呼吸对局灶性癫痫皮质兴奋性和发作间期棘波定时的调制：一项具有关键意义的病例研究

为探究呼吸对癫痫患者脑电活动的影响，尤其是呼吸对脑内兴奋 - 抑制（E:I）平衡的作用，研究人员对 1 例 25 岁局灶性癫痫患者展开研究。结果发现呼吸对局灶性癫痫患者 E:I 平衡的调制不同于健康对照，且发作间期癫痫样放电（IEDs）定时与兴奋性和呼吸状态相关，为癫痫研究提供新思路。

　　在神秘的大脑世界里，癫痫就像一场时不时爆发的 “电风暴”，搅乱着大脑正常的电活动秩序。局灶性癫痫作为其中一种类型，其特征是大脑局部区域反复出现短暂的癫痫发作活动。在癫痫患者的大脑中，兴奋与抑制（E:I）的平衡被打破，这就好比天平失衡，导致大脑神经活动陷入混乱。而且，在两次癫痫发作之间，还会出现发作间期癫痫样放电（IEDs），就像隐藏在平静表象下的暗涌，随时可能引发更大的 “风暴”。

近年来，研究发现非周期性神经活动及其 1/f 特征能反映 E:I 平衡，就像是大脑活动的 “晴雨表”。同时，在神经典型个体中，呼吸节奏对大脑兴奋性状态有着潜在的调制作用。然而，呼吸在局灶性癫痫中对 E:I 平衡和 IEDs 定时的影响却一直是个未解之谜。

为了揭开这个谜团，德国明斯特大学（University of Münster）的 Daniel S. Kluger 等人开展了一项研究。研究人员以 1 例 25 岁的局灶性癫痫患者为研究对象，同时选取 40 名健康志愿者作为神经典型对照。通过同步记录磁脑图（MEG）和呼吸数据，深入探究呼吸锁相调制对 E:I 平衡的影响，以及这种调制在癫痫患者发作间期棘波定时中的作用。

研究人员在研究中用到了多个关键技术方法。首先，利用 MEG 记录大脑神经活动，它能高精度捕捉大脑的微弱磁场变化，从而获取丰富的神经电活动信息。其次，对 MEG 和呼吸数据进行预处理，包括调整合成梯度计、重采样、去除工频干扰以及利用独立成分分析去除眼电和心电伪迹等。还通过特定算法确定呼吸周期的峰值和谷值，划分呼吸相位。在分析 1/f 斜率与呼吸关系时，运用 SPRiNT 算法估计非周期性成分，并通过构建替代呼吸时间序列计算置信区间。

研究结果表明：

1. 呼吸对局灶性癫痫 E:I 平衡的调制差异：研究人员计算了 MEG 记录中的 1/f 斜率，并将其与呼吸相位相关联。结果发现，虽然癫痫患者和神经典型对照的 1/f 斜率都受呼吸显著调制，但调制模式存在明显差异。在神经典型对照中，临近呼气到吸气转换时，顶枕叶兴奋性降低，1/f 斜率变陡；而癫痫患者在该阶段兴奋性增加，1/f 斜率变平。并且，癫痫患者在呼吸转换阶段，1/f 斜率显著变平，这意味着其皮质兴奋性在这些阶段明显升高，而神经典型对照则无此现象。
2. 棘波定时与兴奋性和呼吸状态相关：研究人员分析了癫痫患者发作间期棘波的产生与兴奋性状态和呼吸相位的关系。他们确定了一组能清晰显示棘波的电极，计算了这些电极在棘波放电前后 ±500ms 内的 1/f 斜率。发现 1/f 斜率与棘波峰值的时间滞后呈强烈的 U 形关系，在棘波峰值时兴奋性显著增加。进一步研究发现，呼吸相位对棘波产生有影响，呼吸转换阶段前的棘波，其 1/f 斜率更平，兴奋性更高。线性混合效应模型（LMEM）分析表明，神经（兴奋性）和生理（呼吸）状态都对 IEDs 的产生有调制作用，且呼吸相位和时间滞后之间存在显著交互作用。

研究结论和讨论部分指出，本研究验证了非周期性 1/f 斜率可作为局灶性癫痫 E:I 平衡的有用标记。研究发现癫痫患者呼吸与 E:I 平衡的耦合存在特征性的高兴奋性，呼吸相关的皮质兴奋性增加在癫痫患者中出现频率更高。而且，IEDs 不仅在高兴奋期出现，发作前的 E:I 上调还与呼吸转换阶段密切相关。这一发现揭示了呼吸、兴奋性和棘波活动之间的紧密联系，为理解癫痫发病机制提供了新视角。尽管本研究存在一定局限性，如样本量小，可推广性受限，但它为后续癫痫研究中体脑耦合和 E:I 平衡的探索指明了方向。未来研究应进一步探讨短期二氧化碳（CO₂）变化在调节神经活动中的作用，以及不同癫痫类型与外周节律的相互作用机制。该研究成果发表在《Communications Medicine》上，为癫痫领域的研究和治疗带来了新的希望，有望推动相关领域取得更大的突破。