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Science子刊:即使控制良好的癫痫也会干扰人类思维和记忆

来源:本站原创 2019-10-22 20:45

2019年10月22日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国斯坦福大学医学院的研究人员可能有助于解释为何即使是那些从治疗癫痫的药物中受益的人,也常常会继续经历思维、感知和清晰记忆方面的困难。原因在于脑电活动的病理性噪声(pathological buzz)干扰了大脑的正常活动。这些研究人员说,某些药物或植入装置可经改进后减轻这些认知缺陷。相关研究结果发表在2019年10月16日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“Cognitive refractory state caused by spontaneous epileptic high-frequency oscillations in the human brain”。
图片来自CC0 Public Domain。

这种电干扰具有重要的行为后果。为了对此加以研究,这些研究人员测试了六名在大脑中植入了传感器的患者在这种病理性的电活动与患者大脑的正常反应发生冲突期间解决某些类型问题的能力。

这种称为高频振荡(high-frequency oscillation, HFO)的病理性电活动与癫痫发作有关。论文通讯作者、斯坦福大学难治性癫痫计划负责人、神经学与神经科学教授Josef Parvizi博士说,肉眼是无法检测到HFO的,即使是受过训练的神经专家的眼睛也是如此。

大脑功能的短暂中断

Parvizi说,在易发癫痫的组织中,HFO会在一分钟内多次发生,即便在癫痫发作已通过药物得到很好控制的人的大脑中,也是如此。这项新的研究表明,即使在成功治疗的患者中,容易出现异常电活动的大脑回路在大部分时间也无法发挥作用。

在这项新的研究中,如果HFO在易发癫痫的大脑区域开始处理信息之前的几百毫秒内发生,那么它会降低参与者准确地执行简单认知任务的能力。这也减慢了他们的反应时间,并且他们报告了他们对反应准确性的信心下降。

这些研究人员发现发生这种情况是因为这段时间内的HFO干扰了健康的高频宽带(high-frequency broadband, HFB)事件。HFB与开始做一些它应该做的事情(比如处理视觉信息或回忆以前的经历)的大脑回路有关。

这些研究人员发现,HFO可以破坏健康的大脑活动长达一整秒左右。

Parvizi说:“对刚刚经历过HFO的大脑回路的认知需求就像当你的鼻子刚挨了一拳两眼仍然在冒金星时门铃响起一样。你甚至可能听不到门铃响,肯定不会去开门。”

癫痫经常被比作是大脑中的电风暴,它影响着大约1%的人口。药物让大约三分之二的经诊断患有这种疾病的人受益。在药物治疗失败的情况下,向大脑传递电脉冲的可植入设备有时也会成功。对于难治性癫痫患者,可以选择外科手术切除受影响的组织。

在这项新的研究中,Parvizi和论文第一作者、斯坦福大学博士后研究员Su Liu博士一起研究了6名成年的难治性癫痫患者,这些患者正在斯坦福大学医疗保健中心接受评估,看是否可以进行外科手术。为了有助于阐明他们的癫痫发作的起源,Parvizi和Liu将电极植入到他们的大脑中。

这项研究发现虽然这六名同意接受研究的患者处于休息状态,但是他们每分钟经历好几次HFO,奇特的是,他们并未出现明显的癫痫发作。

为了在这些参与者的易发癫痫的组织中诱发健康的HFB,这两名研究人员给他们布置了视觉或记忆任务。借助这些电极记录的数据,Parvizi和Liu使用机器学习技术来训练计算机,以便准确、可靠地区分HFO和HFB。

在这全部的六名患者中,如果自发性HFO在本应由任务引发的HFB出现之前大约一秒钟内发生,那么它会破坏、延迟、减少甚至经常完全消灭HFB。在记忆受到影响的部分患者中进行的行为测试显示当这种情形发生时,他们的记忆力较差,反应时间更长,回答记忆引发问题的信心降低。

对癫痫患者的希望

这项新研究的另一个重要结论是,癫痫组织在HFO窗口外表现正常。Parvizi说:“这应当改变我们对癫痫的看法。长期以来,人们的普遍印象是癫痫患者有'病态的大脑',对他们的'病态组织'的最佳治疗方法是将其取出。但是这项新研究告诉我们,在大多数情况下,当易发癫痫的脑组织没有经历HFO时,它的功能与周围的电稳定脑组织一样好,至少在我们研究的患者中就是这样,他们没有明显的脑结构异常。”

他说,神经外科医师虽然可以帮助患者决定是否进行外科手术切除癫痫脑组织以消除癫痫发作或减少癫痫发作频率,但是可能还需考虑这种组织在多少时间内发挥正常功能。如果这种癫痫脑组织中的自发性HFO频率相对较低,那么该组织仍保留许多认知加工能力。

Parvizi说:“也许你不想把孩子和洗澡水一起倒掉。”

Parvizi说,原则上,放置在患者大脑中的可植入设备可以区分这两种类型的电活动,并通过一阵电脉冲破坏HFO,同时保留HFB。

斯坦福大学技术许可办公室针对与这些研究结果相关的知识产权在美国申请了临时专利。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Su Liu et al. Cognitive refractory state caused by spontaneous epileptic high-frequency oscillations in the human brain. Science Translational Medicine, 2016, doi:10.1126/scitranslmed.aax7830.

2.Study shows why even well-controlled epilepsy can disrupt thinking
https://medicalxpress.com/news/2019-10-well-controlled-epilepsy-disrupt.html
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