伴中央顳區(qū)棘波兒童良性癲癇患者長程視頻腦電圖腦功率譜及相干性分析

僧軍燕，王麒淞， 趙宗亞， 李 杰

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 第一臨床學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000；3.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科，河南 新鄉(xiāng) 453000)

2017年國際抗癲癇聯(lián)盟在新癲癇分類中將伴中央顳區(qū)棘波兒童良性癲癇或兒童良性Rolandic癲癇歸為自限性局灶性癲癇[1]。BECTS占兒童癲癇的占8%～25%[2]，其發(fā)病的年齡大多數(shù)是3～13歲，高峰期為8～10歲[3]。BECTS多在睡眠中發(fā)作，臨床表現(xiàn)為一側(cè)口面部的局限性運(yùn)動(dòng)感覺性發(fā)作，包括口角抽動(dòng)流涎、下頜和舌抖動(dòng)、唇舌僵硬、言語障礙、口咽部感覺異常和面部陣攣等，發(fā)作時(shí)可累及同側(cè)上肢，偶可累及下肢，甚至還會(huì)繼發(fā)全身強(qiáng)直陣攣發(fā)作[4]。BECTS具有典型的腦電圖特征，表現(xiàn)為中央顳區(qū)(Rolandic區(qū))棘波[5]。盡管BECTS稱之為良性癲癇綜合征，仍可能產(chǎn)生暫時(shí)或長久性認(rèn)知損害作用[1]。因受其“良性、自限性”特征的影響，對其治療與否以及治療方式的選擇存在爭議。目前大量研究表明BECTS患者存在腦電信號(hào)及腦發(fā)育異常，并與其認(rèn)知障礙相關(guān)[6-9]。本研究通過對BECTS患者長程視頻腦電圖進(jìn)行回顧性分析，研究BECTS患者腦功率譜及相干性系數(shù)的變化，進(jìn)一步了解BECTS患者腦電活動(dòng)特征，為了解其發(fā)病機(jī)制、診斷治療提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 對象 對2017年1月～2020年10月于新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院確診為BECTS并行長程視頻腦電圖檢查的患者共47例納入病例組。另取同期于新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院行長程視頻腦電圖及頭顱電子計(jì)算機(jī)體層掃描(Computed tomography，CT)/核磁共振(Magnetic resonance imaging，MRI)經(jīng)兩名中級(jí)以上醫(yī)師審閱后無明顯異常、既往無癲癇發(fā)作且與試驗(yàn)組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料相匹配者47例納入對照組。收集所有納入者年齡、性別、放電部位、慣用手、行長程視頻腦電圖過程中的發(fā)作情況，基于Matlab軟件對所有納入者的長程視頻腦電圖的腦功率譜及相干性系數(shù)進(jìn)行回顧性分析。本研究方案通過新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理審批號(hào)：2018187)。

1.2 病例組納入及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡2～14歲；②癲癇發(fā)作的基本類型為單純部分性發(fā)作，且發(fā)作多與睡眠相關(guān)，一般發(fā)作時(shí)間較短，不超過3 min；③發(fā)作間期腦電圖中央顳區(qū)可見棘/尖波、棘/尖慢復(fù)合波；④發(fā)病前神經(jīng)系統(tǒng)查體及智力均正常，頭顱 CT/MRI 經(jīng)兩名中級(jí)以上的影像學(xué)醫(yī)師審閱無結(jié)構(gòu)性病變。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①長程視頻腦電圖不能配合；②頭顱 CT/MRI 存在結(jié)構(gòu)性病變；③既往患有除 BECTS 外明確的其他類型的癲癇、中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染、各種病因?qū)е碌陌l(fā)育性或獲得性腦損傷、缺氧性和代謝性腦病、顱內(nèi)腫瘤；④嚴(yán)重的心臟、肝、腎疾病。

1.3 對照組納入及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：①同期就診于新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院的2～14歲患者；②年齡、性別、慣用手與病例組相匹配；③長程視頻腦電圖、頭顱 CT/MRI經(jīng)兩名中級(jí)以上醫(yī)師審閱后無結(jié)構(gòu)性病變。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①長程視頻腦電圖不能配合；②既往患有癲癇、中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染、各種病因?qū)е碌陌l(fā)育性或獲得性腦損傷、缺氧性和代謝性腦病、顱內(nèi)腫瘤病史；③嚴(yán)重的心臟、肝、腎疾病。

1.4 診斷標(biāo)準(zhǔn) 按照國際抗癲癇聯(lián)盟(International league against epilepsy,ILAE) 1989年所制定的癲癇和癲癇綜合征分類中有關(guān)BECTS的診斷標(biāo)準(zhǔn)[10]。

1.5 腦電圖監(jiān)測 應(yīng)用日本光電公司EEG-1200C16通道視頻腦電圖儀進(jìn)行監(jiān)測，采用近似國際10-20系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)安放電極，安放位置為(FP1、FP2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6)，清醒閉目狀態(tài)下進(jìn)行清醒期描記，睡眠期采取適度剝奪睡眠方式記錄，不服用任何誘導(dǎo)睡眠藥物，連續(xù)記錄24 h，監(jiān)測結(jié)束后，以雙側(cè)乳突電極為參考電極回放腦電圖進(jìn)行分析。

1.6 腦電分析方法 隨機(jī)選取5段清醒期及睡眠期無肌電、眼動(dòng)、心電及其他偽差干擾的時(shí)程為20 s的腦電圖數(shù)據(jù)，隨機(jī)選取其中1段納入數(shù)據(jù)分析，使用MATLAB2013b軟件通過數(shù)-?？焖俑道锶~變換計(jì)算特定頻率(δ波(0.3～3.5 Hz)、θ波(4～7.5 Hz)、α波(8～13 Hz)、β波(14～30 Hz)、γ波(>30 Hz)及特定腦區(qū)的絕對功率[8]。進(jìn)一步對其進(jìn)行相干性分析，以獲得不同腦區(qū)之間信號(hào)的相干系數(shù)[11]。

2 結(jié)果

2.1 兩組間基線資料比較 病例組患者和正常兒童的性別、年齡差異均無顯著差異(P>0.05，見表1)。

表1 兩組間基線資料比較

病例組患者均在睡眠期可見Rolandic區(qū)棘波、棘慢波發(fā)放，其中左側(cè)13例，右側(cè)17例，雙側(cè)17例，清醒期下未見癲癇波發(fā)放，其中5例在長程視頻腦電圖監(jiān)測中觀察到癲癇發(fā)作，其中2例為部分性發(fā)作，主要表現(xiàn)為雙上肢抖動(dòng)、上肢屈曲、握拳，3例為部分性繼發(fā)性全面性發(fā)作。對照組47例健康兒童長程視頻腦電圖監(jiān)測均未見明顯異常。

2.2 絕對功率 表2、3表示各個(gè)腦區(qū)不同頻率下的腦絕對功率(μV2)及兩組之間腦絕對功率差異的顯著性。與對照組相比，病例組睡眠期特定頻率下絕大多數(shù)腦區(qū)(除θ、δ波左側(cè)枕區(qū)外)絕對功率均明顯增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，見表2)；清醒期除部分頻率枕葉、頂葉及中后顳、中央?yún)^(qū)外，其余特定頻率下各個(gè)腦區(qū)絕對功率均明顯增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，見表3)。

表3 兩組腦功率譜對比(清醒期)

睡眠期：與對照組相比，δ頻段下病例組全腦絕對功率均顯著增高；θ頻段下病例組雙側(cè)額、額區(qū)、中央?yún)^(qū)、前中后顳、頂區(qū)及右側(cè)枕區(qū)絕對功率顯著增加；α頻段下病例組全腦絕對功率均顯著增加。β頻段下病例組全腦絕對功率均顯著增高。γ頻段下病例組雙側(cè)額極、額區(qū)、中央?yún)^(qū)、前中后顳、頂區(qū)及右側(cè)枕區(qū)絕對功率顯著增高。清醒期：與對照組相比，δ頻段下病例組雙側(cè)額極、額葉、中央?yún)^(qū)、頂葉、前中后顳區(qū)、右側(cè)枕葉絕對功率顯著增高；θ頻段下病例組雙側(cè)額極、額、中央?yún)^(qū)、前中顳區(qū)及左側(cè)頂區(qū)絕對功率明顯著增加；α頻段下病例組雙側(cè)額極、額、前顳、中央及右側(cè)頂區(qū)絕對功率顯著增加；β頻段下病例組雙側(cè)額極、額區(qū)、中央?yún)^(qū)、頂區(qū)、前中后顳區(qū)、右側(cè)枕區(qū)絕對功率顯著增高；γ頻段下病例組雙側(cè)額極、額區(qū)、頂區(qū)、前中顳及右側(cè)中央?yún)^(qū)絕對功率顯著增高。

2.3 相干性分析 圖1表示與對照組相比，病例組特定頻率中不同腦區(qū)之間相干性系數(shù)顯著異常，基于Matlab軟件采用Brainnet工具包進(jìn)行繪圖，紅線表示病例組較對照組相干性系數(shù)顯著升高(P<0.05)，藍(lán)線表示病例組較對照組相干性系數(shù)顯著降低(P<0.05，見圖1)。

在清醒期，病例組δ(0.3～3.5 Hz)、θ(4～7.5 Hz)、α(8～13 Hz)及β(14～30 Hz)頻段下的中央?yún)^(qū)與顳區(qū)、中央?yún)^(qū)與頂枕區(qū)之間呈高相干性(P<0.05)；α、γ(>30 Hz)頻段下中央?yún)^(qū)與額葉之間呈低相干性(P<0.05,圖A～E)。在睡眠期：病例組θ、α、β頻段下各個(gè)腦區(qū)之間，δ頻段下雙側(cè)中央?yún)^(qū)之間、γ頻段下中央?yún)^(qū)、顳頂枕區(qū)之間呈高相干性(P<0.05)；θ頻段下除額葉之外左右大腦半球?qū)?yīng)腦區(qū)之間、α頻段下兩側(cè)顳區(qū)之間、γ頻段下中央?yún)^(qū)與額區(qū)之間呈低相干性(P<0.05,圖F～J)。

3 討論

癲癇發(fā)作是腦內(nèi)神經(jīng)元陣發(fā)性異常超同步化電活動(dòng)的臨床表現(xiàn)，腦內(nèi)各種病理性因素導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性異常增高、腦電信號(hào)頻率及振幅異常，從而引起腦功率譜異常。一項(xiàng)橫斷面研究探索BECTS患者腦功率譜與認(rèn)知功能的關(guān)系，結(jié)果顯示BECTS患者δ波及θ波絕對功率較健康人升高，且伴認(rèn)知障礙的BECTS患者腦功率譜改變更顯著，提示BECTS患者存在大腦發(fā)育不良[8]。與之前的研究結(jié)果一致，本研究結(jié)果表明病例組患者δ、θ、α、β、γ波腦絕對功率呈彌漫性增高，考慮BECTS中央顳區(qū)異常放電導(dǎo)致全腦神經(jīng)元彌漫性損傷，引起腦內(nèi)神經(jīng)元興奮性異常增高。2015年Garcia Ramos等[12]采用核磁共振掃描的方法證明BECTS患者不同腦區(qū)皮層增厚或變薄，且呈左右不對稱性分布，隨后另一項(xiàng)研究采用基于腦表面形態(tài)測量學(xué)方法比較BECTS患者大腦皮質(zhì)厚度的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BECTS存在廣泛性皮質(zhì)變薄[13]，雖然結(jié)果出現(xiàn)不一致性，但是進(jìn)一步提示BECTS患者中央顳區(qū)異常放電可導(dǎo)致大腦皮層彌漫性發(fā)育障礙，這種皮質(zhì)發(fā)育異常可能與近些年來發(fā)現(xiàn)部分BECTS患者存在閱讀或書寫障礙有關(guān)[14]。BECTS發(fā)病年齡多在3～13歲，是腦組織發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，隨著年齡的增加，腦電圖中δ波逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率較快的α波，α波由頂區(qū)優(yōu)勢逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎?、頂區(qū)優(yōu)勢，故α波的絕對功率可以作為大腦是否發(fā)育成熟的標(biāo)志[15]。在本研究中發(fā)現(xiàn)同年齡段下BECTS患者背景活動(dòng)中枕區(qū)α波絕對功率低，提示BECTS存在大腦發(fā)育遲緩，但兩組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與BECTS患者病程短、認(rèn)知障礙不顯著相關(guān)，需相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

相干性分析是研究大腦不同區(qū)域間功能聯(lián)絡(luò)的一種無創(chuàng)性技術(shù)，是互功率譜的歸一化函數(shù)，相干性系數(shù)取值為0～1，它表征兩個(gè)信號(hào)在頻域上的相似程度，值越大表示相似程度越高。相干性系數(shù)反映的是兩腦電信號(hào)之間的同步性，或兩腦電信號(hào)的變化規(guī)律是否具有線性關(guān)系。相干性系數(shù)可體現(xiàn)不同腦區(qū)之間的聯(lián)系強(qiáng)度，相干性系數(shù)越高說明該腦區(qū)之間的同步信息傳輸能力就越強(qiáng)[16]。相干性分析被廣泛應(yīng)用于癲癇、神經(jīng)變性疾病、精神系統(tǒng)疾病等的不同腦區(qū)之間聯(lián)絡(luò)功能研究，通過相干性分析，可以發(fā)現(xiàn)BECTS患者腦電視覺分析及功率譜分析中未能發(fā)現(xiàn)的問題。

本研究對不同電極間的相干性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)BECTS患者出現(xiàn)多個(gè)腦區(qū)之間相干性系數(shù)存在異常改變。2015年一項(xiàng)靜息態(tài)功能磁共振成像研究報(bào)道中央顳區(qū)功能連通性降低[17]。其他研究發(fā)現(xiàn)在BECTS患者中，與語言障礙相關(guān)的中央顳區(qū)和運(yùn)動(dòng)語言功能區(qū)之間的功能連通性降低，這意味著運(yùn)動(dòng)和語言之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)受損[18]，且研究表明BECTS患者的額中回、額下回、顳中回和顳下回皮質(zhì)發(fā)育異常，并提出這可能與BECTS患者語言功能障礙相關(guān)[17]。Jiang等還觀察到BECTS患者中白質(zhì)背側(cè)額葉網(wǎng)絡(luò)中功能連通性降低，并推測可能與BECTS患者出現(xiàn)認(rèn)知障礙有關(guān)[19]。與之前的研究結(jié)果一致，本研究發(fā)現(xiàn)BECTS患者睡眠期α波雙側(cè)顳區(qū)呈低相干性，這可能是由于雙側(cè)顳葉大腦皮層之間的信息傳遞能力降低有關(guān)，顳區(qū)在聽覺、語言理解、記憶及精神活動(dòng)中有重要作用。另外長距離腦區(qū)信息交互主要依靠γ節(jié)律，它被認(rèn)為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)交流的普遍編碼，Basar等報(bào)道其與選擇性注意有關(guān)，尤其在頂葉和額葉最為突出[20-22]。各個(gè)腦區(qū)與前額的相干性系數(shù)可表征各腦區(qū)與前額的信息交流程度，本研究顯示清醒期及睡眠期γ波段下中央?yún)^(qū)與額區(qū)之間呈低相干性，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)額區(qū)、顳區(qū)及中央?yún)^(qū)等相關(guān)腦區(qū)在BECTS 患者認(rèn)知功能損害中的關(guān)鍵作用。這與之前研究BECTS患者各腦區(qū)靜息態(tài)功能磁共振成像的結(jié)論一致[23-26]。在BECTS患者中的中央顳區(qū)和運(yùn)動(dòng)語言區(qū)域等與語言障礙相關(guān)的腦區(qū)低相干性，意味著BECTS患者運(yùn)動(dòng)和語言之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)受損[7]。并且有研究發(fā)現(xiàn)BECTS患者的額中回、額下回、顳中回和顳下回皮質(zhì)發(fā)育異常，進(jìn)一步證明這與BECTS患者語言功能障礙相關(guān)[9]。

雖然BECTS的致癇區(qū)起源于中央溝周圍的中央顳區(qū)皮層[27]，但它也可導(dǎo)致皮層和皮層下回路的紊亂[28]。本研究發(fā)現(xiàn)與對照組相比，病例組其余多數(shù)腦區(qū)之間呈高相干性，高度提示中央顳區(qū)皮層異常放電不僅局限于中央顳區(qū)，且可引起其他腦區(qū)皮層放電產(chǎn)生同步性變化，這種同步性變化可從同側(cè)半球延伸至對側(cè)[29]，證明BECTS患者多數(shù)腦區(qū)之間的信息傳遞能力增強(qiáng)。Jiang等提出BECTS患者腦白質(zhì)功能連通性增強(qiáng)，考慮其腦白質(zhì)存在信息過度傳播現(xiàn)象，灰質(zhì)和白質(zhì)腦網(wǎng)絡(luò)異常超過了中央顳區(qū)，甚至從同側(cè)半球延伸到對側(cè)半球[19]。 因此考慮BECTS患者存在一定程度的語言和運(yùn)動(dòng)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)受損，但是在出現(xiàn)臨床可見的明顯認(rèn)知功能損害之前，其大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)通過重塑以及增加其他區(qū)域之間的功能連通性來維持其全局水平的信息傳遞能力，從而防止認(rèn)知功能的急劇下降。

綜上所述，BECTS患者和正常兒童之間的腦功率譜及其相干性值存在顯著差異，進(jìn)一步了解了BECTS患者腦電活動(dòng)異常，為探索BECTS患者出現(xiàn)認(rèn)知障礙的可能發(fā)病機(jī)制進(jìn)一步提供試驗(yàn)依據(jù)。另外，本研究還存在一些不足之處，如樣本量小、地域限制、缺乏年齡分層、缺乏藥物相關(guān)性研究，需要在今后的工作中進(jìn)一步完善，更加全面地評(píng)價(jià)BECTS患者的腦電信號(hào)特征。