伴中央颞区棘波儿童良性癫痫患者长程视频脑电图脑功率谱及相干性分析

僧军燕，王麒淞， 赵宗亚， 李 杰

(1.新乡医学院 第一临床学院，河南 新乡 453000；2.新乡医学院 医学工程学院，河南 新乡 453000；3.新乡医学院第一附属医院 神经内科，河南 新乡 453000)

2017年国际抗癫痫联盟在新癫痫分类中将伴中央颞区棘波儿童良性癫痫或儿童良性Rolandic癫痫归为自限性局灶性癫痫[1]。BECTS占儿童癫痫的占8%～25%[2]，其发病的年龄大多数是3～13岁，高峰期为8～10岁[3]。BECTS多在睡眠中发作，临床表现为一侧口面部的局限性运动感觉性发作，包括口角抽动流涎、下颌和舌抖动、唇舌僵硬、言语障碍、口咽部感觉异常和面部阵挛等，发作时可累及同侧上肢，偶可累及下肢，甚至还会继发全身强直阵挛发作[4]。BECTS具有典型的脑电图特征，表现为中央颞区(Rolandic区)棘波[5]。尽管BECTS称之为良性癫痫综合征，仍可能产生暂时或长久性认知损害作用[1]。因受其“良性、自限性”特征的影响，对其治疗与否以及治疗方式的选择存在争议。目前大量研究表明BECTS患者存在脑电信号及脑发育异常，并与其认知障碍相关[6-9]。本研究通过对BECTS患者长程视频脑电图进行回顾性分析，研究BECTS患者脑功率谱及相干性系数的变化，进一步了解BECTS患者脑电活动特征，为了解其发病机制、诊断治疗提供依据。

1 资料与方法

1.1 对象 对2017年1月～2020年10月于新乡医学院第一附属医院确诊为BECTS并行长程视频脑电图检查的患者共47例纳入病例组。另取同期于新乡医学院第一附属医院行长程视频脑电图及头颅电子计算机体层扫描(Computed tomography，CT)/核磁共振(Magnetic resonance imaging，MRI)经两名中级以上医师审阅后无明显异常、既往无癫痫发作且与试验组人口统计学资料相匹配者47例纳入对照组。收集所有纳入者年龄、性别、放电部位、惯用手、行长程视频脑电图过程中的发作情况，基于Matlab软件对所有纳入者的长程视频脑电图的脑功率谱及相干性系数进行回顾性分析。本研究方案通过新乡医学院第一附属医院伦理委员会批准(伦理审批号：2018187)。

1.2 病例组纳入及排除标准 纳入标准：①年龄2～14岁；②癫痫发作的基本类型为单纯部分性发作，且发作多与睡眠相关，一般发作时间较短，不超过3 min；③发作间期脑电图中央颞区可见棘/尖波、棘/尖慢复合波；④发病前神经系统查体及智力均正常，头颅 CT/MRI 经两名中级以上的影像学医师审阅无结构性病变。

排除标准：①长程视频脑电图不能配合；②头颅 CT/MRI 存在结构性病变；③既往患有除 BECTS 外明确的其他类型的癫痫、中枢神经系统感染、各种病因导致的发育性或获得性脑损伤、缺氧性和代谢性脑病、颅内肿瘤；④严重的心脏、肝、肾疾病。

1.3 对照组纳入及排除标准 纳入标准：①同期就诊于新乡医学院第一附属医院的2～14岁患者；②年龄、性别、惯用手与病例组相匹配；③长程视频脑电图、头颅 CT/MRI经两名中级以上医师审阅后无结构性病变。

排除标准：①长程视频脑电图不能配合；②既往患有癫痫、中枢神经系统感染、各种病因导致的发育性或获得性脑损伤、缺氧性和代谢性脑病、颅内肿瘤病史；③严重的心脏、肝、肾疾病。

1.4 诊断标准 按照国际抗癫痫联盟(International league against epilepsy,ILAE) 1989年所制定的癫痫和癫痫综合征分类中有关BECTS的诊断标准[10]。

1.5 脑电图监测 应用日本光电公司EEG-1200C16通道视频脑电图仪进行监测，采用近似国际10-20系统标准安放电极，安放位置为(FP1、FP2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6)，清醒闭目状态下进行清醒期描记，睡眠期采取适度剥夺睡眠方式记录，不服用任何诱导睡眠药物，连续记录24 h，监测结束后，以双侧乳突电极为参考电极回放脑电图进行分析。

1.6 脑电分析方法 随机选取5段清醒期及睡眠期无肌电、眼动、心电及其他伪差干扰的时程为20 s的脑电图数据，随机选取其中1段纳入数据分析，使用MATLAB2013b软件通过数-模快速傅里叶变换计算特定频率(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)及特定脑区的绝对功率[8]。进一步对其进行相干性分析，以获得不同脑区之间信号的相干系数[11]。

2 结果

2.1 两组间基线资料比较 病例组患者和正常儿童的性别、年龄差异均无显著差异(P>0.05，见表1)。

表1 两组间基线资料比较

病例组患者均在睡眠期可见Rolandic区棘波、棘慢波发放，其中左侧13例，右侧17例，双侧17例，清醒期下未见癫痫波发放，其中5例在长程视频脑电图监测中观察到癫痫发作，其中2例为部分性发作，主要表现为双上肢抖动、上肢屈曲、握拳，3例为部分性继发性全面性发作。对照组47例健康儿童长程视频脑电图监测均未见明显异常。

2.2 绝对功率 表2、3表示各个脑区不同频率下的脑绝对功率(μV2)及两组之间脑绝对功率差异的显著性。与对照组相比，病例组睡眠期特定频率下绝大多数脑区(除θ、δ波左侧枕区外)绝对功率均明显增高，差异有统计学意义(P<0.05，见表2)；清醒期除部分频率枕叶、顶叶及中后颞、中央区外，其余特定频率下各个脑区绝对功率均明显增高，差异有统计学意义(P<0.05，见表3)。

表3 两组脑功率谱对比(清醒期)

睡眠期：与对照组相比，δ频段下病例组全脑绝对功率均显著增高；θ频段下病例组双侧额、额区、中央区、前中后颞、顶区及右侧枕区绝对功率显著增加；α频段下病例组全脑绝对功率均显著增加。β频段下病例组全脑绝对功率均显著增高。γ频段下病例组双侧额极、额区、中央区、前中后颞、顶区及右侧枕区绝对功率显著增高。清醒期：与对照组相比，δ频段下病例组双侧额极、额叶、中央区、顶叶、前中后颞区、右侧枕叶绝对功率显著增高；θ频段下病例组双侧额极、额、中央区、前中颞区及左侧顶区绝对功率明显著增加；α频段下病例组双侧额极、额、前颞、中央及右侧顶区绝对功率显著增加；β频段下病例组双侧额极、额区、中央区、顶区、前中后颞区、右侧枕区绝对功率显著增高；γ频段下病例组双侧额极、额区、顶区、前中颞及右侧中央区绝对功率显著增高。

2.3 相干性分析 图1表示与对照组相比，病例组特定频率中不同脑区之间相干性系数显著异常，基于Matlab软件采用Brainnet工具包进行绘图，红线表示病例组较对照组相干性系数显著升高(P<0.05)，蓝线表示病例组较对照组相干性系数显著降低(P<0.05，见图1)。

在清醒期，病例组δ(0.3～3.5 Hz)、θ(4～7.5 Hz)、α(8～13 Hz)及β(14～30 Hz)频段下的中央区与颞区、中央区与顶枕区之间呈高相干性(P<0.05)；α、γ(>30 Hz)频段下中央区与额叶之间呈低相干性(P<0.05,图A～E)。在睡眠期：病例组θ、α、β频段下各个脑区之间，δ频段下双侧中央区之间、γ频段下中央区、颞顶枕区之间呈高相干性(P<0.05)；θ频段下除额叶之外左右大脑半球对应脑区之间、α频段下两侧颞区之间、γ频段下中央区与额区之间呈低相干性(P<0.05,图F～J)。

3 讨论

癫痫发作是脑内神经元阵发性异常超同步化电活动的临床表现，脑内各种病理性因素导致神经元兴奋性异常增高、脑电信号频率及振幅异常，从而引起脑功率谱异常。一项横断面研究探索BECTS患者脑功率谱与认知功能的关系，结果显示BECTS患者δ波及θ波绝对功率较健康人升高，且伴认知障碍的BECTS患者脑功率谱改变更显著，提示BECTS患者存在大脑发育不良[8]。与之前的研究结果一致，本研究结果表明病例组患者δ、θ、α、β、γ波脑绝对功率呈弥漫性增高，考虑BECTS中央颞区异常放电导致全脑神经元弥漫性损伤，引起脑内神经元兴奋性异常增高。2015年Garcia Ramos等[12]采用核磁共振扫描的方法证明BECTS患者不同脑区皮层增厚或变薄，且呈左右不对称性分布，随后另一项研究采用基于脑表面形态测量学方法比较BECTS患者大脑皮质厚度的变化，结果发现BECTS存在广泛性皮质变薄[13]，虽然结果出现不一致性，但是进一步提示BECTS患者中央颞区异常放电可导致大脑皮层弥漫性发育障碍，这种皮质发育异常可能与近些年来发现部分BECTS患者存在阅读或书写障碍有关[14]。BECTS发病年龄多在3～13岁，是脑组织发育的关键时期，随着年龄的增加，脑电图中δ波逐渐转变为频率较快的α波，α波由顶区优势逐渐转变为枕、顶区优势，故α波的绝对功率可以作为大脑是否发育成熟的标志[15]。在本研究中发现同年龄段下BECTS患者背景活动中枕区α波绝对功率低，提示BECTS存在大脑发育迟缓，但两组之间差异无统计学意义，这可能与BECTS患者病程短、认知障碍不显著相关，需相关试验进一步验证。

相干性分析是研究大脑不同区域间功能联络的一种无创性技术，是互功率谱的归一化函数，相干性系数取值为0～1，它表征两个信号在频域上的相似程度，值越大表示相似程度越高。相干性系数反映的是两脑电信号之间的同步性，或两脑电信号的变化规律是否具有线性关系。相干性系数可体现不同脑区之间的联系强度，相干性系数越高说明该脑区之间的同步信息传输能力就越强[16]。相干性分析被广泛应用于癫痫、神经变性疾病、精神系统疾病等的不同脑区之间联络功能研究，通过相干性分析，可以发现BECTS患者脑电视觉分析及功率谱分析中未能发现的问题。

本研究对不同电极间的相干性进行分析，发现BECTS患者出现多个脑区之间相干性系数存在异常改变。2015年一项静息态功能磁共振成像研究报道中央颞区功能连通性降低[17]。其他研究发现在BECTS患者中，与语言障碍相关的中央颞区和运动语言功能区之间的功能连通性降低，这意味着运动和语言之间的神经网络受损[18]，且研究表明BECTS患者的额中回、额下回、颞中回和颞下回皮质发育异常，并提出这可能与BECTS患者语言功能障碍相关[17]。Jiang等还观察到BECTS患者中白质背侧额叶网络中功能连通性降低，并推测可能与BECTS患者出现认知障碍有关[19]。与之前的研究结果一致，本研究发现BECTS患者睡眠期α波双侧颞区呈低相干性，这可能是由于双侧颞叶大脑皮层之间的信息传递能力降低有关，颞区在听觉、语言理解、记忆及精神活动中有重要作用。另外长距离脑区信息交互主要依靠γ节律，它被认为是中枢神经系统交流的普遍编码，Basar等报道其与选择性注意有关，尤其在顶叶和额叶最为突出[20-22]。各个脑区与前额的相干性系数可表征各脑区与前额的信息交流程度，本研究显示清醒期及睡眠期γ波段下中央区与额区之间呈低相干性，进一步强调额区、颞区及中央区等相关脑区在BECTS 患者认知功能损害中的关键作用。这与之前研究BECTS患者各脑区静息态功能磁共振成像的结论一致[23-26]。在BECTS患者中的中央颞区和运动语言区域等与语言障碍相关的脑区低相干性，意味着BECTS患者运动和语言之间的神经网络受损[7]。并且有研究发现BECTS患者的额中回、额下回、颞中回和颞下回皮质发育异常，进一步证明这与BECTS患者语言功能障碍相关[9]。

虽然BECTS的致痫区起源于中央沟周围的中央颞区皮层[27]，但它也可导致皮层和皮层下回路的紊乱[28]。本研究发现与对照组相比，病例组其余多数脑区之间呈高相干性，高度提示中央颞区皮层异常放电不仅局限于中央颞区，且可引起其他脑区皮层放电产生同步性变化，这种同步性变化可从同侧半球延伸至对侧[29]，证明BECTS患者多数脑区之间的信息传递能力增强。Jiang等提出BECTS患者脑白质功能连通性增强，考虑其脑白质存在信息过度传播现象，灰质和白质脑网络异常超过了中央颞区，甚至从同侧半球延伸到对侧半球[19]。 因此考虑BECTS患者存在一定程度的语言和运动功能的神经网络受损，但是在出现临床可见的明显认知功能损害之前，其大脑神经网络可能会通过重塑以及增加其他区域之间的功能连通性来维持其全局水平的信息传递能力，从而防止认知功能的急剧下降。

综上所述，BECTS患者和正常儿童之间的脑功率谱及其相干性值存在显著差异，进一步了解了BECTS患者脑电活动异常，为探索BECTS患者出现认知障碍的可能发病机制进一步提供试验依据。另外，本研究还存在一些不足之处，如样本量小、地域限制、缺乏年龄分层、缺乏药物相关性研究，需要在今后的工作中进一步完善，更加全面地评价BECTS患者的脑电信号特征。