基于磁共振的颞叶癫痫脑网络机制研究

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颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy,TLE)是一类常见的局灶性癫痫,它是指发作起源于颞叶的癫痫类型,常见于成年人和青少年。在TLE患者中,突发性的意识丧失显著恶化了患者的生活质量,增加了死亡风险。尽管先前的研究已经开始在不同尺度上对癫痫的病理机制进行了研究,但癫痫的发病机制仍然没有得到较好的理解,特别是其脑机制仍不明确。近年来随着神经成像技术和脑网络分析方法的发展,特别是静息态功能磁共振成像(functional magnetic resonance,f MRI)的快速发展,出现了很多在不同尺度上对颞叶癫痫病理机制的研究。本文分别从静态和动态的角度出发,结合功能连接、功能连接密度分析方法以及动态的思想,针对颞叶癫痫的意识功能障碍,对颞叶癫痫的脑网络机制进行研究,主要研究内容包括以下两个方面。1.首先,从静态角度出发,对伴有意识受损颞叶癫痫的丘脑亚核连接模式进行研究。丘脑作为神经信息传递的关键节点,由多个核群共同构成,在颞叶癫痫(TLE)发作(局灶性发作伴意识受损)的过程中,丘脑的很多核团都参与其中。针对颞叶癫痫(TLE)中,不同丘脑亚核和皮质下-皮层系统之间的功能投射改变的未知性,本文研究了26名伴有意识受损的TLE患者和30名性别、年龄和教育程度匹配的健康对照者的丘脑亚核功能连接(FC)。结果显示,与健康对照组相比,TLE在不同的丘脑核团和皮质下网络之间的FC呈现显著差异。丘脑前核和海马体通路以及前扣带的连接呈现异常的降低趋势,但在背外侧前额叶部分则出现上升趋势,而腹后内侧核的异常连接集中在感觉运动区域,中央外侧核的显著异常降低区域则集中在海马海马旁以及脑干等区域。其中,丘脑前核和海马体通路之间的FC降低与TLE的记忆表现有着特异性的显著的正相关,其他异常连接与颞叶癫痫病人的记忆分数并无显著的相关关系。通过上述分析,证明了在多个丘脑皮层环路中确实存在特异的功能连接模式,而且,相较于正常人,病人呈现出异常的降低趋势。研究表明颞叶癫痫患者存在一定程度的丘脑皮层环路损伤,而这种损伤可能与异常行为表现和记忆功能受损有关,这个发现可能为直接针对不同的丘脑皮层回路进行改进治疗提供一个支撑。2.大脑的活动具有瞬时变化的特性,而癫痫是一类具有典型瞬时性和动态性的神经病理活动,采用动态脑网络的思想可以全面刻画癫痫的动态演化过程,进一步,本文使用基于滑动窗的动态功能连接密度分析方法,通过将全脑功能连接模式划分为半球内和半球间连接,探究颞叶癫痫患者的半球内和半球间功能整合动态性。首先基于滑动窗方法将一段时间内的磁共振信号分为多个不同的片段,分别在每个时间窗下计算全脑功能连接密度分布图,并根据某一体素与全脑其他体素的相对位置关系,将全脑的功能连接划分为同侧连接和对侧连接,也就是半球内连接和半球间连接,然后使用标准差作为衡量变异性的指标,得到每个被试的半球内和半球间的模式分布图。统计结果表明,与健康对照相比,颞叶癫痫患者前扣带皮层/内侧前额叶皮层的半球内和半球间动态功能连接密度动态性均增加,梭状回/海马旁回的动态功能连接密度动态性均减少。此外,颞叶癫痫病人的顶上也表现出增加的半球间动态功能连接密度动态性。在进一步与临床表现的相关分析中,发现颞叶癫痫病人同侧动态功能连接密度的异常时间动态性与发作频率有关。该研究从动态角度证实了颞叶癫痫患者异常的半球内和半球间功能整合,并强调了半球内异常的动态功能整合在颞叶癫痫患者疾病维度的潜在作用。综上,本文利用基于功能磁共振成像技术,借助脑网络分析方法,从静态和动态的角度出发,从皮下-皮层环路继而扩大到全脑范围,探究了颞叶癫痫大脑网络的异常。这些发现可以帮助我们全面理解颞叶癫痫患者的生理病理机制,为临床上诊断和治疗颞叶癫痫提供影像学资料,对探寻的潜在生物学标记物具有重要指导意义。
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