王俊伶，楊小楓

癲癇的臨床治療以藥物治療為主，30%左右的癲癇患者因藥物無(wú)法控制其發(fā)作或難以耐受多種抗癲癇藥物的毒副作用發(fā)展成為難治性癲癇[1-3]。外科手術(shù)是藥物難治性癲癇的首選治療方式[4]。術(shù)前能否精準(zhǔn)定位致癇區(qū)是手術(shù)治療成功的關(guān)鍵。由于致癇區(qū)還只是一個(gè)理論上的概念，目前尚無(wú)任何一種技術(shù)可以精準(zhǔn)定位致癇區(qū)[5]。因此，研發(fā)無(wú)創(chuàng)、精準(zhǔn)的定位致癇區(qū)方法將對(duì)癲癇的診療具有重要意義。

近年來(lái)，隨著致癇網(wǎng)絡(luò)的提出以及神經(jīng)影像學(xué)的飛速發(fā)展，大量研究表明癲癇發(fā)作引起的血氧水平依賴(lài)(BOLD)效應(yīng)與癲癇起始區(qū)或致癇區(qū)密切相關(guān)[6]。EEG-功能MRI(fMRI)同步聯(lián)合記錄技術(shù)為致癇區(qū)的定位以及致癇網(wǎng)絡(luò)的研究提供了無(wú)創(chuàng)、快速、精準(zhǔn)的電生理描述及腦功能成像新方法[7]。EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)從神經(jīng)元電活動(dòng)及血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)兩個(gè)維度，迅速而精準(zhǔn)地定位、追蹤全腦的神經(jīng)元功能活動(dòng)改變，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于癲癇領(lǐng)域定位發(fā)作起始區(qū)/致癇區(qū)[8]及致癇網(wǎng)絡(luò)[9]等研究。本文將對(duì)EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)的發(fā)展、在癲癇診療領(lǐng)域中的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用前景及面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行綜述。

1 EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)的發(fā)展史

EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)集合了腦電信號(hào)毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率及功能核磁圖像毫米級(jí)的空間分辨率的優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有價(jià)值的無(wú)創(chuàng)性研究大腦功能的方法[7]。Ives等[10]在1993年完成了首例癲癇患者的EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)記錄患者清晰的腦電信息的同時(shí)，間斷采集了功能核磁信息，且患者沒(méi)有過(guò)熱、燒傷等不適感，證實(shí)了EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)的可行性。由于早期的EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)無(wú)法去除磁共振掃描產(chǎn)生的EEG偽跡，故核磁掃描方式多為間歇性掃描[11]。但是間歇性掃描獲取的功能信息不連續(xù)，發(fā)作間期癇性放電(IEDs)持續(xù)時(shí)間較短且不可預(yù)測(cè)，所以直到Allen等[12]及Sharma等[13]研發(fā)了去除同步掃描產(chǎn)生的磁場(chǎng)梯度偽跡和心電脈搏偽跡的相關(guān)算法及磁共振兼容EEG機(jī)等硬件設(shè)備的研發(fā)后，EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)才實(shí)現(xiàn)了由間歇性掃描轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛲瑫r(shí)獲取完整EEG和fMRI信息的連續(xù)掃描方式。隨后該技術(shù)廣泛應(yīng)用于難治性癲癇患者定位癲癇起始區(qū)或易激惹區(qū)的臨床研究以及探索fMRI定位致癇區(qū)、研究致癇網(wǎng)絡(luò)或異常功能連接的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中。而今3.0～7.0 T、4.7～11.7 T的磁共振機(jī)已分別應(yīng)用到臨床研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中，超強(qiáng)磁場(chǎng)和多頻帶(multiband)技術(shù)聯(lián)合可以在幾百毫秒內(nèi)精準(zhǔn)地獲取全腦的功能信息[14]。最近，明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員通過(guò)使用10.5 T磁共振機(jī)獲取了史無(wú)前例的人類(lèi)大腦解剖細(xì)節(jié)，未來(lái)fMRI成像或EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)將成為無(wú)創(chuàng)研究大腦功能的一種非常有價(jià)值的方法[15]。

2 EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)在癲癇動(dòng)物模型中的研究

運(yùn)用癲癇動(dòng)物模型進(jìn)行EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄實(shí)驗(yàn)主要有以下幾個(gè)目的：(1)精確定位癲癇起始區(qū)、致癇區(qū)；(2)闡釋不同發(fā)作類(lèi)型相關(guān)的異常神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；(3)對(duì)臨床EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄的研究結(jié)果進(jìn)行機(jī)制探索。

2.1 失神樣發(fā)作癲癇模型 失神樣發(fā)作的動(dòng)物研究常采用WAG/Rij轉(zhuǎn)基因模型鼠做為研究對(duì)象。這種轉(zhuǎn)基因大鼠能在大腦雙側(cè)自發(fā)性產(chǎn)生棘波樣放電(SWDs)。2004年，Nersesyan等[16]使用EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)比較了WAG/Rij大鼠自發(fā)性失神樣發(fā)作和荷包牡丹堿誘發(fā)的全面性強(qiáng)直陣攣發(fā)作BOLD信號(hào)激活區(qū)域，觀察到全面性強(qiáng)直陣攣發(fā)作比失神發(fā)作BOLD信號(hào)激活區(qū)域范圍更大、更廣泛。2011年，Mishra等[17]對(duì)WAG/Rij大鼠進(jìn)行EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄，棘波樣放電時(shí)，大鼠的軀體感覺(jué)皮質(zhì)和丘腦的BOLD、腦血容量(CBV)、腦血流量(CBF)、局部場(chǎng)電位(LFP)、多單元活動(dòng)(MUA)信號(hào)變化百分率增加，而尾殼核LFP、MUA信號(hào)增加，BOLD信號(hào)出現(xiàn)負(fù)激活，CBV、CBF變化的百分率也為負(fù)。2013年，Mishra等[18]對(duì)WAG/Rij大鼠靜息態(tài)的功能連接進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與非癇性正常對(duì)照組相比，WAG/Rij大鼠在靜息無(wú)發(fā)作時(shí)大腦半球內(nèi)軀體感覺(jué)皮質(zhì)與其鄰近皮質(zhì)以及大腦半球雙側(cè)皮質(zhì)間有異常連接，這種異常連接在失神樣發(fā)作時(shí)增強(qiáng)。

2.2 局灶性發(fā)作癲癇模型 EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄在動(dòng)物局灶性癲癇模型中研究相對(duì)較少。2002年，Opadm等[19]在綿羊右側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)局部注射青霉素后進(jìn)行EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄，結(jié)果顯示注藥部位及同側(cè)的杏仁核BOLD信號(hào)激活，推測(cè)在發(fā)作過(guò)程中皮質(zhì)及皮質(zhì)下深部組織之間存在神經(jīng)環(huán)路。2005年，Makiranta等[20]在豬的單側(cè)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)局部注射青霉素，頭皮EEG與fMRI同步聯(lián)合記錄觀察到注藥同側(cè)頭皮EEG探測(cè)到第一個(gè)棘波時(shí)，BOLD信號(hào)激活曲線已經(jīng)有2.5%～13.5%的增加，即持續(xù)性的BOLD信號(hào)增加現(xiàn)象比頭皮腦電探測(cè)到的棘波先出現(xiàn)。作者認(rèn)為，血流增加早于癲癇電活動(dòng)的現(xiàn)象不能誤解為血流信號(hào)增加不是繼發(fā)于神經(jīng)元興奮，可能是頭皮電極無(wú)法采集到微小神經(jīng)元的電活動(dòng)。2006年，Mirsattari等[21]應(yīng)用EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄觀察局灶性枕葉癲癇的大鼠模型發(fā)現(xiàn)，IEDs引起的BOLD信號(hào)激活分布在注射點(diǎn)周?chē)约巴瑐?cè)和對(duì)側(cè)視覺(jué)皮質(zhì)。目前EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄之所以在動(dòng)物局灶性癲癇模型研究中較少，可能是因?yàn)榫衷钚园d癇模型造模技術(shù)難度較高，較難獲取致癇藥物注射前fMRI的基線等。未來(lái)局灶性癲癇模型的EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄研究需要通過(guò)不同注射靶區(qū)域探索不同癲癇網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用更多腦電記錄電極探索BOLD信號(hào)和EEG電信號(hào)間的相互關(guān)系。

2.3 全面性發(fā)作癲癇模型 全面性發(fā)作癲癇動(dòng)物模型EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄研究主要通過(guò)腹腔或者靜脈注射致癇劑，分析不同腦區(qū)BOLD信號(hào)的激活情況。2010年，DeSalvo等[22]應(yīng)用EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄荷苞牡丹堿誘發(fā)的大鼠全面性強(qiáng)直陣攣發(fā)作，觀察了發(fā)作前30 s至發(fā)作后240 s大腦BOLD信號(hào)的變化，證實(shí)了腦電發(fā)作開(kāi)始前30 s軀體感覺(jué)皮質(zhì)、初級(jí)聽(tīng)覺(jué)皮質(zhì)、丘腦已有BOLD信號(hào)激活，發(fā)作過(guò)程中全腦多個(gè)部位相繼出現(xiàn)大范圍BOLD信號(hào)激活，發(fā)作停止后全腦信號(hào)均為負(fù)激活。2012年，Airaksinen等[23]給予大鼠腹腔注射海人酸，其雙側(cè)海馬均有不同程度的BOLD信號(hào)激活，且發(fā)作與血流響應(yīng)幾乎是一一對(duì)應(yīng)。全面性發(fā)作的癲癇模型EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄實(shí)驗(yàn)均采取系統(tǒng)注藥的方式造模，無(wú)法明確致癇區(qū)的具體位置，故此類(lèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)精準(zhǔn)定位致癇區(qū)的意義較小，但是對(duì)癲癇網(wǎng)絡(luò)的研究意義較大。

3 EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)在臨床研究中的應(yīng)用

近二十年來(lái)，EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)已經(jīng)在臨床上有了廣泛的研究，尤其是在探索局灶性或全面性癲癇中IEDs相關(guān)的BOLD信號(hào)激活區(qū)和癲癇發(fā)作起源區(qū)或致癇區(qū)的位置關(guān)系的相關(guān)研究[13,24]。2018年，Markoula等[25]運(yùn)用EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)進(jìn)行了一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究，探討了IEDs產(chǎn)生的BOLD信號(hào)對(duì)于藥物難治性癲癇手術(shù)術(shù)前決策的影響?；颊呓?jīng)過(guò)常規(guī)的術(shù)前評(píng)估后多學(xué)科診療團(tuán)隊(duì)(MDT)對(duì)癲癇進(jìn)行定側(cè)定位后，研究者顯示EEG-fMRI結(jié)果；隨后，MDT參考EEG-fMRI結(jié)果重新定側(cè)、定位。該研究結(jié)果顯示，納入的13例患者中僅3例(3/13，23%)EEG-fMRI結(jié)果對(duì)初始臨床決策沒(méi)有影響，其余10例患者(10/13，77%)的EEG-fMRI結(jié)果使初始手術(shù)計(jì)劃發(fā)生了改變。影響手術(shù)計(jì)劃的患者中，8例(8/10)指導(dǎo)了顱內(nèi)電極的植入；2例植入電極的患者(2/8)進(jìn)行了手術(shù)切除，手術(shù)預(yù)后較好(分別為國(guó)際抗癲癇聯(lián)盟Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)，隨訪均超過(guò)1年)。因此，EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄作為一種無(wú)創(chuàng)的術(shù)前評(píng)估方法，可以指導(dǎo)藥物難治性癲癇外科手術(shù)的切除以及顱內(nèi)電極的植入。

2018年，González Otárula等[26]創(chuàng)新比較了EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄的BOLD信號(hào)和高頻振蕩(HFOs)對(duì)致癇區(qū)定位的一致性。有趣的是，單一病灶患者IEDs產(chǎn)生的主要BOLD信號(hào)激活團(tuán)塊也是高頻振蕩產(chǎn)生率最高的區(qū)域，即25例患者中有18例(18/25，72%)在最主要的BOLD信號(hào)激活團(tuán)塊中至少含有一個(gè)高頻產(chǎn)生率高的通道。因此，該結(jié)果提示多模態(tài)的致癇區(qū)生物標(biāo)記物具有廣泛的研究前景。此外，眾多EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄的研究都關(guān)注于最主要激活區(qū)的BOLD信號(hào)，忽略了其余的次要激活區(qū)團(tuán)塊。2017年，Khoo等[8]運(yùn)用EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)發(fā)現(xiàn)，異常放電的腦區(qū)周?chē)斑h(yuǎn)隔區(qū)域均出現(xiàn)IEDs相關(guān)的BOLD信號(hào)激活。作者還探討了這些神經(jīng)元一致同步化活動(dòng)是否由于其均處于某致癇網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上。研究表明，除最主要的激活區(qū)，其余次要激活區(qū)也是有十分重要意義的，這些激活的腦區(qū)或許共同構(gòu)成了致癇網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元活動(dòng)的基礎(chǔ)。癲癇患者全腦范圍內(nèi)的BOLD信號(hào)激活是否均伴隨著異常的神經(jīng)元電活動(dòng)，哪些腦區(qū)的激活團(tuán)塊在癲癇的產(chǎn)生和傳播中發(fā)揮了作用，離斷或切除此部位能否使癲癇發(fā)作減輕甚至終止？為了解決這些問(wèn)題，未來(lái)需要更多的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行探討。

目前，諸多研究認(rèn)為癲癇是一種網(wǎng)絡(luò)性疾病，抗癲癇藥物治療效果欠佳以及癲癇共病的產(chǎn)生均可能是由于癲癇網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用所致[27]。2014年，Luo等[28]應(yīng)用EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)探討了額葉癲癇患者的腦網(wǎng)絡(luò)連接異常。該研究選擇額葉中最大的激活團(tuán)塊為種子點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)與正常對(duì)照組相比，患者額葉致癇區(qū)與全腦其他區(qū)域之間的功能連接明顯增強(qiáng)，并且致癇區(qū)周?chē)膮^(qū)域與致癇區(qū)的功能連接也是增強(qiáng)的。2016年，Vaughan等[29]比較了MRI陰性的顳葉癲癇(TLE)和TLE伴發(fā)海馬硬化患者(HS-TLE)腦功能連接之間的差異發(fā)現(xiàn)，MRI陰性的TLE患者患側(cè)顳葉內(nèi)的功能連接降低，而HS-TLE患者患側(cè)海馬與丘腦的功能連接增加，與前額葉皮質(zhì)的功能連接性降低。因此，EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄作為一種非侵入性的癲癇腦網(wǎng)絡(luò)的研究手段，能夠更全面地理解不同病因、不同癥狀潛在的癲癇腦網(wǎng)絡(luò)變化，有助于癲癇的診斷及治療。

4 EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

需注意的是，不同的研究機(jī)構(gòu)運(yùn)用的核磁掃描設(shè)備的磁場(chǎng)強(qiáng)度、掃描序列(SE-EPI、GE-EPI、FLASH)和圖像參數(shù)不同，腦電信號(hào)記錄電極的種類(lèi)(頭皮電極、硬膜下電極、立體定向EEG電極)和通道數(shù)可能不同，功能磁共振信號(hào)分析方法(以模型驅(qū)動(dòng)的廣義線性模型分析、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立成分分析)亦種類(lèi)繁多，故目前不同的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道的研究結(jié)果會(huì)存在一定的差異性[30]，從而也會(huì)影響各研究結(jié)果的橫向比較。

動(dòng)物的EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄實(shí)驗(yàn)在癲癇診療領(lǐng)域的研究中具有十分重要的意義。由于近年來(lái)神經(jīng)影像專(zhuān)家大多致力于人腦fMRI信號(hào)處理分析，目前人腦fMRI研究相較于動(dòng)物而言已相對(duì)成熟，眾多資源開(kāi)源共享，全球不同地域、不同研究領(lǐng)域的研究結(jié)果可比性、可重復(fù)性較高[31]。而相較于人類(lèi)，動(dòng)物fMRI信號(hào)處理方面的仍有諸多問(wèn)題亟待解決。目前動(dòng)物fMRI信號(hào)處理的流程沒(méi)有較為公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，完全仿照人腦的處理方式進(jìn)行。但由于人腦和鼠腦體積大小差異過(guò)多，諸多參數(shù)需要進(jìn)行調(diào)整，許多實(shí)驗(yàn)室沿用的都是自己開(kāi)發(fā)的模板和自定義的參數(shù)甚至自己開(kāi)發(fā)的分析軟件，信號(hào)處理透明度較低，為研究結(jié)果的橫向比較增加了難度，限制了EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄在動(dòng)物領(lǐng)域的快速發(fā)展[32]。同時(shí)，癲癇的發(fā)展是動(dòng)態(tài)演變的過(guò)程，在做統(tǒng)計(jì)分析時(shí)往往把發(fā)作都當(dāng)成相同的條件而忽略了其中動(dòng)態(tài)的信息，故在癲癇疾病的fMRI信號(hào)分析方法上也有諸多問(wèn)題需要探索[13]。

5 總結(jié)與展望

EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)已成為一種無(wú)創(chuàng)探測(cè)腦功能的重要研究工具。眾多研究已經(jīng)證實(shí)了同步EEG-fMRI聯(lián)合記錄技術(shù)在定位癲癇發(fā)作起源區(qū)和致癇區(qū)方面存在著巨大潛力[7]。在難治性癲癇的術(shù)前評(píng)估中，EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄有望指導(dǎo)顱內(nèi)電極的植入部位并減少電極的使用數(shù)量，從而減低電極植入引起的顱腦損傷和患者的經(jīng)濟(jì)成本[33]。同時(shí)，也應(yīng)該謹(jǐn)慎應(yīng)用EEG-fMRI同步聯(lián)合記錄技術(shù)，如果不恰當(dāng)?shù)厥褂迷摷夹g(shù)，可能會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論。為此，在今后的研究中，應(yīng)該采取周全的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)質(zhì)量控制，更靈活、準(zhǔn)確的分析方法，以便得到可信的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。隨著腦電記錄設(shè)備、磁共振掃描技術(shù)及后處理技術(shù)的不斷提高，EEG-fMRI成像同步聯(lián)合記錄技術(shù)將會(huì)為致癇區(qū)的定位、癲癇腦網(wǎng)絡(luò)研究提供一種無(wú)創(chuàng)、精準(zhǔn)的方法。