2025年06月26日发布 | 814阅读

【中国声音】胶质瘤相关癫痫患者脑网络的独特变化

刘佳佳

北京市神经外科研究所

师家伟

北京市神经外科研究所

王引言

首都医科大学附属北京天坛医院

樊星

北京市神经外科研究所

江涛

首都医科大学附属北京天坛医院

乔慧

北京市神经外科研究所

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近日,北京市神经外科研究所乔慧教授团队在国际神经科学领域知名期刊CNS Neuroscience & Therapeutics(IF 4.8,JCR Q1,中科院二区)在线发表题为“High-density electroencephalography detects spatiotemporal changes in brain networks in patients with glioma-related epilepsy”的研究论文。


第一作者:刘佳佳,师家伟

通讯作者:王引言,樊星,江涛,乔慧

doi:10.1111/cns.70396

PMID: 40249192



研究背景

胶质瘤相关癫痫(Glioma related epilepsy, GRE)是胶质瘤常见的并发症,对患者生活质量存在严重负面影响。随着脑网络神经外科学理念的提出和发展,癫痫已经作为一种网络性疾病被广为认知,而既往研究也表明,胶质瘤对大脑网络存在全局性影响。因此,从脑网络角度去理解GRE的发病机制对我们深入理解该疾病,进而改善其诊疗管理尤为重要。


功能性磁共振成像(fMRI)因其高水平空间分辨率被广泛用于脑网络研究,国际上既往已有团队利用fMRI技术对GRE的脑功能网络机制开展了一些研究。相比之下,作为癫痫诊断的金标准,脑电图(EEG)研究在GRE领域则较为罕见。在这项研究中,作者利用高密度EEG数据,结合图论和微状态(Microstate, Ms)分析方法,对GRE的脑功能网络机制进行了探索。


研究设计

研究纳入35例额叶胶质瘤患者,术前均接受128通道高密度脑电图检查。研究团队依据是否伴发癫痫将研究队列分为GRE组(13例)与非GRE组(22例),并通过对两组间的图论与微状态特征进行比较,分析两组间的功能网络差异。



研究结果


01

图论分析:GRE组脑网络表现出更强的局部分离与全局整合特性

与非GRE组相比,GRE组在大多数阈值下表现出更高的聚类系数、全局效率和局部效率,和更低的特征路径长度(错误发现率校正后均P<0.05,图1),提示GRE患者脑网络具有更强的局部分离与全局整合特性(图1)。

图1 胶质瘤相关癫痫与非癫痫患者间不同阈值下图论指标的比较。与非癫痫组相比,胶质瘤相关癫痫组的聚类系数(A)、局部效率(B)和全局效率(C)明显更高,特征路径长度(D)更低(阈值均≥0.2),小世界属性(E)仅在阈值0.7下存在差异。*错误发现率校正后P<0.05。


02

微状态分析:MsD上升,MsE下降

GRE组的MsE出现概率及全局解释方差均显著低于非GRE组(P=0.019与0.029,图2);而MsD的全局解释方差在GRE组显著升高(P=0.029,图2)。在非GRE组中,MsD的出现概率与肿瘤最大直径呈显著负相关(r=-0.542,P=0.009,图3)。

图2 胶质瘤相关癫痫和非癫痫组的微状态分析的时间特征比较。图A:两组间微状态D的全局解释方差差异;图B:微状态E的两组间全局解释方差差异;图C:微状态E的出现概率差异。*错误发现率校正后P<0.05。

图3 胶质瘤相关癫痫组和非癫痫组的最大肿瘤直径与微状态D出现概率的Spearman相关性。图A:胶质瘤相关癫痫组;B:非癫痫组。

结果解读

大脑作为高度非线性的复杂网络系统,其神经功能主要依赖于局部分离和全局整合这两个核心特性。局部分离指的是单一网络子系统独立处理信息的能力,可通过聚类系数和局部效率进行量化表征;而全局整合则反映不同网络子系统间的协作能力,通常以全局效率和特征路径长度为指标进行评估。此外,静息态大脑网络在正常情况下表现出分离与整合之间的动态平衡,而神经疾病的发生往往伴随着这两种特性的改变及其平衡的破坏。本研究结果表明,相比无癫痫病史的患者,GRE患者表现出更强的局部分离与全局整合特性。


GRE患者与非GRE患者之间脑功能网络特性的差异可以用由特定肿瘤生长模式引导的神经网络可塑性差异来解释。GRE患者所患的肿瘤往往级别相对偏低,生长缓慢,其脑网络的可塑性潜力也相对更强。既往研究也表明,GRE 患者的脑结构网络相比非GRE患者相对完整。总体来看,与非GRE患者相比,GRE患者的脑功能网络状态可能处于一种相对更为“健康”或“平衡”的状态。因此,作者推论,生长缓慢的胶质瘤会诱发长期持续的脑功能网络变化,脑功能网络会自发地对这种变化进行代偿,以维持局部分离与全局整合的平衡,而这一代偿则有可能增加局部脑区的癫痫易感性,进而引起GRE发生。


脑电微状态反映了大脑神经元集群瞬时活动的总和,不同的微状态反映了大脑不同的功能状态。本研究结果表明,GRE组微状态D的全局解释方差显著升高,提示相关脑活动在某些时刻存在异常同步,与癫痫患者的脑网络改变相符。此外,GRE组的微状态E的发生率更低。微状态E往往与放松、舒适等情绪相关,其发生率偏低提示相比一般胶质瘤患者,GRE患者会承受更大的情绪负担,如焦虑、抑郁等,需要在临床管理过程中提供更具针对性的情绪干预。


总结

该研究首次通过静息态高密度脑电图数据,从图论与微状态两个维度,揭示了GRE患者脑网络的独特变化。相关结果为GRE发病机制提供了脑网络层面的全新阐释,也为胶质瘤患者个体化管理的优化提供了有力依据。


通讯作者简介

王引言 教授

首都医科大学附属北京天坛医院

● 主任医师,北京天坛医院神经外科神经肿瘤四病区副主任

● 国家神经系统疾病临床医学研究中心PI,中国医学装备协会脑网络神经外科分会常委,脑网络组与脑机接口北京市重点实验室副主任,北京脑科学与类脑研究所双聘研究员

● 入选国家级科技创新青年人才、北京市杰青、北京市科技新星,北脑青年学者、全国神经外科学术影响力百强学者

● 主持国家重点研发计划子课题、国自然面上项目等;以第一和通讯作者在Neuro-oncology、Annals of Neurology、JAMA Network Open等发表SCI 论文70余篇,Small等期刊封面论文6篇;二十余部国际期刊审稿人

● 成果获得教育部科技进步奖一等奖(第二完成人),华夏医学科技奖一等奖(第三完成人);曾获全国脑胶质瘤手术比赛冠军,全国胶质瘤临床病例分析大赛一等奖

樊星 博士

北京市神经外科研究所

● 北京市神经外科研究所神经电生理室副主任

● 现任中国抗癫痫协会青年委员会副主任委员、中国研究型医院协会神经电生理专委会委员兼副秘书长、中国医学装备协会脑网络神经外科分会委员、中华医学会《Chinese Neurosurgical Journal》青年编委、北京抗癫痫协会青年委员、北京医学科学健康学会理事兼副秘书长等

● 以第一及通讯作者身份发表SCI收录论文40余篇;主持国家级、省部级课题3项;以参与人身份获省部级一等奖3项,二等奖1项,参与包含《脑胶质瘤诊疗指南(2022年版)》、《成人弥漫性胶质瘤相关癫痫临床诊疗指南》在内的多项相关行业指南及专著的编写工作


江涛 院士

首都医科大学附属北京天坛医院/北京市神经外科研究所

● 中国工程院院士

● 首都医科大学附属北京天坛医院神经外科中心主任,北京市神经外科研究所所长

● 曾担任中国医师协会脑胶质瘤专业委员会主任委员,中国抗癌协会脑胶质瘤专委会主任委员,中国脑胶质瘤协作组首任组长等

● 作为首席专家主持国家科技部“十一五”支撑计划重点项目、国家科技部“863”重大科技专项项目、国家重大研发计划精准医学专项、国家自然科学基金委重点项目等

● 中国脑胶质瘤基因组图谱计划(CGGA)与亚洲脑胶质瘤基因组图谱计划(AGGA)的发起人和创建者

● 以通讯作者在Cell、Cancer Discovery、Genome Research、PNAS、Clinical Cancer Research、Neuro-Oncology等SCI期刊发表论文400余篇;连续多次入选Elsevier高被引学者榜

● 以第一完成人获得国家科技进步二等奖1项、省部级一等奖2项;获评北京学者,中国工程院光华工程科技奖等;研究成果获评2018年“中国生命科学十大进展”、2021年“中国生物信息学十大进展”

● 主持制定国家卫健委《脑胶质瘤诊疗规范(2018年版)》、《脑胶质瘤诊疗指南(2022年版)》等多部临床诊疗指南


乔慧 教授

北京市神经外科研究所

● 研究员,教授,博士生导师,北京市神经外科研究所神经电生理室主任

● 从事神经外科及神经电生理专业医教研工作30余年,中国研究型医院学会临床神经电生理专业委员会主任委员、中国医师协会神经外科分会神经电生理监测学组副组长;中华医学会神经外科学分会神经生理监测学组副组长

● 承担国家自然基金及北京市科委、组织部及卫生部级等多项科研课题;发表SCI及核心论文100余篇;获华夏医学科技奖及北京市科学技术奖等省部级奖项3项;组织编写《中国神经外科术中电生理监测规范》等多部指南及专著


研究团队简介

北京市神经外科研究所神经电生理室创建于1960年,常年围绕首都医科大学附属北京天坛医院神经外科开展工作,是国内最早开展神经外科术中监测的中心。在科室主任乔慧教授的引领下,科室团队注重积累,善于总结,形成了一套适用于神经外科、骨科等手术科室,范围涵盖术前诊断、术中监测及术后评估的完整临床神经电生理技术体系。此外,基于科室建立的大样本术中监测数据库,科室团队围绕术中监测技术预警标准的精细化产出了大量研究成果,在该领域已初步达到国际先进水平。



END

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