癫痫发作生物物理学新视角：局部电压差(Sv DC)在癫痫网络中的关键作用

本研究针对癫痫发作机制不明的问题，通过分析45例局灶性癫痫患者的颅内脑电数据，首次提出慢变直流(Sv DC)场的概念，揭示其通过局部电压差介导癫痫发作起始的物理机制。研究发现Sv DC在发作期能量占比高达80.82%，其时空动态变化与高频活动(HFOs)相关，且发作间期波动可定位致痫区，为癫痫预测和精准治疗提供了新靶点。

　　

癫痫作为困扰人类2000余年的神经系统疾病，其核心特征——异常同步化放电的物理机制始终是未解之谜。尽管现代医学已发现高频振荡(HFOs)等生物标志物，但为何大脑会产生足以触发发作的异常电场？这个涉及神经生物物理学本质的问题，长期缺乏系统性解答。传统研究多聚焦于突触传递或离子通道等微观机制，却忽视了宏观电场在神经网络中的整合作用，特别是被常规脑电分析过滤掉的超低频成分可能蕴含的关键信息。

南京电子技术研究所感知实验室联合首都医科大学宣武医院功能神经外科，创新性地通过立体定向脑电图(SEEG)技术，对24例耐药性癫痫患者45次自发发作和2例电刺激诱发发作进行多维度分析。研究团队采用二阶巴特沃斯低通滤波器(0.01-0.5 Hz)首次捕捉到慢变直流(Sv DC)场的动态特征：这种介于物理直流与生物慢变信号之间的特殊成分，在发作期呈现"发散-汇聚"的独特时空模式，其能量占比最高达90%，且波动幅度与致痫区距离呈负相关。这一发现为理解癫痫发作的物理本质提供了全新视角——局部电压差驱动的电场扩散可能是发作起始的关键环节。

关键技术包括：1) 采用1024 Hz采样的SEEG系统记录发作期/间期数据；2) 二阶巴特沃斯滤波器提取0.01-0.5 Hz Sv DC成分；3) 能量比例计算量化不同频段(0.01-0.5 Hz/0.5-40 Hz/40-300 Hz)贡献度；4) 相位锁定值(PLV)构建功能网络；5) 电刺激致痫区验证因果关系。

结果解读

生物物理新现象：Sv DC场

通过对比患者W(海马起源)与患者B(岛叶起源)的发作模式，发现无论局灶扩散型(图1c)还是爆发泛化型(图1d)发作，Sv DC成分均早于传统标志物(LVFA)出现显著发散(图1e-f)。

能量分析显示，发作期80.82%导联Sv DC占比≥60%，显著高于发作间期(69.18%)，证实其主导地位(图1g-h)。

致痫区定位新标志

发作间期分析发现，致痫区电极(如患者B的E2导联)的Sv DC波动幅度显著大于周围白质导联(E7)(P<0.001)。

这种特征性波动与高频活动活跃期同步，可能反映致痫区离子稳态异常(图2f)。

容积传导机制验证

电刺激实验证实，当刺激电流达到诱发Sv DC发散的阈值(4-6 mA)时，必然引起临床发作(图4c-d)。

网络分析显示，发作后期各脑区PLV趋近1(图3l-m)，证实电场通过脑组织容积导体实现全脑扩散。

结论与展望

该研究突破传统突触传递理论框架，提出癫痫发作的电场耦合假说：致痫区K⁺外流异常→细胞外K⁺蓄积→局部电压差→Sv DC场扩散→神经元集群去极化。这一机制完美解释了为何不同病因的癫痫具有相似的发作模式，为开发新型抗癫痫装置(如靶向Sv DC的闭环刺激器)奠定理论基础。

未来需通过双模电极同步监测离子浓度与场电位，验证K⁺-Sv DC定量关系。临床转化方面，基于Sv DC波动的发作预测算法和致痫区定位标准亟待建立，这将显著提升难治性癫痫的手术疗效。