基于双曲空间嵌入的脑网络几何表征预测颞叶癫痫手术预后

本研究针对药物难治性颞叶癫痫（TLE）手术预后预测难题，创新性地采用非欧几里得几何方法分析脑结构网络。研究人员通过双曲空间（Hyperbolic embedding）嵌入技术，对51例患者的术前术后扩散磁共振成像（dMRI）网络进行降维表征，发现对侧半球连接模式可作为手术成功的生物标志物（AUC=0.87）。该研究为个体化手术规划提供了新的计算神经科学工具。

　　

癫痫作为困扰全球1%人口的神经系统疾病，约30%的颞叶癫痫（Temporal Lobe Epilepsy, TLE）患者对药物无反应，手术切除致痫灶成为重要治疗手段。然而临床面临严峻挑战：近三分之一患者术后仍会复发，传统预测模型（如MRI形态学、EEG特征）准确率有限，且缺乏对全脑网络级改变的量化方法。现有研究表明，癫痫异常活动往往涉及超出切除范围的广泛网络，但如何捕捉这些微妙变化并转化为预测指标，成为亟待解决的科学难题。

法国巴黎索邦大学（Sorbonne University）Martin Guillemaud团队在《npj Systems Biology and Applications》发表的研究，开创性地将双曲几何（Hyperbolic geometry）引入脑网络分析。通过51例接受前颞叶切除术（ATLR）患者的dMRI数据，构建114脑区结构连接网络，采用融合吸引-排斥规则的凝聚嵌入法（Coalescent embedding），将高维网络映射至二维双曲圆盘（Poincaré disk）。通过计算手术前后节点双曲位移分数（HypDisp），发现对侧半球特定区域连接模式与手术成功显著相关，最终建立AUC达0.87的预测模型。

关键技术包括：1）基于dMRI确定性纤维追踪构建术前术后结构连接矩阵；2）双曲空间嵌入时采用节点度排名确定径向坐标（r_i=2/ζ(βlni+(1-β)lnN)）；3）通过80×80像素网格插值实现跨患者HypDisp分数空间对齐；4）留一法验证中采用逻辑回归评估ROI区域预测效能。

比较术前术后脑网络差异

通过双曲圆盘中节点位移分析，发现手术主要改变同侧半球连接（图1蓝色节点），但决定预后的关键区域却位于对侧（图3红色节点）。左半球手术患者差异区域更集中（单ROI组件），而右半球手术呈现三处分散ROI。

手术预后预测

模型对左半球手术预测更优（AUC=0.90 vs 右半球0.80）。6例误判中3例在3-5年复发，提示该方法对长期预后评估需改进。随机重连实验证实预测依赖真实拓扑改变（25%重连时AUC降至0.59）。

与手术结果相关的脑区

对侧半球节点在左/右手术组分别占比100%与95%（图3），包括默认模式网络相关区域。这些区域在健康人中呈现高聚类特性，其手术后的拓扑位移可能反映代偿机制激活。

该研究首次证明非欧几里得网络几何可量化手术对全脑连接的影响。相较于传统欧氏嵌入（补充图1），双曲空间更好捕捉了脑网络的层次结构特性。临床意义上，对侧半球连接模式的发现为术前评估提供了新视角——成功手术可能需要保留特定的跨半球信息传递通路。方法学创新在于将网络扰动理论转化为可计算的HypDisp指标，为脑疾病研究开辟了"几何生物标志物"新范式。未来需在更大队列中验证该模型对长期复发的预测力，并探索功能-结构多模态融合策略。