皮层刺激改变癫痫患者的皮层-皮层诱发电位幅度

Corticocortical evoked potential amplitude is altered by cortical stimulation in epilepsy

作者信息Bethany J Stieve, Aaron F Struck, Dillon Scott, Richard Chappell, Andrew T Knox
PMID42157615
期刊Epilepsia
发布时间2026-08
DOI10.1002/epi.70289

实验完整度

包含前瞻性患者队列(17例sEEG)、随机化刺激设计、多种CCEP量化方法、非参数与LME统计建模,以及功能验证(刺激频率效应、区域效应)和机制排除分析(排除癫痫样活动与电荷效应)。

主要模型

立体脑电图监测的癫痫患者 SOZ(癫痫发作起始区) MTR(内侧颞叶区域)

重点核对

刺激频率:5秒训练序列,7Hz vs 100Hz 刺激电流:0.5-4mA,脉宽160微秒 CCEP引出:30秒1Hz刺激,前后各一次,间隔至少60秒 样本量:17名完成全部方案的受试者,605对CCEP/频率 主要终点:CCEP幅度的标准化变化

摘要

目的:神经刺激是药物难治性癫痫的既定疗法,但优化刺激参数仍是一个重大挑战。皮层-皮层诱发电位(CCEP)幅度可能作为神经刺激效应的即时生物标志物,从而实现快速参数优化。本研究旨在确定CCEP幅度的变化是否反映即时的神经刺激效应。方法:我们对17名接受立体脑电图监测的患者进行了一项前瞻性研究。每个皮层位点接受随机化的5秒刺激序列,频率为低频(7赫兹)和高频(100赫兹),并在刺激前后分别给予30秒的1赫兹刺激序列以引出CCEP。我们使用非参数检验和线性混合效应模型分析了1210对刺激前/后CCEP。结果:高频刺激导致的CCEP幅度降低显著大于低频刺激(中位变化:-1.6% vs. -0.02%,p = .002),且与总电荷和癫痫样活动无关。这些效应持续数分钟至一小时以上,并在癫痫发作起始区最为显著。相反,低频刺激在内侧颞叶区域引起更大的降低。意义:高频和低频神经刺激引起的CCEP幅度相对变化反映了区域特异性效应,可能有助于快速参数优化。这些发现突出了一个加速癫痫神经刺激治疗个体化的潜在策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
单个短时(5秒)神经刺激序列是否会引起CCEP幅度的即时变化,且这种变化是否具有频率和区域特异性,从而可作为神经刺激效应的即时生物标志物。
核心机制
文献提出高频刺激可能优先触发突触抑制、峰电位频率适应或GABAB介导的抑制等短期机制,降低后续神经元去极化波的触发概率,从而减小CCEP幅度;但未确证具体机制。
主要证据
在17例sEEG患者中,5秒高频(100Hz)刺激相比低频(7Hz)刺激更显著降低CCEP幅度(中位变化-1.6% vs -0.02%,p=.002),该效应独立于总电荷和癫痫样活动,且在SOZ内更明显,而低频刺激在MTR内更有效。
研究意义
研究提示CCEP幅度的相对变化可能作为即时生物标志物,用于数据驱动的快速参数优化,加速癫痫神经刺激治疗的个体化。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者筛选与刺激位点选择

纳入适合sEEG监测的难治性癫痫患者,并选择多样化的皮层刺激位点,涵盖SOZ与MTR内外。

前瞻性纳入17名接受sEEG监测的患者,由癫痫专科医生基于CT/MRI融合图像和sEEG记录选择8个不同电极上的相邻触点对作为刺激位点,确保覆盖双侧半球、SOZ内外和MTR内外。

2

确定5秒刺激电流强度

确定不会诱发后放电的最大安全电流,用于治疗刺激序列。

在每次研究开始时,对预测易诱发癫痫样活动的位点(SOZ或MTR)进行5秒100Hz刺激,起始电流0.5mA,按0.5-1mA递增至最大4mA,选择不诱发后放电的最高电流作为后续治疗刺激的电流。

3

CCEP刺激与采集

在治疗刺激前后引出可重复的CCEP,以评估治疗刺激对CCEP幅度的影响。

每个刺激位点进行两轮刺激,每轮包含:先30秒1Hz刺激引出基线CCEP,然后5秒治疗刺激(7Hz或100Hz),至少间隔30秒后再次30秒1Hz刺激引出治疗后CCEP。第一轮治疗频率随机,第二轮使用另一种频率。

4

EEG数据处理与CCEP识别

从原始EEG中提取CCEP波形,并自动识别有效CCEP。

使用MATLAB自定义脚本处理EEG:去除皮层外触点,双极参考,陷波滤波(60,120,180Hz),去除刺激伪迹,然后对每个通道进行基线校正,计算10-60ms窗口的N1平均幅度,并与基线SD比较获得Z分数,阈值>4判定为CCEP。手动审查排除伪阳性。

5

CCEP幅度量化与变化计算

使用多种量化方法稳健地评估治疗前后CCEP幅度的变化。

比较五种量化方法:N1窗口(10-60ms)的最大-最小值差、均方根、线长度;N2窗口(60-300ms)的线长度和均方根。变化通过前后幅度差除以两者之和进行归一化。

6

统计分析:频率效应与区域效应

检验刺激频率和电极位置对CCEP幅度变化的影响,并控制个体差异。

使用Wilcoxon符号秩检验比较配对数据,Wilcoxon秩和检验和KS检验比较非配对数据与分布,卡方检验比较比例,并使用线性混合效应模型(以受试者ID为随机效应)评估频率和位置(SOZ/MTR内/外)对CCEP幅度变化的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Natus Neuroworks/XLTEK系统Natus--
Quantum LTM放大器Natus--
Nicolet皮层刺激器Natus--
深度电极Ad-Tech Medical Instrument Corp.--
MATLABMathWorks--
EEGLAB----
R----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
受试者纳入
纳入标准:药物难治性癫痫,接受sEEG监测;排除标准:怀孕、监禁
阅读提示:Methods: 2.1 Subjects
刺激位点选择
每个患者8个电极,覆盖双侧半球、SOZ内外和MTR内外
阅读提示:Methods: 2.2 Selection of stimulation sites
刺激电流确定
5秒刺激电流范围0.5-4mA,递增步长0.5-1mA,以不诱发后放电为准
阅读提示:Methods: 2.3 Stimulation paradigm
CCEP引出
30秒1Hz刺激电流递增至最大8mA,选择不诱发后放电的最高电流
阅读提示:Methods: 2.3 Stimulation paradigm
治疗刺激
5秒刺激,频率7Hz或100Hz,脉宽160微秒
阅读提示:Methods: 2.3 Stimulation paradigm
时间间隔
治疗刺激前至少60秒间隔,治疗后至少30秒间隔
阅读提示:Methods: 2.3 Stimulation paradigm
数据记录
采样率2048Hz(3例512Hz),滤波0.01-4kHz
阅读提示:Methods: 2.1 Subjects
CCEP识别
Z分数>4,基线校正窗口10-300ms,基线期-350至-10ms
阅读提示:Methods: 2.6 CCEP identification
统计设计
非参数检验(Wilcoxon、KS、卡方),线性混合效应模型,随机效应为受试者ID
阅读提示:Methods: 2.8 Data modeling and statistical analysis