一种基于多模态成像与刺激的癫痫患者脑连接相关兴奋性评估方法

本实验的总体目标是利用静息态功能连接性、MRI引导的经颅磁刺激结合同步脑电图记录，评估癫痫患者的局部皮层过度兴奋性。该方法有助于回答癫痫与神经生理学领域的一些关键问题，例如癫痫患者在被认为是致痫网络组成部分的脑区中是否存在过度兴奋性的证据。该技术的主要优势在于，可依据脑区间的连接性来评估大脑兴奋性的差异，并可用于评估多种不同脑区的皮层反应性。

该技术对癫痫的诊断和治疗具有重要意义，因为即使常规脑电图正常，也可识别皮层过度兴奋性，并可针对致痫环路进行治疗。演示该操作的将是本实验室的研究助理 Tamara Gedankian。在测试之前，通过将每位受试者的功能连接图叠加到其结构图像上来确定两个经颅磁刺激（TMS）靶区。

开始实验前，将受试者带入测试室并让其坐在椅子上。测量受试者的头部尺寸，并选择合适大小的脑电图（Electroencephalography，简称 EEG）帽，以确保电极阻抗较低。接着，使用棉签和酒精彻底清洁每个电极位置下的皮肤。

在每个电极上添加导电凝胶，并按压电极以确保头皮、凝胶和电极之间接触良好。为尽量减少充电伪影，请确保凝胶不扩散到电极架外部。将参考电极和接地电极放置在前额，并尽可能远离刺激线圈，以最大限度降低经颅磁刺激（TMS）诱发的电极伪影污染整个记录信号的可能性。

将这些电极放置在相距几厘米范围内，以尽量减少共模噪声。然后按下脑电图（EEG）系统上的“测量阻抗”按钮。通过将EEG输出电缆插入EEG记录系统的阻抗插孔来检查电极阻抗。

确保电极阻抗不超过五千欧姆。接下来，在对侧手准备肌电图电极。给受试者佩戴耳塞，以尽量降低听力损失和耳鸣的风险。

然后将红外探测器放置在受试者头部，确保探测器的安置方式能够尽量降低实验过程中发生移动的风险。使用神经导航设备配套的定位指针，确定受试者头部预先选定的外部解剖标志点位置，从而完成头部与MRI图像的共配准。通过在其他部位施加刺激脉冲，或在头皮上施加低强度刺激脉冲，使受试者熟悉刺激感觉。

通过定位受试者大脑半球上与功能连接基础靶点同侧的运动皮层，确定静息运动阈值。将线圈垂直于脑回放置，手柄朝向枕部，从预期低于阈值的刺激强度开始进行刺激。随后以5%最大刺激器输出为步长逐步增加刺激强度，直至经颅磁刺激（TMS）在每次试验中均能稳定诱发振幅超过50微伏的运动诱发电位。

以最大刺激器输出的1%为步长，逐步降低刺激强度，直至每10次刺激中记录到的阳性反应少于5次。最后，将经颅磁刺激（TMS）强度设定至所需数值。使用神经导航软件，对各个目标区域施加单次TMS脉冲，脉冲之间采用可变间隔，以尽量减少皮层可塑性及受试者预期效应的影响。

首先进行一次独立成分分析（Independent Component Analysis，简称 ICA）的初步运算，去除代表经颅磁刺激（TMS）诱发的初始肌肉激活的 1 至 2 个成分。具体操作是使用 fast ICA 方法，选择对称法（symmetric approach）和第 10 个对比函数，执行命令如图所示。通过选择“Tools”（工具）→“Reject data using ICA”（使用 ICA 剔除数据）→“remove components by map”（按图谱去除成分），可识别与 TMS 伪迹一致的成分，该操作将绘制出所有 ICA 成分的地形图。

然后单击每个成分对应的编号以绘制成分详细信息。接下来，通过选择“工具”、“移除成分”，并在“要从数据中移除的成分”字段中输入相关成分编号，删除伪迹成分。在弹出的确认对话框中，点击“绘制ERPs”以查看删除所选成分后得到的事件相关电位（ERPs）。

为了查看单次试验的效果，请点击“绘制单次试验”。在查看完事件相关电位（ERP）后，如同检查单次试验一样，按下“接受”按钮以删除所选成分。进行第二轮独立成分分析（ICA），并移除对应于衰减、眨眼、肌电以及电极噪声等伪迹的成分。

为此，使用快速ICA方法，采用对称方法和tanh对比函数进行ICA分析，方法与第一轮ICA相同。同样，参照第一轮ICA中对地形图的分析方式，评估各成分的特性。随后标记出与残留TMS衰减伪迹、眨眼伪迹以及肌电伪迹一致的成分。

此外，根据空间和时间分布，标记出与通道噪声一致的成分。最后，如同第一轮独立成分分析（ICA）中的操作，选择“工具”→“移除成分”，在“要从数据中移除的成分”字段中输入相应的成分编号，以移除已标记的成分。静息态功能连接磁共振成像用于识别皮层表面与异位脑组织区域存在功能连接的脑区。

对这些区域进行经颅磁刺激（TMS）会产生异常增强的延迟活动，与无异常连接的区域以及健康对照者的相同位点相比均更为显著。在此，通过对癫痫患者TMS诱发电位中的异常晚期峰值进行源定位，可识别出异常活动的起源脑区，其空间位置可能与患者的癫痫发作起始区共定位。

观看本视频后，您应能充分理解如何使用静息态功能连接、MRI引导的经颅磁刺激结合脑电图（TMS-EEG）来评估癫痫及其他神经精神疾病患者大脑不同区域的皮层兴奋性。在完成该操作流程后，还可进一步开展其他方法，例如重复经颅磁刺激（rTMS），以确定降低致病神经网络相关脑区的皮层兴奋性是否能够调节疾病的活动状态。