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.2012;7(7):e39078。
doi:10.1371/journal.pone.0039078。 Epub 2012年7月12日。

实验性局灶性癫痫的功能和结构完整性特征:网络效率降低与白质改变一致

附属公司

实验性局灶性癫痫的功能和结构完整性特征:网络效率降低与白质改变一致

威廉·M·奥特等。 公共科学图书馆一号. 2012.

摘要

背景:尽管人们越来越认识到局灶性癫痫会影响多个远程神经系统,但其潜在的时空模式以及复发性自发癫痫、全球功能连通性和结构完整性之间的关系在很大程度上仍然未知。

方法/主要发现:在这里,我们利用系列静止状态功能MRI、复杂脑网络的图形理论分析和扩散张量成像来表征大鼠模型中与局灶性癫痫相关的发作间期脑内整体网络拓扑结构、功能连接和结构变化的演变。癫痫网络的最短路径长度和聚类系数显著增加,显示出比对照组更规则的功能拓扑。癫痫患者大脑半球间功能连通性下降,而大脑半球内功能连通性增加。在不局限于癫痫病灶附近的白质区域,包括胼胝体,发现各向异性分数普遍降低。

结论/意义:我们对癫痫脑网络动力学发病机制的纵向研究表明,尽管癫痫发生区域位于不同的位置,但癫痫脑与健康脑在全球网络拓扑结构、连接性和结构完整性方面存在差异。

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竞争利益:提交人声明,不存在相互竞争的利益。

数字

图1
图1。研究随访期间的自发性癫痫。
左图:30分钟观察期内的发作簇数。右图:在1.0%异氟烷(C)的条件下,从对照大鼠10分钟记录中选取具有代表性的5秒脑电图;诱导七周后,在1.0%异氟烷(I)的间歇作用下,以及在0%异氟烷的运动性癫痫发作期间,对癫痫大鼠进行治疗。发作间期脑电图的特点是与对照脑电图具有相似的基线节律,且发作间期棘波不常见。发作性脑电图包括高振幅节律性棘波序列(仅显示一个)。
图2
图2。图形分析结果。
对照组(C)和癫痫动物(e)在第7、21、49和70天的全球脑功能网络特征的时间模式,即归一化聚类系数(γ)和归一化特征最短路径长度(λ)。对照组在一段时间内未发现明显变化。癫痫网络的特征是在7周内γ和λ增加。在最后一个时间点,发作间期网络和对照之间没有差异。线性混合模型分析得出的统计显著性表明,各因素具有p<0.05的差异。
图3
图3。双侧感觉运动皮层的空间功能连接图。
左右感觉运动皮层与大脑其他部分的功能连接图。右侧(同侧)(白色)和左侧(对侧)感觉运动皮层ROI(橙色)覆盖在T的冠状切片上2-加权大鼠脑模板(一个). 右、同侧功能连通图(B类:对照组;C类:癫痫组)和左侧对侧感觉运动皮层(D类:对照组;E类:癫痫组)。时间点(天)显示在左侧。功能连通性(z(z)')值范围为0.15至1.0。对照组在所有时间点的两个感觉运动皮层之间显示出强大且一致的功能连接。在癫痫患者的大脑中,功能连通性在第7天升高,延伸至邻近的次级躯体感觉和内侧扣带回皮质、皮质下尾状壳核和对侧同源区。癫痫诱导后第21天,两个ROI的大脑半球间功能连接明显减少,并在以后的时间点恢复。
图4
图4。半球之间和半球内部的功能连通性。
半球间功能连通性(作为标准化相关性:z(z)')在对照组(C)和癫痫组(E)中,同侧(中间图)和对侧半球(右侧图)的同侧和对侧感觉运动皮层区域(左图)和半球内功能连通性(同一半球内与感觉运动ROI相连的体素体积)之间。对照组的大脑半球间功能连通性随时间稳定,但癫痫组在第21天时降低。癫痫组的大脑半球内功能连通性在七周内增加,但在最近一个时间点下降到控制水平。线性混合模型分析得出的统计显著性表明因子具有p<0.05。
图5
图5。基于区域的空间统计结果。
基于轨迹的空间统计输出,说明癫痫患者大脑白质分数各向异性(FA)值与对照组相比存在显著差异(蓝色:减少;红色:增加。颜色代码表示第页<0.01 –第页<0.001; 错误发现率修正),覆盖在相邻冠状大鼠脑切片的平均FA图上。白色物质骨架显示为绿色。时间点(天)显示在左侧。
图6
图6。胼胝体扩散张量成像测量。
分数各向异性(FA)、轴向和径向扩散率以及ADC追踪对照组和癫痫组胼胝体内侧各时间点的值。对照组动物的FA逐渐增加。在癫痫大鼠中,这种与年龄相关的增加延迟,绝对值较低。其他三个参数均未显示出显著的组或组×时间交互作用差异。胼胝体ROI覆盖在FA模板上(ROI为白色;显示在三个正交方向的切片上)(最右侧)。线性混合模型分析得出的统计显著性表明因子具有p<0.05。

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工具书类

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