技术发展历程
   1976年Babb和Crandall首次使用微电极记录人类癫痫发作，观察到发作前神经元放电率增加的现象。现代微电极类型多样，包括多电极阵列（MEA）、Behnke-Fried混合电极和层状微电极等。这些设备可同时记录单神经元活动（single units）、多单元活动（MUA）和微尺度LFP（micro-LFPs）。值得注意的是，目前仅有26项研究涉及人类癫痫发作的微电极记录，共纳入219例患者，记录到约631次发作。

3. 多尺度分析的挑战
   3.1 神经元尺度的异质性
   传统认为癫痫发作源于神经元超同步化（hypersynchrony），但微电极记录颠覆了这一认知。数据显示：

• 仅7.6%-40%的神经元在发作起始时放电增加
• 67.6%的神经元甚至保持稳定放电率
• 存在"癫痫神经元池"（epileptic pool）现象，即少数活跃神经元驱动发作

3.2 空间动力学模型
微电极研究提出了多个空间动态模型：

• "发作核心"（ictal core）与"发作半影区"（penumbra）理论：核心区神经元放电增加30倍，而周围区域呈现抑制状态
• 传播波前（ictal wavefront）模型：以1mm/s速度扩散的神经元高放电区域
• 神经元集群理论：特定神经元群体同步放电并与宏观LFP高频振荡（HFOs）锁相

1. 跨尺度电生理特征
   4.1 发作起始模式
   宏观LFP中经典的低电压快活动（LVFA）和3Hz棘慢波复合波在micro-LFPs中同样可见。有趣的是，micro-LFPs可能比macro-LFPs更早出现超同步化放电，提示现有发作分类标准可能需要修订。

4.2 特征性电活动

• 发作基线漂移（ictal baseline shifts）：与SOZ定位相关，但尚未在人类micro-LFPs中明确记录
• 啁啾信号（chirps）：具有定位价值的频率快速变化信号
• 指纹特征（fingerprints）：包含发作前棘波、窄带快活动等要素的特异性模式

1. 技术前沿与展望
   5.1 四维记录技术
   新型四联微电极（tetrodes）可显著提高单神经元分辨能力，其优势包括：

• 通过四通道幅度差异精确定位神经元空间位置
• 更好区分锥体细胞与中间神经元
• 实现真正的单单位（single unit）而非多单位（MUA）分析

5.2 六大关键挑战
(1) 建立micro-LFPs的系统分析方法
(2) 改进微-宏电极空间对应性
(3) 开发深部脑区采样设备
(4) 规范参考电极报告标准
(5) 延长连续记录时长
(6) 建立共享数据库

1. 未来方向
   整合多尺度分析需要：

• 同时记录单神经元、micro-LFPs和macro-LFPs
• 采用混合电极（如结合tetrodes的深部电极）
• 开发机器学习算法分析跨尺度特征
• 扩大样本量涵盖不同癫痫类型和脑区

这项技术突破将推动对癫痫发作机制的重新认识，从微观神经元异常到宏观网络紊乱的完整级联过程，最终为精准手术和新型治疗靶点提供理论基础。