基于多模态信息的青少年肌阵挛癫痫脑网络机制研究

Juvenile myoclonic epilepsy(JME) is a subtype of idiopathic generalized epilepsy(IGE) syndrome characterized by myoclonic seizures, with peak onset usually between 12 and 18 years. Seizures stop on the correct antiepileptic drug in most of patients, but usually recur if medication is withdrawn, and the cognitive deficits and executive dysfunction has been found in JME. These deficits and seizures seriously affect the physical and mental health of patients with JME. The epileptiform activity in JME is typically irregular generalized 4-6 Hz polyspike slow-wave or spike slow-wave discharges(SWDs) in electroencephalogram (EEG), but its pathogenesis is still unclear. Based on our previous findings in IGE by used brain network in fMRI, patients with JME will be regard as the target in the current project. Simultaneous EEG and fMRI, structural MRI and diffusion tensor imaging (DTI) will be used to systematically investigate the structures and functions of JME, to discover structural and funcitonal bases of the core network of SWDs in JME, and to study the dynamic changses intra-network. Furthermore, the functinal connectivity of the resting-state networks and the correlation ship between them and SWDs' core network will be explored, especially, the networks related to function of frontal lobe will be focued. The predicted outcome of the project will contribute to understand the mechanisms of generation and propagation of SWDs in JME, to clear the interaction between SWDs and the dysfunction of frontal lobe, to provide neuroimagings' evidences for the diagnosis and treatment of JME.

青少年肌阵挛癫痫是一种好发于12-18岁人群以肌阵挛发作为特征的特发性全面性癫痫；大部分患者需要持续服药以控制癫痫发作，而且部分患者存在认知执行功能异常，严重影响患者的身心健康。青少年肌阵挛癫痫脑电图特征是欠规律的4-6Hz弥漫性多棘慢波或棘慢复合波(SWDs)，其发生播散机制不明确。本项目拟在前期利用脑网络对特发性全面癫痫的研究基础上，以青少年肌阵挛癫痫为对象，采用包括同步脑电图联合功能磁共振技术在内的多模态磁共振成像技术，对其结构-功能进行比较系统的研究，以探索青少年肌阵挛癫痫中SWDs的核心网络及其动态变化规律，描绘其静息脑网络的结构和功能连接模式，集成结构和功能网络分析结果探讨核心网络与额叶功能相关网络间的关系。研究结果将有助于揭示青少年肌阵挛癫痫中SWDs的发生播散机制及其对额叶结构和功能改变之间的关联性，为青少年肌阵挛癫痫的临床诊断和治疗提供神经影像学依据。

青少年肌阵挛癫痫（JME）是一种好发于12-18岁人群,大部分患者需要持续服药且存在认知执行功能异常，严重影响患者的身心健康，但其发病机制不明确。本项目采用多模态脑成像技术，发展了系列数据融合方法并应用于JME的结构-功能的系统研究，以探索癫痫放电的核心网络及其动态变化规律，描绘其静息脑网络的结构和功能连接模式。本工作根据项目最初的设计，主要进行了以下几个方面的工作：1）EEG-fMRI融合方法方面：发展了能够同时关注不同模态时间信息的共性和特性的多模态融合分析方法：局部多模态串行分析,仿真数据以及癫痫中应用的结果表明，LMSA方法相比于传统的EEG相关fMRI分析具有较好的表现与应用前景。进一步提出了基于本征空间最大信息系数的典型相关分析方法（emiCCA）。此外，提出一种新的fMRI时空指标：局部神经活动四维（时空）一致性指标（FOCA）。该指标整合了局部相邻体素的时间一致性信息与相邻时间点局部脑活动状态的空间一致性信息，实现了对大脑时-空信息的有效挖掘，并应用于癫痫脑活动机制研究。2）癫痫的结构功能核心网络研究方面：利用静息态fMRI技术首次发现JME的丘脑-运动皮层环路中功能整合性的异常，进一步融合白质连接和功能连接技术发现JME的丘脑与运动系统和DMN系统之间出现连接模式分离的现象，并且基底节及小脑对皮层-丘脑网络存在显著的调节作用。3）癫痫核心网络间的动态关系方面：借助项目组发展的emiCCA分析方法，从癫痫网络角度，重点研究探讨了JME患者中发作间期放电对脑功能网络的影响。发现在JME患者中，发作间期放电会影响诸如默认模式、自参考、基底节以及额叶等网络；同时基底节、自参考与默认模式网络在癫痫放电调制与传播过程中可能起着重要的中介作用，进而扰乱了凸显网络的正常转换功能。.本项目执行期间，在包括Human Brain Mapping,Neuroimage, International Journal of Neural Systems, Epilepsy Research,等国际著名期刊上发表期刊论文26篇, 其中SCI检索论文21篇。这些研究成果为EEG-fMRI融合技术及癫痫脑网络的相关研究提供了新的技术手段和切人点。