失神性癫痫是儿童最常见的原发全面性癫痫类型，其特征临床表现为无抽搐性意识受损发作及正常脑电图（EEG）背景下3~5 Hz的全面性棘慢波发放（generalized spike-and-wave discharges，GSWD）^[1,2]。由于典型失神性癫痫不表现为抽搐性发作，为失神性癫痫发作过程的影像学观察提供了良好的机会。近来以脑电图同步功能MRI（functional MRI，fMRI）定位研究发现，丘脑结构可能与失神性癫痫GSWD的发放有关，而以大脑额叶、顶叶等默认网络脑区的功能抑制可能与失神发作时意识丧失有关^[3,4]。但这些fMRI癫痫定位技术不能反映出失神发作的时间变化过程。笔者采用动态fMRI分析的方法，对失神性癫痫发作前后脑动态的改变进行观察。有助于对癫痫的发生发展过程病理生理机制的理解。

1　材料与方法

1.1　患者入选

       12例失神性癫痫患儿[男4例，女8例；年龄（9.0±3.6）岁；平均病程（3.4±2.9）年]参与了本研究。入选标准：（1）临床诊断根据1998年国际抗癫痫联盟标准；（2）脑电图上表现为典型的正常背景下双侧全面棘慢波发放；（3）不伴有其他癫痫发放类型，如肌阵挛、强直-阵挛或部分性发作；（3）MR结构成像正常。本研究数据采集时得到患儿或患儿监护人知情同意，并得到南京军区南京总医院的医学伦理委员会批准。

1.2　数据采集

1.2.1　同步进行EEG与MR扫描

       所有的患者都进行了EEG同步的MR扫描。EEG为Ag/AgCl电极、MRI兼容的32导联设备（德国Brain Product），EEG放大盒放置于MRI仪内，数据通过光纤传出到操作室电脑上，采用沙袋固定导线。脑电采集时，Fz作为参考电极；此外还有一个放置于背部的心电电极，采集频率5000 Hz。

1.2.2　数据采集

       MRI数据采集在Siemens 3 T高场强超导MRI仪上进行。采用T2^*WI的单次激发平面回波序列采集血氧水平依赖（BOLD）-fMRI数据，TR 2000 ms，TE 40 ms，FA为80°，矩阵64×64，视野24 cm×24 cm，层厚4.0 mm，层间距0.4 mm。每次采集500个时间点，每例患儿进行2次采集，共2000 s。此外，还采集了用于临床放射诊断的结构像序列。同步EEG数据仅在BOLD-fMRI数据采集时进行。每例患儿均经安慰、训练后进行数据采集。仰卧于MR扫描仪内，保持清醒、安静。父母陪于MR室内监测患儿状况。

1.3　数据处理分析

1.3.1　数据处理

       EEG数据集采用Brain Vision Analyzer 2.0软件进行MRI及心电伪影的去除，然后由1名经验丰富的脑电图室医师读图，标记出GSWD的发放导联、波形及起止时间等。共发现在17段BOLD数据采集时发生了GSWD。

       BOLD-fMRI数据采用SPM 8（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）软件进行空间预处理。经过层间时间校正、头动校正后，把个体数据配准到MNI305标准坐标空间，并再采样成3 mm×3 mm×3 mm，最后采样全宽半高为8 mm各项同性的高斯核进行平滑。

1.3.2　数据分析

       首先采用SPM中标准血流响应函数(hemodynamic response function，HRF)的广义线性模型，观察GSWD相关的脑区激活及负激活。接着，采用序列HRF的方法观察癫痫发作前后脑区的动态改变情况。首先创建31个单伽马函数作为序列HRF，以第15个为标准的事件响应模型，以间距1 s前后顺延15个，可以覆盖癫痫发作事件前后30 s内的脑区动态反应模式。再依次采用广义线性模型对每一个HRF进行处理，每个数据段产生14个t统计图。最后，采用单样本t检验对所有数据段进行组分析。标准HRF和序列HRF的结果均以P<0.05为差异有统计学意义，FDR校正为阈值。

       最后，采用ROI分析的方式，观察丘脑及扣带回后部在GSWD前后BOLD信号变化的情况。截取这2个ROI内GSWD前后30 s的数据，并对所有数据段信号进行平均。

2　结果

       标准HRF的广义线性模型结果如图1所示，可以看到失神性癫痫经典的GSWD相关反应模式：以双侧丘脑为主的激活，以及内存前额叶、扣带回后部、双侧角回和海马区等默认网络脑区的负激活和双侧尾状核头部的负激活区域。

       序列HRF结果显示：（1）癫痫发作前18 s丘脑即有BOLD信号的改变（P<0.05，FDR校正），主要表现为丘脑的负激活与部分皮层区的激活。（2）癫痫发作后8 s时，丘脑的激活最强；对于负激活，尾状核头部则与丘脑的激活同步，从2 s出现负激活，到8 s时最强；而皮层区域从4 s开始出现负激活，在18 s时负激活最强；其中，默认网络等脑区则早于外侧前额叶等皮层区域。在发作后10 s时，其负激活最强。（3）丘脑与皮层呈相反的反应模式，亦即发作前丘脑为负激活，皮层为激活；而发作后丘脑表现为激活而皮层表现为负激活。（4）相比标准HRF的结果，序列HRF结果有更广泛的皮层区域激活，不但包括默认网络区域，且外侧额叶、顶叶等区域也表现明显的参与（图2）。

       ROI分析结果更直观地显示了序列HRF动态分析的结果，丘脑在发作前表现为BOLD信号下降，而在发作后逐步上升；而扣带回后部则表现为相反的信号改变模式（图3）。

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图1  采用标准血流响应函数（HRF）广义线性模型的失神性癫痫患儿全面性棘慢波发放（GSWD）相关脑区激活图。可见双侧丘脑明显的激活与默认网络脑区明显的负激活
图2  基于序列HRF的广义线性模型方法结果，显示失神性癫痫患者GSWD相关脑区从发作前30 s到发作后30 s激活区动态变化。可见癫痫发放18 s丘脑即有血氧水平依赖（BOLD）信号的改变。丘脑与皮层呈相反的BOLD信号改变模式。丘脑及不同的皮层区域有不同的反应模式
Fig. 1  GSWD-related brain activation produced by standard HRF based General-linear-model analysis. The results show activation in the bilateral thalamus and deactivation in the regions of the default-mode network.
Fig. 2  Dynamic activation 30s before and after onset of GSWD produced with multiple HRF-based GLM analysis. There is BOLD change in the thalamus 18s before GSWD onset. The thalamus shows reverse response with the cortex.

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图3  基于ROI的时间序列信号分析。显示了丘脑（THA，红色）与扣带回后部（PCC，蓝色）处信号在GSWD发放前后BOLD信号的改变情况。虚影区代表1个标准差范围
Fig. 3  ROI-based analysis shows BOLD time course changes of the thalamus (THA, red) and posterior cingulate cortex (PCC, blue) before and after GSWD onset. The shadows denote area constrained one stan dard deviations of BOLD signals.

3　讨论

       本研究采用动态分析的方法，对失神性癫痫发作前后的时间动态过程进行了观察。结果发现：（1）丘脑以及包括默认网络在内广泛的皮层区域有在GSWD时有显著的BOLD信号的改变，提示丘脑皮层网络在失神性癫痫的关键作用。（2）丘脑与皮层区域在GSWD发放前18 s即有BOLD信号的改变，并且随时间进程，BOLD信号的相位发生逐渐翻转改变，提示大脑在GSWD发作前即表现为代谢异常。（3）发作后丘脑的最大激活与皮层的最大负激活出现时间点不同，提示失神发作过程中大脑结构不均衡的动态变化。

       本研究创新性地采用了序列HRF动态广义线性模型分析方法^[5]。与常规的单HRF广义线性模型不同的是，此方法可以覆盖更广的时间范围。单HRF只能检测与本HRF相似的脑活动区。但是，不同的癫痫发放有不同的血氧反应模式，单HRF的广义线性模型则在癫痫活动的检测能力方面大大受限。而序列HRF提供更多的模型用于各种反应模式癫痫活动的检出，提高癫痫活动的检出效能^[6]。

       笔者首先采用标准HRF的方式发现丘脑的激活以及局限于默认网络脑区的负激活；这与以前的结果一致^[7,8]。对于丘脑的激活，一般认为其与癫痫活动发生有关^[9]，而默认网络区域的负激活，则与癫痫发作时意识丧失等认知功能受损有关^[10]。本研究中采用动态序列HRF分析方式，除了发现丘脑的激活以及默认网络的负激活外，还发现了更加广泛的皮层区域的负激活，包括背侧前额叶、顶叶等部位。结果提示，在失神发作时，不但负责自我参考、警觉及情节记忆的默认功能受到抑制，并且负责注意、执行等功能的脑区也受到了抑制。

       序列HRF分析及ROI分析的方式发现，失神性癫痫GSWD发作前18 s即已有BOLD信号改变。说明癫痫发作前相当长一段时间大脑即出现代谢异常，本研究结果与前研究采用动态信号分析的结果一致^[11]；该研究结果为癫痫发放的临床预测的可行性提供了证据支持^[12]。

       动态分析结果发现，丘脑在发作后2~14 s内出现激活，在8 s时激活最强。对于负激活，尾状核头部则与丘脑的激活同步，从2 s出现负激活，到8 s时最强；而皮层区域从4 s开始出现负激活，在18 s时负激活最强；其中，默认网络等脑区则早于外侧前额叶等皮层区域。这些结果提示癫痫发放时不同脑区，其激活（神经元激活）与负激活（神经元功能抑制）具有特异的反映模式，反映了癫痫活动造成的脑激活与抑制的时间不匹配^[13]；同时也说明，在失神癫病发作时，默认网络负责自我意识等高级功能更早受到影响。

       本研究采用基于序列HRF的广义线性模型及ROI时间信号分析的方法，观察失神性癫痫发作的发生、进展过程中脑区改变的特征。除了发现丘脑及默认网络区域的皮层是该类癫痫关键脑区之外，还指出外侧额叶等广泛的脑区受到影响。并且，不同的脑区在癫痫发放过程中受到影响的时间不同，促进了对失神性癫痫发作时意识受损的病理生理机制的理解；结果发现，丘脑及皮层等脑区在癫痫发作前即有信号的改变，为癫痫发作预测的可行性提供了影像学证据。