失神癫痫和肌阵挛癫痫小脑连接机制的多模态神经成像对比研究

Idiopathic generalized epilepsy(IGE), as a cryptogenic epileptic syndrome, is characterized by the generalized seizures. There are the various behavior and EEG sign in subtypes of seizures. Recently, the abnormality of basal ganglia-thalamus-cortical loop was observed in IGE using neuroimaging approaches, the cerebellum, however, was not studied systematically in IGE till now. According to the motor and non-motor functions of cerebellum, This project focus on the cerebellar structural and functional networks to investigate the mechanism of cerebellum on the basal ganglia-thalamus-cortical loop in the patients with absence epilepsy(without myoclonic seizures) and myoclonic epilepsy(without absence seizures). The cerebellar regulation on the epileptic discharges were researched. In addition, the dynamic coupling between cerebellum and cerebral cortex and subcortic nuclei, which are related with motor and consciousness, was comparative studied in absence epilepsy and myoclonic epilepsy. The pattern recognition was also used to uncover the difference of cerebellar network associated with various the behavior and EEG sign. The findings will contribute to understanding the cerebellar pathophysiology in IGE, and help to provide the neurobiological theory of cerebellar intervention on epilepsy.

特发性全面性癫痫（IGE）是一组病因不明且以全面发作为临床表现的癫痫综合征，其不同亚型的发作的行为学表现和脑电特征各异。近年来，利用神经成像技术的研究发现基底节-丘脑-皮层环路异常是IGE特征性改变，但少有人系统地研究小脑在IGE中的作用机制。结合小脑在运动和非运动功能两个方面特征，本项目拟采用两种发作类型的IGE（不伴有肌阵挛发作的失神癫痫和不伴有失神发作的肌阵挛癫痫）患者为对象，借助包括脑电和磁共振成像在内的多模态成像技术，采用结构、动态功能连接方法研究小脑对基底节-丘脑-皮层环路中异常神经震荡的作用机制，以阐明小脑对不同发作类型IGE的调节特征；并重点探索失神和肌阵挛癫痫中小脑与皮层和皮层下的运动及意识相关脑区之间的动态耦合特征，结合模式识别分析力图阐明不同IGE亚型中行为学表现异同的小脑相关网络机制。研究结果将有助于揭示小脑在IGE中的重要意义，为发展癫痫小脑干预技术提供理论基础。

项目围绕小脑对特发性全面性癫痫脑网络的作用机制问题，基于包括EEG、MRI在内的多模态神经成像技术，以小脑的运动和非运动作用为主要研究方向，发展多模态脑连接分析技术，在特发性癫痫的不同亚型上探究小脑对基底节-丘脑-皮层环路的作用机制，揭示小脑对全面性癫痫患者运动和意识功能异常的贡献机制。并结合模式识别深入阐述癫痫脑网络特征与行为学之间的内在关联，为理解小脑在全面性癫痫中的作用提供进一步的证据。项目的研究工作已经顺利完成并且取得了较为重要的发现。首先，针对小脑对丘脑-皮层环路的调节作用，项目考察了小脑-丘脑-皮层环路的结构功能连接特征及其与基底节-丘脑-皮层环路的潜在联系。研究发现全面性癫痫患者小脑与不同大脑皮层间的连接通路发生明显改变，而且与基底节的功能交互减弱，还揭示了小脑不同于基底节的对皮层的调节作用主要发生在突显网络上。其次，从大尺度脑网络多维度连接特征的角度，利用网络连接模式动态变化和动态与静态连接耦合关系的分析方法，发现了默认模式网络的异常动态交互可能在认知功能障碍中发挥了重要作用，还揭示了丘脑基底节组成的皮层下网络与额顶网络以及默认模式网络之间功能交互的失调（主要表现为网络间交互的拮抗作用减弱）。更进一步地，在传统动态分析方法的基础上，发展了时-空动态分析方法，揭示了癫痫患者网络水平上的脑状态交互异常，推断默认模式脑网络的高同步性与癫痫活动产生和传播的内在倾向有关，感觉运动网络和高级网络的动态特征异常可能对患者的运动和认知异常等外在临床表现有潜在影响。除此以外，基于同步EEG-fMRI的脑功能网络交互研究构建了多个调制模型，发现了丘脑-皮层环路耦合与脑电节律之间的高度依赖，揭示了小脑-丘脑-额顶叶的交互受到alpha节律的显著调节。项目系列研究成果已经发表了34篇SCI论文，其中影响因子大于5分的有6篇，培养了10名研究生。项目研究工作从多维度提供了脑影像证据揭示了全面性癫痫中小脑的作用机制。部分研究成果获得2019年度“黄家驷生物医学工程奖”二等奖（基底节调控全面性癫痫的理论：来自脑成像和计算神经科学的证据，罗程(2/7））和2021年度中华医学科技奖青年科技奖（女性癫痫的精准治疗策略制定，罗程（2/8））。