改变的EEG微state动力学反映颞叶癫痫中的抑郁症状

《Epilepsy & Behavior》：Altered EEG microstate dynamics reflect depressive symptoms in temporal lobe epilepsy

　　

背景：抑郁症状是颞叶癫痫（Temporal Lobe Epilepsy, TLE）中常见且致残的共病，然而连接发作网络与情感症状的神经机制尚不清楚。尽管边缘网络功能障碍同时涉及癫痫和抑郁障碍，但目前尚不清楚大尺度电生理脑状态的时变动力学是否反映TLE中抑郁症状的严重程度。在本研究中，研究人员检查了EEG微state动力学是否捕获单侧TLE个体中与抑郁症状相关的网络改变。方法：研究人员分析了26名单侧TLE个体的静息态、视觉正常的头皮EEG。通过将全局场强（Global Field Power, GFP）峰值聚类为四个典型类别来识别EEG微state，并将电极位置镜像以在各受试者间对齐发作半球。量化微state平均驻留时间（Mean Dwell Time）、分数占用率（Fractional Occupancy）、全局转移熵（Global Transition Entropy）和马尔可夫转移概率，并将其与贝克抑郁量表-II（Beck Depression Inventory-II, BDI）评分相关联。结果：高抑郁症状个体（BDI ≥ 13；N = 12）表现出比低抑郁症状负担个体（BDI < 13；N = 14）更长的发作半球对齐微state平均驻留时间。在所有受试者中，该微state的驻留时间与抑郁症状严重程度相关（r = 0.57, p = 0.002）。较高抑郁症状的TLE个体表现出降低的全局转移熵（p = 0.02），其也与抑郁症状严重程度相关（r = -0.54, p = 0.004），表明微state转移的灵活性下降。尽管两组间该状态的分数占用率相似，但较高抑郁症状个体较不可能从非发作或后部配置转移到发作半球对齐微state。然而一旦参与，发作对齐的微state显示出增加的持续性，表明该网络配置的延长稳定。结论：单侧TLE中较高的抑郁症状负担与发作半球对齐脑微state的时间刚性增加相关，反映了致痫网络配置的脱离受损。这些发现表明TLE中的抑郁症状可能与大尺度神经动力学中癫痫相关的破坏有关。

研究背景与意义

颞叶癫痫（Temporal Lobe Epilepsy, TLE）是成人最常见的局灶性癫痫综合征，其中抑郁症状是常见且致残的共病，其终生患病率超过普通人群三倍以上，且与生活质量降低、癫痫发作控制较差及自杀风险升高相关。尽管情绪调节依赖于分布式边缘及皮质网络的协调活动，大规模网络组织的破坏被认为涉及伴发抑郁症状的癫痫患者，但连接癫痫与抑郁的神经机制仍不完全清楚。既往神经影像学研究多依赖静态功能连接测量，假设脑区之间关系稳定，可能掩盖了大尺度脑活动中具有临床意义的时变特征。EEG微state（Microstate）是以毫秒级分辨率表征全脑活动时序组织的框架，指短暂、准稳定的头皮电位地形图，反映分布式神经网络的协调激活，其时间属性如持续性和转移结构捕捉了静息态下大尺度状态间的动态重构，已被广泛作为神经精神及神经疾病中大尺度网络功能障碍的生物标志物。然而，微state动力学如何特异性关联癫痫中的情感症状尚不清楚。因此，研究人员开展本研究以探讨单侧TLE中EEG微state的时序组织是否反映抑郁症状严重程度，假设TLE中较高抑郁症状负担与大尺度脑状态动力学灵活性降低有关，表现为微state时间属性及转移结构的改变，主要由发作相关网络驱动。

该研究发表于《Epilepsy》。

主要关键技术方法

研究人员回顾性纳入2016年1月1日至2025年5月30日在UCI Health进行视频EEG监测作为常规术前评估且年满18岁、在EEG采集一年内完成包括贝克抑郁量表-II（Beck Depression Inventory-II, BDI）在内正式神经心理测试的26名单侧TLE个体，排除有记录的主要非抑郁精神障碍诊断、既往癫痫手术及颅内或头皮EEG确诊双侧TLE者。采集19导联国际10–20系统安置的Nihon Kohden数字EEG系统记录的静息态视觉正常EEG，仅分析监测前24小时，由盲法认证的癫痫学家选取距任何发作至少±2小时的5分钟无伪迹及发作样放电的清醒背景，信号重参考至共同平均、1至30 Hz零相位FIR带通滤波后降采样至200 Hz并分割为1秒时段。微state分析遵循既定流程，计算各时间点全局场强（Global Field Power, GFP）识别峰值，采用k-means聚类（相关系数距离，10次重复，1000次最大迭代）预设k=4提取典型类，为考察单侧TLE发作侧网络组织对微state动力学的影响，将右TLE个体EEG数据进行左右镜像使发作半球跨受试者一致对齐，据此将微state分为发作对齐微state（Microstate A）与非发作对齐微state（Microstate B）等，随后进行回拟合分配各时间点到相关性最高的微state以得到连续序列，计算平均驻留时间（Mean Dwell Duration）、分数占用率（Fractional Occupancy）、基于香农熵的全局转移熵（Global Transition Entropy）及观测减期望的马尔可夫转移概率，使用Wilcoxon秩和检验、Pearson相关、Meng-Rosenthal-Rubin检验、ANOVA及Cox比例风险模型并校正多重比较进行统计分析。

研究结果

3.1. Subject characteristics

26名受试者符合标准，TLE高抑郁症状组（TLE-HDS, BDI ≥ 13）12人，TLE低抑郁症状组（TLE-LDS, BDI < 13）14人，TLE-HDS组BDI评分（均值23.6 ± 6.9）显著高于TLE-LDS组（均值4.6 ± 4.2, P_FDR = 0.0002），两组间其他临床、影像及发作间期EEG变量无显著组间差异。

3.2. Microstate segmentation and topographic consistency

静息态EEG聚类得到四个典型微state类（A-D），TLE-HDS与TLE-LDS组间微state地形图高度一致，跨组空间相关性为0.85（Microstate A）至0.96（Microstate B），与既往健康人群报道的典型微state密切相似；两组GFP峰值拟合质量相当（TLE-HDS r = 0.672 ± 0.001，TLE-LDS r = 0.681 ± 0.001），全局解释方差（Global Explained Variance, GEV）也相似（TLE-HDS 0.50，TLE-LDS 0.57，总体0.54），表明抑郁症状相关效应非由聚类质量或整体模型拟合差异驱动。

3.3. Depressive symptoms are associated with longer dwell time in the ictal hemisphere-aligned microstate

TLE-HDS组发作对齐微state平均驻留时间长于TLE-LDS组（W = 204; p = 0.03），Kaplan-Meier分析显示TLE-HDS一旦进入发作对齐微state具有延长持续性，Cox比例风险模型显示TLE-HDS退出发作对齐微state概率降低（风险比Hazard Ratio = 0.86 [95% CI 0.85–0.87]; p_permutation = 0.04），其余微state组间退出概率无显著差异。发作对齐微state较长平均驻留时间与较高BDI评分相关（r = 0.57, p = 0.002），其余微state与BDI评分无显著关系；Meng-Rosenthal-Rubin检验显示Microstate A关联显著强于Microstate B（z = 2.78, P_adj = 0.016）及Microstate C（z = 3.21, P_adj = 0.008），与Microstate D无显著差异；所有微state分数占用率组间无差异（p > 0.10）。

3.4. TLE individuals with higher depressive symptoms show reduced global transition entropy

跨受试者较低全局转移熵与较重抑郁症状相关（r = -0.54, p = 0.004）；TLE-HDS全局转移熵（H = 2.14 ± 0.07）显著低于TLE-LDS（H = 2.22 ± 0.07; W = 116, p = 0.02），表明TLE-HDS微state转移模式多样性降低。

3.5. TLE individuals with higher depressive symptoms show decreased recruitment of the ictal-aligned microstate

观测减期望转移矩阵显示所有微state均较偶然预期更具持续性（对角优势），但组比较揭示涉及发作对齐微state的转移具状态特异性差异：TLE-HDS较TLE-LDS显著更少出现从非发作对齐（Microstate B）及后部（Microstate D）配置转移到发作对齐微state（Microstate A）；Microstate A平均驻留时间不依赖于前一微state（ANOVA p = 0.93），表明Microstate A延长持续性反映内在时间稳定性而非特定配置优先招募。

3.6. Specificity analysis

在不镜像右TLE受试者、保留原生左右电极朝向的非对齐分析中，四类微state保留典型空间配置，但无任何微state驻留时间、分数占用率、全局转移熵或马尔可夫转移概率与BDI评分或TLE-HDS/TLE-LDS组状态显著相关，支持抑郁症状负担与相对于发作侧化的微state动力学组织相关而非非特异性半球不对称的解释。

讨论总结与结论翻译

讨论部分总结指出，单侧TLE中升高的抑郁症状与大尺度头皮EEG微state时序动力学的可测量改变相关，表现为微state转移模式多样性降低及较低抑郁症状TLE个体在微state间具更灵活转移。具体而言，TLE-HDS显示发作对齐微state招募减少，但一旦进入则具延长稳定性及脱离受损，平均驻留时间延长与抑郁症状严重度相关，表明高抑郁症状负担以受限的大尺度脑状态动力学及致痫网络配置异常稳定为特征，而非微state空间架构的全局重组。EEG微state反映分布式大尺度网络活动而非局灶神经发生器，对齐发作半球提供考察微state动力学是否系统性追踪TLE侧化网络组织的方式，非对齐分析无关联支持效应反映发作相关网络组织而非泛半球不对称。该发现与强调大尺度脑网络动态状态灵活性降低的抑郁模型一致，并将此原理扩展至头皮EEG微state动力学，显示减少的动态灵活性可在相对于发作侧化具独特侧化特征的大尺度电生理脑状态水平观察到。TLE中抑郁症状相关效应不同于原发性重性抑郁障碍（Major Depressive Disorder, MDD）若干微state研究报道的额叶或额中央微state及有时缩短驻留时间，提示TLE抑郁症状可能涉及锚定于发作起始网络的癫痫相关网络机制。该网络层面区分与长期临床观察一致，即TLE情感症状在现象学及时间进程常与原发性MDD不同，可能反映癫痫相关网络紊乱而非纯粹偶发性原发心境障碍。异常具选择性而非微state发生全局变化或架构广泛重组，涉及从其他大尺度状态减少招募发作对齐微state及一旦进入脱离受损，提示微state驻留时间及持续性可能是TLE情感失调特别敏感的标记。微state分析价值在于探查发作生成颞叶网络如何塑造情感处理，量化脑在特定大尺度配置停留时长及转移灵活性，提供致痫网络施加的时间约束见解，发作半球对齐配置增加稳定性可能信号发展抑郁症状易感性。

结论部分翻译如下：

总之，微state分析揭示单侧TLE中更严重抑郁症状与发作半球对齐脑微state脱离受损相关，反映发作生成网络内时间刚性增加。这些效应具选择性与状态特异性，源于从其他大尺度配置减少招募发作半球对齐微state，结合一旦参与异常持续性所致。此外，较高抑郁症状TLE个体表现降低全局转移熵，表明微state转移动力学灵活性下降。

综上，这些发现提示TLE中抑郁症状可能与大尺度脑动力学中癫痫相关破坏有关，其特征为受限的状态转移及致痫网络配置异常稳定，而非微state空间架构全局改变。因此，微state驻留时间、持续性及转移熵代表癫痫中情感易损性可及且时间敏感候选生物标志物，对识别高危个体及开发未来网络知情诊断与治疗策略具潜在意义。

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