癲癇發作是由于大腦神經元過度放電的擴散而引起的，因此半個世紀以來腦電圖（EEG）一直是科學家研究癲癇以及評估癲癇治療的重要工具。本文綜述了近 30 年頭皮 EEG 在迷走神經電刺激（VNS）治療難治性癲癇的臨床研究中的應用，重點從基于 EEG 特征預測 VNS 對藥物難治性癲癇的療效和 VNS 治療對藥物難治性癲癇患者的 EEG 影響兩方面展開介紹，并闡述相關 VNS 治療機制。其中，針對基于 EEG 特征預測 VNS 療效方面，介紹了癇樣放電變化、慢皮質電位變化極性、腦電對稱性以及腦電功率譜變化等特征指標與療效的關系；針對 VNS 治療對患者 EEG 特征的影響方面，介紹了 VNS 治療后癇樣放電、功率譜、同步性、腦網絡以及事件相關電位 P300 振幅的變化等影響。盡管目前的研究尚未確定具有代表性的、可用于臨床推廣的 EEG 標志物，本綜述可為大宗案例的前瞻性研究奠定基礎，有利于指導 EEG 應用于 VNS 的臨床治療，為預測、評估 VNS 療效以及理解 VNS 治療機制提供思路，具有重要的臨床價值和科學意義。
引用本文： 覃小雅, 袁媛, 陳彥, 廖建湘, 林素芳, 楊曌, 李路明. 頭皮腦電圖在迷走神經電刺激治療難治性癲癇研究中的應用. 生物醫學工程學雜志, 2020, 37(4): 699-707. doi: 10.7507/1001-5515.201909002 復制
引言
腦電圖（electroencephalogram，EEG）檢查是診斷和評估癲癇的金標準[1]。近年來越來越多的科研人員嘗試通過患者 EEG 特征了解迷走神經電刺激（vagus nerve stimulation，VNS）治療難治性癲癇患者的情況。這類研究主要集中在以下三個方面：
（1）探索術前預測 VNS 療效的 EEG 指標。VNS 治療藥物難治性癲癇，術后 3～6 個月有 30%～40% 的患者能得到大于 60% 的癲癇發作控制率，術后 24 個月后約 60% 的患者能得到大于 50% 的癲癇發作控制率，另有約 10% 的患者完全無效[2]。通過 VNS 療效的預測，能夠減少醫療資源的浪費，避免無效植入，提高 VNS 的治療效果。
（2）探索評估 VNS 療效的 EEG 指標。目前評估 VNS 臨床療效主要依靠患者自報癲癇發作次數變化，存在主觀性強的缺點[3-4]，因此有必要尋找能夠體現疾病進展與嚴重程度的生物標志物，客觀評價 VNS 等療法的效果。EEG 變化平行或先于臨床效果，在治療中具有參考意義[4]。
（3）探索 VNS 治療機制。癲癇發作是由于大腦神經元過度放電的擴散而引起的[5]，分析 VNS 對 EEG 的影響將有助于研究 VNS 治療機制。
本文綜述了頭皮 EEG 在 VNS 治療難治性癲癇的臨床研究中的應用，旨在指導 EEG 應用于 VNS 的臨床治療，為未來前瞻性的研究奠定基礎，為預測、評估 VNS 療效以及理解 VNS 治療機制提供思路。
1 VNS 療效預測的 EEG 指標
最早通過 EEG 尋找 VNS 療效指標主要基于目視檢查，即由 EEG 技師或研究者通過肉眼直接觀察 EEG 獲取發作間期癇樣放電（interictal epileptiform discharges，IEDs）、背景節律等信息。隨著計算機技術的發展，定量 EEG 分析逐漸成為研究熱點。定量 EEG 是指通過計算機用定量的方法（如時域和頻域計算）對 EEG 信號進行處理的過程[6]，可監測到肉眼看不到的 EEG 特征，如同步性、功率譜和對稱性[7]，相對于視覺分析更為客觀、靈敏。現在臨床上 EEG 多用于腦功能評估、缺血性腦血管病、麻醉深度監測以及癡呆、癲癇的診斷與治療[8]。基于 EEG 的 VNS 預測指標研究見表1[9-16]。
表1
VNS 療效預測的 EEG 指標臨床研究列表
Table1.
Study list of EEG indicators for VNS outcome
1.1 發作間期癇樣放電
研究者最早通過目視觀察治療前 IEDs 的數量和位置等來尋找 VNS 療效預測指標。Majoie 等[10]入組了 19 例難治性癲癇兒童患者，發現 VNS 有效者的 EEG 平均背景活動頻率更高、IEDs 更少以及具有更高的認知水平。這三個方面可以認為是對大腦功能的一種衡量：背景活動頻率越低，IEDs 越多，則腦損傷的程度越高。Janszky 等[9]和 Kim 等[11]兩項研究則發現，EEG 呈非雙側 IEDs 的患者通過 VNS 治療達到癲癇完全控制的可能性更高。
1.2 功率譜
功率譜表現信號的頻率含量或信號功率隨頻率的分布[17]。用頭皮電極記錄到的 EEG 本身是一個大腦各部分發出的各種頻率的腦電的總和，通過對不同頻段的腦電圖功率譜進行分析，可以體現腦電的反應性[16]。因此，研究者嘗試通過腦電功率譜的區別尋找預測 VNS 療效的腦電標志物。
2019 年，Brázdil 等[16]對 60 例 VNS 治療的患者進行回顧性分析并建立 VNS 療效預測模型。結果顯示，有效者和無效者在兩個頻段（α 與 γ）和四個狀態（過度換氣、閃光刺激與兩個靜息態）下存在顯著差異。在 VNS 有效者的過度換氣過程中 α 波和 γ 波的活性顯著增強，可能反映了 VNS 有效者及無效者大腦在神經元興奮性和突觸傳遞的不同特性。最后，通過另外 22 例患者的獨立數據集去驗證預測模型的可靠性，最優模型的準確率為 86%，靈敏度為 83%，特異性為 90%。
目前研究認為 α 波和 γ 波起源主要是丘腦皮質回路[18-19]。外部刺激對 VNS 有效者與無效者 α 和 γ 頻段的不同影響，可能是由于神經相互關聯性的差異以及腦基質中不同水平的神經遞質所導致的[20]。這種差異可能會影響外部刺激通過迷走神經傳遞到丘腦皮質回路和其他大腦網絡的效果[21-22]。同時，有些研究者認為 VNS 作用的機制是調節丘腦和丘腦皮質投射的突觸活動，增加 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受體的可塑性，以及調節與 γ 振蕩直接相關的 GABA 活動[23-24]。
因此，通過觀察四種狀態下的 α 波與 γ 波功率譜變化可作為評估患者對 VNS 的響應性的潛在預測指標。但是該指標使用的前提是患者能夠配合進行閃光刺激及過度換氣這兩項誘發實驗，部分難治性癲癇患者由于智力與認知障礙難以配合完成誘發實驗，且誘發實驗也可能會引起不可預測的結果。
1.3 皮質慢電位
皮質慢電位（slow cortical potential，SCP）屬于事件相關電位中的一種，是刺激后的腦電信號中從數百毫秒持續到幾秒鐘的較大的負電位或正電位[25]。SCP 的負位移反映癲癇發作前的低激發閾值，因此有研究者嘗試尋找 SCP 位移的正負性與 VNS 療效的關系。
研究顯示，在刺激過程中，VNS 有效者的 SCP 轉移為正極性，說明癲癇發作的激發閾值提高[14, 25]。神經元的去極化在 EEG 上表現為負性 SCP 移位，表示興奮性突觸后電位和神經元興奮的激活；而神經元的超極化，在 EEG 上表現為正性 SCP 移位，表示抑制性突觸后電位的激活和神經元活動的抑制[25-26]。Zagon 等[27]的研究認為皮質錐體神經元的慢速超極化是 VNS 抑制癲癇發作的潛在機制之一。
由于 SCP 需要在 VNS 刺激的條件下獲得，有研究者提出，可以在迷走神經刺激系統植入手術前對迷走神經進行適當的非侵入性刺激（如經皮迷走神經電刺激）并記錄 SCP，進一步探究該指標用于 VNS 療效預測的可行性[14]。此外，SCP 信號容易受到癇樣放電和設備噪音等的干擾，因此，此方法需要考慮對原始信號中的噪音干擾進行有效的濾波[28]。
1.4 腦對稱性
單通道配對衍生腦對稱指數（pair wise derived brain symmetry index，pdBSI）是衡量 EEG 對稱性的指標之一，針對左右半球同源通道的對稱性進行配對評估[29]。許多難治性癲癇患者的發作間期腦電圖呈現不對稱特點，如局灶性變慢或振幅不對稱，而 pdBSI 可以靈敏地確定具有多個或隱源性病灶的癲癇患者 EEG 的不對稱性[12]。因此，有研究者通過 pdBSI 來量化發作間期基線對稱性，觀察其是否能夠成為 VNS 療效預測的指標。pdBSI 越小，EEG 的對稱性越高。
de Vos 等[12]收集了 19 個 16 歲以上患者 VNS 植入前的清醒閉眼 EEG，分別計算在 δ（0.5～4 Hz）、θ（4～8 Hz）、α（8～12 Hz）和 β（12～30 Hz）這 4 個頻段的 pdBSI。結果顯示所有患者四個頻段的 pdBSI 值均大于健康對照組。VNS 無效患者的 pdBSI 值都顯著高于有效者。研究者認為 pdBSI 更低的患者使用 VNS 治療效果更好。但 Hilderink 等[13]于 2017 年發表了矛盾的結果。他們將 39 個患者根據 VNS 治療一年后的療效分為好、中等、差三類，對比這三類患者的術前睜、閉眼兩種條件下腦電的 pdBSI，均沒有顯著差異。研究者最終認為 pdBSI 不適用于預測 VNS 療效。因此，pdBSI 是否能作為預測 VNS 療效的潛在生物標志物還有待考量，其他能夠衡量腦對稱情況的指數也可考慮加入進行對比研究。
目前，IEDs、SCP 和功率譜在 VNS 療效預測方面取得了較好的結果，但是均屬于回顧性研究，結果可能存在偏倚。
2 VNS 對 EEG 模式的影響
相比通過患者 EEG 特征進行 VNS 療效預測，更多的研究是使用 EEG 特征評估 VNS 的療效，觀察 VNS 對患者 EEG 的影響，具體研究列于表2[30-50]。通過觀察 VNS 對于患者 EEG 的影響，評價 VNS 療效與患者 EEG 特征的關聯，尋找客觀評價 VNS 療效的 EEG 指標，為參數調節提供參考，同時也為尋找預測 VNS 療效的 EEG 標記物提供依據。此外，由于 VNS 刺激器電池在 7～10 年后耗盡，這類研究將有助于給醫生和患者考慮 VNS 再植入時提供參考。
表2
VNS 對 EEG 特征影響的臨床研究列表
Table2.
The list of clinical studies on the effects of VNS on EEG features
2.1 發作間期癇樣放電
IEDs 能反映皮質神經元的興奮性狀態[51]。最初的研究顯示 VNS 并不引起任何 IEDs 的急性變化[30]，之后陸續有研究證明急性或長期 VNS 均能夠減少 IEDs 并改善患者腦電圖[32-39]，并且癲癇發作減少量與 IEDs 減少量之間存在一定相關性[32, 34-35, 37, 39]。
Santiago-Rodríguez 等[36]對比迷走神經刺激的 30 s/5 min 和 7 s/18 s 兩周期對 IEDs 的急性影響，發現 VNS 對 IEDs 存在急性效應。在 80% 的患者中，30 s/5 min 周期可降低 IEDs，而 7 s/18 s 周期則不能。在 20% 的患者中，兩種刺激周期均增加了 IEDs 活動。林志國等[39]對 8 例難治性癲癇患者的 VNS 術前和術后 1 個月、3 個月、6 個月和 12 個月的 EEG 進行比較研究，結果顯示，VNS 可以改善難治性癲癇患者的腦電，縮短異常同步放電的持續時間，隨著治療時間延長 IEDs 總數逐步減少。但是 VNS 并不能使患者的 EEG 完全恢復到正常人水平，作者認為 VNS 是對腦部異常放電進行逐漸抑制，并不是完全消除這種異常的電節律。
由于 IEDs 與癲癇發作之間的關系尚不確定，因此尚未見臨床研究在評價治療效果時將其作為預后評估參數。對于 VNS 對患者腦電圖中 IEDs 的影響，目前的研究并未得到比較一致的結論，雖然多數研究發現 VNS 能夠引起 IEDs 減少并與癲癇發作減少呈相關性，但是部分病例 IEDs 減弱或消失與 VNS 治療后癲癇發作改善并無直接關系，仍需要更多大型前瞻性或回顧性研究進行探究以確認 IEDs 的檢查是否具有作為評估 VNS 療效指標的潛力。
2.2 功率譜
有研究對受試者的 VNS 治療前后發作間期腦電圖各個頻段及總功率譜變化進行對比分析，以尋找 VNS 對患者 EEG 的影響。最早的研究發表于 1993 年，Salinsky 等[41]發現 VNS 對六個受試者的任何常規頻段的腦電功率均無急性影響。后來的研究發現長期 VNS 對 EEG 功率譜是有影響的。
Marrosu 等[23]評估了 11 個 VNS 治療后無改善的難治性癲癇患者清醒腦電背景的功率譜和同步性。VNS 治療后 1 個月及 1 年后的結果均認為，VNS 會提高 γ 波段（20～50 Hz）的功率譜以及大腦半球內、半球間的同步水平，減少 20 Hz 以下頻段的同步性但對功率譜無影響，而且 VNS 治療 1 年后 γ 頻段的功率相比 1 個月時有所提高。研究者認為這可能與 VNS 抗驚厥機制相關。然而，這一結果仍是有爭議的，已有研究表明從頭皮 EEG 記錄到 γ 活動的可能性很小，研究者指出，即使是正常的靜息腦電圖也可能在 γ 頻帶上顯示出明顯的肌電圖活性污染[52]。因此，目前 VNS 對功率譜的影響尚無定論，有待更多研究。
2.3 同步性
癲癇發作與神經元超同步放電密切相關[53-54]。因此，有研究者選擇以腦電同步水平來評估 VNS 對 EEG 的影響，試圖尋找 VNS 機制以及反映 VNS 療效的生物標志物[43-45]。
Bodin 等[44]通過相位滯后指數（phase lag index，PLI）評估了 19 例植入 VNS 的癲癇患者發作間期腦電信號同步性變化，并與 VNS 治療后的陽性或陰性臨床結果相關聯。結果發現有效者的發作間期寬頻段 EEG 整體同步水平要低于無效者。此外，與“關”期相比，“開”期的同步性明顯更差（P<0.001）。在 δ 和 α 頻段，VNS 有效者的全腦同步水平明顯更低。該研究與已有研究認為在 VNS 的“開”期 EEG 的同步性下降是一致的。研究者認為同步水平的變化是反映 VNS 療效的潛在指標。
基于同步性的研究都驗證了 VNS 治療機制的假說之一，即 VNS 能夠介導皮質網絡去同步。EEG 的去同步被認為是 VNS 抗癲癇作用的可能機制[55]，因此降低皮質同步性對癲癇的預防具有潛在影響，可能還會抵消癲癇發作在大腦內傳播的后果。
2.4 腦網絡
越來越多的研究者認同癲癇是一種腦網絡連接失調疾病[23, 56]。隨著國內外腦研究計劃的提出，基于 EEG 信號構建腦網絡成為研究的方向和熱點，衡量不同大腦區域之間連通性的方法和研究有了較多的積累[56]。近五年開始有研究者將 EEG 腦網絡用于 VNS 治療難治性癲癇的研究，探討 VNS 引起的臨床改善與腦網絡拓撲結構改變之間的關系。
Fraschini 等[48]對 10 例難治性癲癇患者的 EEG 進行分析，利用 PLI 估計 EEG 信號通道之間的功能連接，并計算最小生成樹（minimum spanning tree，MST），以無偏差的方式表征 VNS 引起的網絡拓撲中的改變。結果發現，VNS 治療會誘導功能性腦網絡朝向更有效（即更集成）的網絡結構重組，并且這些重組與觀察到的臨床改善相關。這一發現表明，VNS 治療所產生的積極作用可能與更優的網絡重組有關。因此，MST 分析可用于評估和監測 VNS 治療癲癇和精神疾病的潛在療效。
Uchida 等[49]對 2 例額葉癲癇患者的腦電圖進行分析，基于格蘭杰因果關系（Granger causality，GC）方法構建腦網絡，分析 VNS 在開和關的情況下對腦電圖連通性的影響，并試圖闡述 VNS 的作用機制。該研究通過計算電極間的 GCs，并基于圖論用頭皮圖直觀地表示其進度和出度。研究結果表明，VNS 治療可增強額葉與其他腦區之間的功能神經連接，且該影響是左右不對稱的。這可能說明 VNS 是通過幫助患者保持清醒來控制癲癇發作。此外，該研究的結果也支持了現有的 VNS 治療對大腦的雙側不對稱效應假說。
相比健康人大腦網絡的復雜，癲癇患者腦網絡容易出現更多的不規則性或隨機性，這可能是神經病理的一個生物標記物[57]。VNS 能夠誘導腦網絡的更優重組，增強額葉與其他腦區之間的功能神經連接。目前已出現基于 PLI、GC 和 MI 建立的腦網絡用于 VNS 治療的研究[48-50]，未來可嘗試將更多腦網絡研究方法用于 VNS 治療的研究。
2.5 事件相關電位 P300
1965 年，Sutton 發現無論是在聽覺還是視覺通路，對刺激的辨識和判斷會在其后約 300 ms 的 EEG 上引起較大的正走向成分，根據該成分的特點將其命名為 P300[58]。藍斑去甲腎上腺素能系統的激活對 VNS 的抗癲癇作用至關重要[59-60]，而 P300 事件相關電位被認為是藍斑核腎上腺素能活化的非侵入性標志物[61-62]，因此有研究者選擇通過 P300 事件相關電位來評估 VNS 對人腦中去甲腎上素能信號的影響。
2014 年，De Taeye 等[46]對比 10 名 VNS 有效者和 10 名無效者的 P300 事件相關電位是否存在差異。結果顯示，在 VNS 有效者中，頂葉中線電極的 P300 振幅顯著增加。邏輯回歸分析顯示，P300 振幅的增加可以作為 VNS 有效患者的無創指標。該研究結果也支持了藍斑去甲腎上腺素能系統與 VNS 的抗癲癇作用有關的假說。
Wostyn 等[47]于 2017 年的研究同樣發現 VNS 刺激時有效者的 P300 振幅顯著增加，無效者的 P300 振幅顯著減少，并發現非中線電極記錄的 P300 特征比中線電極更明顯。為進一步解釋 VNS 的作用機制，研究者通過腦電源定位和腦功能連接分析發現，邊緣系統、腦島和眶額皮質的活動依賴于 VNS 的開關或患者組（有效組/無效組）。說明這些區域在 VNS 的作用機制中起著重要作用，但是還需要進行更大規模的患者研究來證實這一發現。這些結果與文獻中提出的 VNS 介導邊緣和顳葉結構的活性[63]一致。
目前的研究認為，通過對比 VNS 開或關時 P300 振幅是否顯著增加，可以區分 VNS 有效者與無效者。雖然在 VNS 關和開的情況下分別進行了測量，但 VNS 的療效在關閉后仍會存在，因此目前對于指導 VNS 術前療效評估仍需更多研究。而且，由于不同研究誘發 P300 的刺激強度（40～100 dB）變化很大，因此有必要將刺激強度水平標準化以增強 P300 在不同類型的癲癇中的使用。
對于探究 VNS 對于 EEG 模式的影響，更多的研究集中在定量 EEG 分析，并且找出了較多與療效相關的潛在指標，對 VNS 治療機制的探索具有較好的指示性。理論上，VNS 有效者和無效者之間因 VNS 治療引起的腦節律差異性變化，可能反映了外部刺激引起的 EEG 同步、去同步或腦網絡變化的（非特異性）易感性的個體間差異。這種易感性的差異可能是個體 VNS 療效的基礎。此外，無論是急性效應還是長期效應研究，都對 VNS 的治療機制探索有指示性作用，而且將急性效應與不同 VNS 參數聯系起來有可能用于指導 VNS 參數的調整，因此 VNS 對 EEG 的長期效應及急性效應均需要進一步探究。
3 局限性
目前通過 EEG 在 VNS 治療難治性癲癇的臨床研究中進行療效預測、療效評估以及機制探究的研究可能存在以下問題：① 患者數量有限，難以評估研究結果的臨床適用性；② 目視檢查辨別癇樣放電具有一定主觀性；③ 對于定量分析，越高級復雜的分析越容易引入誤差，進行方法學選擇需要謹慎，不同的方法學（例如線性或非線性分析、參考電極的選擇），可能會對腦電圖分析產生不同的結果與解釋；④ 患者自報發作次數具有主觀性，且以癲癇發作減少 50% 作為界定 VNS 有效和無效的標準過于粗糙，可嘗試將癲癇發作的強度、持續時間和擴散程度加入，目前研究均未考慮這些因素；⑤ 臨床上采集的 EEG 容易引入噪聲；⑥ 上文的研究結果大多來自于回顧性的單中心研究，不同的研究中患者接受 VNS 治療的時間不等，VNS 治療時間的長短可能會影響結果，且只有少數患者參與獨立驗證，無法保證所獲得的指標的魯棒性；因此，這些研究結果需在前瞻性、多中心和精心設計的長期臨床研究中進行驗證。
4 展望
4.1 IEDs 可能是 VNS 治療相關生物標志物
IEDs 對于 VNS 療效的預測以及療效的評估均具有一定的臨床價值。現有研究表明 IEDs 較少的患者 VNS 預后更好，而 VNS 療法又可以引起 IEDs 的減少，尤其是在 VNS 治療有效患者中這一趨勢更為顯著。這一現象的原因可能是 IEDs 與患者癲癇發作的閾值有關，VNS 又可在一定程度上提高患者癲癇發作的閾值，抑制皮質的興奮性。雖然 IEDs 與癲癇發作密切相關[8]，但是腦內真正的致癇性網絡與 IEDs 是否具有相關性，以及 IEDs 數量與難治性癲癇患者發作頻率的關系均尚未明確，上述猜想還需要進一步驗證。
觀察腦電圖中的波形和數量是費時并且主觀的，容易受到技師專業水平高低的影響，在進行基于 IEDs 數量和位置的研究時需要考慮如何減少結果的主觀性，如多位技師復查、使用統一的軟件進行 IEDs 自動提取等。此外，癲癇發作個體差異性強，可能具有一定的晝夜節律和周期，同時容易受到患者當天狀態的影響[64]，因此 EEG 數據的取點時間與時長值得研究者考慮。
4.2 通過 VNS 對 EEG 的影響尋找療效預測指標
除了目視檢查 IEDs 變化，其余 VNS 相關 EEG 指標均是基于成熟的 EEG 信號分析方法，主要包括功率譜分析、同步性分析及腦網絡分析這三大類。功率譜是 EEG 反應性最基本的體現，在 VNS 療效預測與評估的 EEG 指標研究中均被使用。EEG 的同步性和腦網絡分析尚未應用于 VNS 療效預測研究。VNS 治療會對大腦 EEG 同步性和腦網絡產生影響，且在 VNS 有效者和無效者上存在顯著差別，可能是由于二者的 EEG 模式在術前就存在某些本質差異導致的。這為將 VNS 術前 EEG 的同步性或腦網絡特征用于探索 VNS 療效預測指標提供了依據。預測指標和評估指標存在相通的可能性，可以考慮先對患者術前術后的 EEG 進行分析，找出 VNS 對患者 EEG 的具體影響以及在有效者、無效者之間的差異，再以此為基礎去進行相關預測指標的探索。
4.3 隨訪時間需要考慮
由于 EEG 的采集是在某些特定時間節點進行，而 VNS 的療效具有一定時變性，因此有必要探究患者 EEG 在 VNS 術前及術后多個不同時間點的特征變化。現有多數研究均只采用了比較籠統的某個隨訪時間點，患者與患者之間隨訪時間點不盡相同，僅有部分研究收集了 VNS 術前與治療后 2～3 個不同隨訪時間點 EEG 數據進行比較（見表2）。在 IEDs 變化方面，VNS 植入后 1 個月、3 個月、6 個月、9 個月、12 個月及 24 個月的 IEDs 在睡眠期和清醒期顯著減少[32, 34-35, 37, 39]，且可能與 VNS 療效具有相關性。其中，Wang 等[37]的研究中 VNS 術后 3 個月的 IEDs 變化沒有統計學意義，在 6、12 和 24 個月時癲癇發作頻率的減少與 IED 的降低之間存在顯著的相關性（6 個月：r=0.429，P=0.289；12 個月：r=0.929，P=0.001；24 個月：r=0.766，P=0.027），說明 VNS 引起 IEDs 改善不是即刻的，而是在數月后逐漸增加。
在 EEG 定量分析方面，大部分研究采用了不同的分析方法和指標且僅針對某一時間點，導致難以將這些研究糅合以體現 EEG 模式隨著 VNS 治療時間的變化。Wang 等[50]將 20 例 Dravet 綜合征患者的 VNS 術前及術后 6 個月、12 個月及 24 個月的 EEG，通過 MI 構建腦網絡并對比特征路徑長度、全局效率、傳遞性和中心性這四項屬性。結果發現，在 VNS 術后 6 個月時所有患者腦網絡屬性達到了最顯著的陽性反應，在 12 個月和 24 個月時陽性反應減弱。因此，EEG 隨 VNS 治療時間變化的特征性可能并非線性變化。
作為一種慢性的間歇電刺激，VNS 作用于涉及癲癇網絡的大腦區域，可能通過調制或改變神經元突觸來誘導 IEDs、同步性或者腦網絡等變化，而神經元突觸的改變需要一段時間，這也解釋了腦電圖隨時間的進行性變化。
4.4 多指標聯合
目前還沒有單一指標能夠指示 VNS 療法的有效性，可以嘗試多指標結合，如功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）等影像學與電生理學的組合指標或是結合患者其他臨床資料的多組學指標。
現有關于 VNS 預后因素分析的研究大部分是基于患者的一般臨床資料，認為患者特征（包括起病年齡、病程、VNS 植入時間、智力水平）、癲癇發作頻率、癲癇發作類型、癲癇綜合征歸類、癲癇病因、影像學特征都有可能對 VNS 預后產生一定的影響，其中也存在部分研究之間的結論是矛盾的[65-67]。癲癇本身是一個體系復雜的疾病，可能會存在患者 EEG 的異質性，通過單一的 EEG 特征作為 VNS 術前療效預判及術后療效評價的標志物是具有局限性的，結合其他臨床資料去進行研究雖然需要建立更復雜的研究模型，但是更有利于找到具有魯棒性的指標。
Liu 等[68]的研究發現術前心率變異性可用于預測成人 VNS 療效，但小樣本數量限制了結果的可靠性。Ravan 等[15]采用 EEG 與 ECG 組合的聯合指標對 VNS 治療效果的分類準確率為 85.85%，提出了一種新的定量方法來衡量 VNS 治療在減輕癲癇發作嚴重程度方面的作用。Mithani 等[66]通過聯合 38 例植入 VNS 的難治性癲癇兒童的 DTI 和腦磁圖腦網絡建立出療效預測模型，之后用另外 18 例兒童數據進行驗證，得到該模型的準確率為 83.3%，明顯優于單獨使用臨床協變量的預測。這 56 例兒童 EEG 數據分別來自三家中心。這也是第一個多中心、多模態的 VNS 療效預測研究。
EEG-fMRI 聯合是用于癲癇的神經網絡研究及致癇灶定位研究的一種有效的新方法，兼具腦電的高時間分辨率和磁共振成像的高空間分辨率[69]。這項技術對癲癇活動中涉及的網絡極具洞察力，而且它提供了相對統一的全腦覆蓋，擅長發現不同類型癲癇的大腦網絡異常[70]，有利于將 VNS 刺激對大腦產生的急性效應或長期效應具象到準確腦區之間并且掌握各腦區間隨著時間的信息流向。雖然目前尚未見關于 VNS 治療相關的 fMRI-EEG 研究報道，但隨著 fMRI 和癲癇治療研究的深入以及未來核磁相容 VNS 的研發，fMRI-EEG 極有潛力成為 VNS 研究的新手段。
4.5 采用規范的 EEG 采集方法與處理流程
EEG 分析研究的可重復性對于準確找出 VNS 相關指標至關重要，而不同研究者在 EEG 采集與處理流程上的差異也可能導致不同的結果。人腦測繪組織（the Organization for Human Brain Mapping，OBH）于 2019 年 8 月發布了關于腦磁圖（magnetoencephalography，MEG）和 EEG 數據的分析與分享的最佳實踐“Best practices in data analysis and sharing in neuroimaging using MEEG”[71]，從實驗設計、數據搜集、數據預處理和數據處理、統計模型、結果報告到數據的分享和重現，提出了相應的原則與最佳實踐。這樣的標準化、規范化將有助于提高研究的可重復性以及研究之間的比較。
雖然目前的研究尚未找出具有代表性的、可用于臨床推廣的 EEG 標志物，但頭皮 EEG 的無創性、技術現狀以及現代計算機技術實時應用的潛力都使腦電圖分析成為研究 VNS 效應的理想方法。尋找合適的數據表達方式使腦電數據分析發揮作用，建立直觀有效的可視化方法顯示腦網絡特征信息，結合多個指標建立有效模型，對于研究癲癇療法和揭示 VNS 工作機制具有重要意義。
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
引言
腦電圖（electroencephalogram，EEG）檢查是診斷和評估癲癇的金標準[1]。近年來越來越多的科研人員嘗試通過患者 EEG 特征了解迷走神經電刺激（vagus nerve stimulation，VNS）治療難治性癲癇患者的情況。這類研究主要集中在以下三個方面：
（1）探索術前預測 VNS 療效的 EEG 指標。VNS 治療藥物難治性癲癇，術后 3～6 個月有 30%～40% 的患者能得到大于 60% 的癲癇發作控制率，術后 24 個月后約 60% 的患者能得到大于 50% 的癲癇發作控制率，另有約 10% 的患者完全無效[2]。通過 VNS 療效的預測，能夠減少醫療資源的浪費，避免無效植入，提高 VNS 的治療效果。
（2）探索評估 VNS 療效的 EEG 指標。目前評估 VNS 臨床療效主要依靠患者自報癲癇發作次數變化，存在主觀性強的缺點[3-4]，因此有必要尋找能夠體現疾病進展與嚴重程度的生物標志物，客觀評價 VNS 等療法的效果。EEG 變化平行或先于臨床效果，在治療中具有參考意義[4]。
（3）探索 VNS 治療機制。癲癇發作是由于大腦神經元過度放電的擴散而引起的[5]，分析 VNS 對 EEG 的影響將有助于研究 VNS 治療機制。
本文綜述了頭皮 EEG 在 VNS 治療難治性癲癇的臨床研究中的應用，旨在指導 EEG 應用于 VNS 的臨床治療，為未來前瞻性的研究奠定基礎，為預測、評估 VNS 療效以及理解 VNS 治療機制提供思路。
1 VNS 療效預測的 EEG 指標
最早通過 EEG 尋找 VNS 療效指標主要基于目視檢查，即由 EEG 技師或研究者通過肉眼直接觀察 EEG 獲取發作間期癇樣放電（interictal epileptiform discharges，IEDs）、背景節律等信息。隨著計算機技術的發展，定量 EEG 分析逐漸成為研究熱點。定量 EEG 是指通過計算機用定量的方法（如時域和頻域計算）對 EEG 信號進行處理的過程[6]，可監測到肉眼看不到的 EEG 特征，如同步性、功率譜和對稱性[7]，相對于視覺分析更為客觀、靈敏。現在臨床上 EEG 多用于腦功能評估、缺血性腦血管病、麻醉深度監測以及癡呆、癲癇的診斷與治療[8]。基于 EEG 的 VNS 預測指標研究見表1[9-16]。
表1
VNS 療效預測的 EEG 指標臨床研究列表
Table1.
Study list of EEG indicators for VNS outcome
1.1 發作間期癇樣放電
研究者最早通過目視觀察治療前 IEDs 的數量和位置等來尋找 VNS 療效預測指標。Majoie 等[10]入組了 19 例難治性癲癇兒童患者，發現 VNS 有效者的 EEG 平均背景活動頻率更高、IEDs 更少以及具有更高的認知水平。這三個方面可以認為是對大腦功能的一種衡量：背景活動頻率越低，IEDs 越多，則腦損傷的程度越高。Janszky 等[9]和 Kim 等[11]兩項研究則發現，EEG 呈非雙側 IEDs 的患者通過 VNS 治療達到癲癇完全控制的可能性更高。
1.2 功率譜
功率譜表現信號的頻率含量或信號功率隨頻率的分布[17]。用頭皮電極記錄到的 EEG 本身是一個大腦各部分發出的各種頻率的腦電的總和，通過對不同頻段的腦電圖功率譜進行分析，可以體現腦電的反應性[16]。因此，研究者嘗試通過腦電功率譜的區別尋找預測 VNS 療效的腦電標志物。
2019 年，Brázdil 等[16]對 60 例 VNS 治療的患者進行回顧性分析并建立 VNS 療效預測模型。結果顯示，有效者和無效者在兩個頻段（α 與 γ）和四個狀態（過度換氣、閃光刺激與兩個靜息態）下存在顯著差異。在 VNS 有效者的過度換氣過程中 α 波和 γ 波的活性顯著增強，可能反映了 VNS 有效者及無效者大腦在神經元興奮性和突觸傳遞的不同特性。最后，通過另外 22 例患者的獨立數據集去驗證預測模型的可靠性，最優模型的準確率為 86%，靈敏度為 83%，特異性為 90%。
目前研究認為 α 波和 γ 波起源主要是丘腦皮質回路[18-19]。外部刺激對 VNS 有效者與無效者 α 和 γ 頻段的不同影響，可能是由于神經相互關聯性的差異以及腦基質中不同水平的神經遞質所導致的[20]。這種差異可能會影響外部刺激通過迷走神經傳遞到丘腦皮質回路和其他大腦網絡的效果[21-22]。同時，有些研究者認為 VNS 作用的機制是調節丘腦和丘腦皮質投射的突觸活動，增加 γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）受體的可塑性，以及調節與 γ 振蕩直接相關的 GABA 活動[23-24]。
因此，通過觀察四種狀態下的 α 波與 γ 波功率譜變化可作為評估患者對 VNS 的響應性的潛在預測指標。但是該指標使用的前提是患者能夠配合進行閃光刺激及過度換氣這兩項誘發實驗，部分難治性癲癇患者由于智力與認知障礙難以配合完成誘發實驗，且誘發實驗也可能會引起不可預測的結果。
1.3 皮質慢電位
皮質慢電位（slow cortical potential，SCP）屬于事件相關電位中的一種，是刺激后的腦電信號中從數百毫秒持續到幾秒鐘的較大的負電位或正電位[25]。SCP 的負位移反映癲癇發作前的低激發閾值，因此有研究者嘗試尋找 SCP 位移的正負性與 VNS 療效的關系。
研究顯示，在刺激過程中，VNS 有效者的 SCP 轉移為正極性，說明癲癇發作的激發閾值提高[14, 25]。神經元的去極化在 EEG 上表現為負性 SCP 移位，表示興奮性突觸后電位和神經元興奮的激活；而神經元的超極化，在 EEG 上表現為正性 SCP 移位，表示抑制性突觸后電位的激活和神經元活動的抑制[25-26]。Zagon 等[27]的研究認為皮質錐體神經元的慢速超極化是 VNS 抑制癲癇發作的潛在機制之一。
由于 SCP 需要在 VNS 刺激的條件下獲得，有研究者提出，可以在迷走神經刺激系統植入手術前對迷走神經進行適當的非侵入性刺激（如經皮迷走神經電刺激）并記錄 SCP，進一步探究該指標用于 VNS 療效預測的可行性[14]。此外，SCP 信號容易受到癇樣放電和設備噪音等的干擾，因此，此方法需要考慮對原始信號中的噪音干擾進行有效的濾波[28]。
1.4 腦對稱性
單通道配對衍生腦對稱指數（pair wise derived brain symmetry index，pdBSI）是衡量 EEG 對稱性的指標之一，針對左右半球同源通道的對稱性進行配對評估[29]。許多難治性癲癇患者的發作間期腦電圖呈現不對稱特點，如局灶性變慢或振幅不對稱，而 pdBSI 可以靈敏地確定具有多個或隱源性病灶的癲癇患者 EEG 的不對稱性[12]。因此，有研究者通過 pdBSI 來量化發作間期基線對稱性，觀察其是否能夠成為 VNS 療效預測的指標。pdBSI 越小，EEG 的對稱性越高。
de Vos 等[12]收集了 19 個 16 歲以上患者 VNS 植入前的清醒閉眼 EEG，分別計算在 δ（0.5～4 Hz）、θ（4～8 Hz）、α（8～12 Hz）和 β（12～30 Hz）這 4 個頻段的 pdBSI。結果顯示所有患者四個頻段的 pdBSI 值均大于健康對照組。VNS 無效患者的 pdBSI 值都顯著高于有效者。研究者認為 pdBSI 更低的患者使用 VNS 治療效果更好。但 Hilderink 等[13]于 2017 年發表了矛盾的結果。他們將 39 個患者根據 VNS 治療一年后的療效分為好、中等、差三類，對比這三類患者的術前睜、閉眼兩種條件下腦電的 pdBSI，均沒有顯著差異。研究者最終認為 pdBSI 不適用于預測 VNS 療效。因此，pdBSI 是否能作為預測 VNS 療效的潛在生物標志物還有待考量，其他能夠衡量腦對稱情況的指數也可考慮加入進行對比研究。
目前，IEDs、SCP 和功率譜在 VNS 療效預測方面取得了較好的結果，但是均屬于回顧性研究，結果可能存在偏倚。
2 VNS 對 EEG 模式的影響
相比通過患者 EEG 特征進行 VNS 療效預測，更多的研究是使用 EEG 特征評估 VNS 的療效，觀察 VNS 對患者 EEG 的影響，具體研究列于表2[30-50]。通過觀察 VNS 對于患者 EEG 的影響，評價 VNS 療效與患者 EEG 特征的關聯，尋找客觀評價 VNS 療效的 EEG 指標，為參數調節提供參考，同時也為尋找預測 VNS 療效的 EEG 標記物提供依據。此外，由于 VNS 刺激器電池在 7～10 年后耗盡，這類研究將有助于給醫生和患者考慮 VNS 再植入時提供參考。
表2
VNS 對 EEG 特征影響的臨床研究列表
Table2.
The list of clinical studies on the effects of VNS on EEG features
2.1 發作間期癇樣放電
IEDs 能反映皮質神經元的興奮性狀態[51]。最初的研究顯示 VNS 并不引起任何 IEDs 的急性變化[30]，之后陸續有研究證明急性或長期 VNS 均能夠減少 IEDs 并改善患者腦電圖[32-39]，并且癲癇發作減少量與 IEDs 減少量之間存在一定相關性[32, 34-35, 37, 39]。
Santiago-Rodríguez 等[36]對比迷走神經刺激的 30 s/5 min 和 7 s/18 s 兩周期對 IEDs 的急性影響，發現 VNS 對 IEDs 存在急性效應。在 80% 的患者中，30 s/5 min 周期可降低 IEDs，而 7 s/18 s 周期則不能。在 20% 的患者中，兩種刺激周期均增加了 IEDs 活動。林志國等[39]對 8 例難治性癲癇患者的 VNS 術前和術后 1 個月、3 個月、6 個月和 12 個月的 EEG 進行比較研究，結果顯示，VNS 可以改善難治性癲癇患者的腦電，縮短異常同步放電的持續時間，隨著治療時間延長 IEDs 總數逐步減少。但是 VNS 并不能使患者的 EEG 完全恢復到正常人水平，作者認為 VNS 是對腦部異常放電進行逐漸抑制，并不是完全消除這種異常的電節律。
由于 IEDs 與癲癇發作之間的關系尚不確定，因此尚未見臨床研究在評價治療效果時將其作為預后評估參數。對于 VNS 對患者腦電圖中 IEDs 的影響，目前的研究并未得到比較一致的結論，雖然多數研究發現 VNS 能夠引起 IEDs 減少并與癲癇發作減少呈相關性，但是部分病例 IEDs 減弱或消失與 VNS 治療后癲癇發作改善并無直接關系，仍需要更多大型前瞻性或回顧性研究進行探究以確認 IEDs 的檢查是否具有作為評估 VNS 療效指標的潛力。
2.2 功率譜
有研究對受試者的 VNS 治療前后發作間期腦電圖各個頻段及總功率譜變化進行對比分析，以尋找 VNS 對患者 EEG 的影響。最早的研究發表于 1993 年，Salinsky 等[41]發現 VNS 對六個受試者的任何常規頻段的腦電功率均無急性影響。后來的研究發現長期 VNS 對 EEG 功率譜是有影響的。
Marrosu 等[23]評估了 11 個 VNS 治療后無改善的難治性癲癇患者清醒腦電背景的功率譜和同步性。VNS 治療后 1 個月及 1 年后的結果均認為，VNS 會提高 γ 波段（20～50 Hz）的功率譜以及大腦半球內、半球間的同步水平，減少 20 Hz 以下頻段的同步性但對功率譜無影響，而且 VNS 治療 1 年后 γ 頻段的功率相比 1 個月時有所提高。研究者認為這可能與 VNS 抗驚厥機制相關。然而，這一結果仍是有爭議的，已有研究表明從頭皮 EEG 記錄到 γ 活動的可能性很小，研究者指出，即使是正常的靜息腦電圖也可能在 γ 頻帶上顯示出明顯的肌電圖活性污染[52]。因此，目前 VNS 對功率譜的影響尚無定論，有待更多研究。
2.3 同步性
癲癇發作與神經元超同步放電密切相關[53-54]。因此，有研究者選擇以腦電同步水平來評估 VNS 對 EEG 的影響，試圖尋找 VNS 機制以及反映 VNS 療效的生物標志物[43-45]。
Bodin 等[44]通過相位滯后指數（phase lag index，PLI）評估了 19 例植入 VNS 的癲癇患者發作間期腦電信號同步性變化，并與 VNS 治療后的陽性或陰性臨床結果相關聯。結果發現有效者的發作間期寬頻段 EEG 整體同步水平要低于無效者。此外，與“關”期相比，“開”期的同步性明顯更差（P<0.001）。在 δ 和 α 頻段，VNS 有效者的全腦同步水平明顯更低。該研究與已有研究認為在 VNS 的“開”期 EEG 的同步性下降是一致的。研究者認為同步水平的變化是反映 VNS 療效的潛在指標。
基于同步性的研究都驗證了 VNS 治療機制的假說之一，即 VNS 能夠介導皮質網絡去同步。EEG 的去同步被認為是 VNS 抗癲癇作用的可能機制[55]，因此降低皮質同步性對癲癇的預防具有潛在影響，可能還會抵消癲癇發作在大腦內傳播的后果。
2.4 腦網絡
越來越多的研究者認同癲癇是一種腦網絡連接失調疾病[23, 56]。隨著國內外腦研究計劃的提出，基于 EEG 信號構建腦網絡成為研究的方向和熱點，衡量不同大腦區域之間連通性的方法和研究有了較多的積累[56]。近五年開始有研究者將 EEG 腦網絡用于 VNS 治療難治性癲癇的研究，探討 VNS 引起的臨床改善與腦網絡拓撲結構改變之間的關系。
Fraschini 等[48]對 10 例難治性癲癇患者的 EEG 進行分析，利用 PLI 估計 EEG 信號通道之間的功能連接，并計算最小生成樹（minimum spanning tree，MST），以無偏差的方式表征 VNS 引起的網絡拓撲中的改變。結果發現，VNS 治療會誘導功能性腦網絡朝向更有效（即更集成）的網絡結構重組，并且這些重組與觀察到的臨床改善相關。這一發現表明，VNS 治療所產生的積極作用可能與更優的網絡重組有關。因此，MST 分析可用于評估和監測 VNS 治療癲癇和精神疾病的潛在療效。
Uchida 等[49]對 2 例額葉癲癇患者的腦電圖進行分析，基于格蘭杰因果關系（Granger causality，GC）方法構建腦網絡，分析 VNS 在開和關的情況下對腦電圖連通性的影響，并試圖闡述 VNS 的作用機制。該研究通過計算電極間的 GCs，并基于圖論用頭皮圖直觀地表示其進度和出度。研究結果表明，VNS 治療可增強額葉與其他腦區之間的功能神經連接，且該影響是左右不對稱的。這可能說明 VNS 是通過幫助患者保持清醒來控制癲癇發作。此外，該研究的結果也支持了現有的 VNS 治療對大腦的雙側不對稱效應假說。
相比健康人大腦網絡的復雜，癲癇患者腦網絡容易出現更多的不規則性或隨機性，這可能是神經病理的一個生物標記物[57]。VNS 能夠誘導腦網絡的更優重組，增強額葉與其他腦區之間的功能神經連接。目前已出現基于 PLI、GC 和 MI 建立的腦網絡用于 VNS 治療的研究[48-50]，未來可嘗試將更多腦網絡研究方法用于 VNS 治療的研究。
2.5 事件相關電位 P300
1965 年，Sutton 發現無論是在聽覺還是視覺通路，對刺激的辨識和判斷會在其后約 300 ms 的 EEG 上引起較大的正走向成分，根據該成分的特點將其命名為 P300[58]。藍斑去甲腎上腺素能系統的激活對 VNS 的抗癲癇作用至關重要[59-60]，而 P300 事件相關電位被認為是藍斑核腎上腺素能活化的非侵入性標志物[61-62]，因此有研究者選擇通過 P300 事件相關電位來評估 VNS 對人腦中去甲腎上素能信號的影響。
2014 年，De Taeye 等[46]對比 10 名 VNS 有效者和 10 名無效者的 P300 事件相關電位是否存在差異。結果顯示，在 VNS 有效者中，頂葉中線電極的 P300 振幅顯著增加。邏輯回歸分析顯示，P300 振幅的增加可以作為 VNS 有效患者的無創指標。該研究結果也支持了藍斑去甲腎上腺素能系統與 VNS 的抗癲癇作用有關的假說。
Wostyn 等[47]于 2017 年的研究同樣發現 VNS 刺激時有效者的 P300 振幅顯著增加，無效者的 P300 振幅顯著減少，并發現非中線電極記錄的 P300 特征比中線電極更明顯。為進一步解釋 VNS 的作用機制，研究者通過腦電源定位和腦功能連接分析發現，邊緣系統、腦島和眶額皮質的活動依賴于 VNS 的開關或患者組（有效組/無效組）。說明這些區域在 VNS 的作用機制中起著重要作用，但是還需要進行更大規模的患者研究來證實這一發現。這些結果與文獻中提出的 VNS 介導邊緣和顳葉結構的活性[63]一致。
目前的研究認為，通過對比 VNS 開或關時 P300 振幅是否顯著增加，可以區分 VNS 有效者與無效者。雖然在 VNS 關和開的情況下分別進行了測量，但 VNS 的療效在關閉后仍會存在，因此目前對于指導 VNS 術前療效評估仍需更多研究。而且，由于不同研究誘發 P300 的刺激強度（40～100 dB）變化很大，因此有必要將刺激強度水平標準化以增強 P300 在不同類型的癲癇中的使用。
對于探究 VNS 對于 EEG 模式的影響，更多的研究集中在定量 EEG 分析，并且找出了較多與療效相關的潛在指標，對 VNS 治療機制的探索具有較好的指示性。理論上，VNS 有效者和無效者之間因 VNS 治療引起的腦節律差異性變化，可能反映了外部刺激引起的 EEG 同步、去同步或腦網絡變化的（非特異性）易感性的個體間差異。這種易感性的差異可能是個體 VNS 療效的基礎。此外，無論是急性效應還是長期效應研究，都對 VNS 的治療機制探索有指示性作用，而且將急性效應與不同 VNS 參數聯系起來有可能用于指導 VNS 參數的調整，因此 VNS 對 EEG 的長期效應及急性效應均需要進一步探究。
3 局限性
目前通過 EEG 在 VNS 治療難治性癲癇的臨床研究中進行療效預測、療效評估以及機制探究的研究可能存在以下問題：① 患者數量有限，難以評估研究結果的臨床適用性；② 目視檢查辨別癇樣放電具有一定主觀性；③ 對于定量分析，越高級復雜的分析越容易引入誤差，進行方法學選擇需要謹慎，不同的方法學（例如線性或非線性分析、參考電極的選擇），可能會對腦電圖分析產生不同的結果與解釋；④ 患者自報發作次數具有主觀性，且以癲癇發作減少 50% 作為界定 VNS 有效和無效的標準過于粗糙，可嘗試將癲癇發作的強度、持續時間和擴散程度加入，目前研究均未考慮這些因素；⑤ 臨床上采集的 EEG 容易引入噪聲；⑥ 上文的研究結果大多來自于回顧性的單中心研究，不同的研究中患者接受 VNS 治療的時間不等，VNS 治療時間的長短可能會影響結果，且只有少數患者參與獨立驗證，無法保證所獲得的指標的魯棒性；因此，這些研究結果需在前瞻性、多中心和精心設計的長期臨床研究中進行驗證。
4 展望
4.1 IEDs 可能是 VNS 治療相關生物標志物
IEDs 對于 VNS 療效的預測以及療效的評估均具有一定的臨床價值。現有研究表明 IEDs 較少的患者 VNS 預后更好，而 VNS 療法又可以引起 IEDs 的減少，尤其是在 VNS 治療有效患者中這一趨勢更為顯著。這一現象的原因可能是 IEDs 與患者癲癇發作的閾值有關，VNS 又可在一定程度上提高患者癲癇發作的閾值，抑制皮質的興奮性。雖然 IEDs 與癲癇發作密切相關[8]，但是腦內真正的致癇性網絡與 IEDs 是否具有相關性，以及 IEDs 數量與難治性癲癇患者發作頻率的關系均尚未明確，上述猜想還需要進一步驗證。
觀察腦電圖中的波形和數量是費時并且主觀的，容易受到技師專業水平高低的影響，在進行基于 IEDs 數量和位置的研究時需要考慮如何減少結果的主觀性，如多位技師復查、使用統一的軟件進行 IEDs 自動提取等。此外，癲癇發作個體差異性強，可能具有一定的晝夜節律和周期，同時容易受到患者當天狀態的影響[64]，因此 EEG 數據的取點時間與時長值得研究者考慮。
4.2 通過 VNS 對 EEG 的影響尋找療效預測指標
除了目視檢查 IEDs 變化，其余 VNS 相關 EEG 指標均是基于成熟的 EEG 信號分析方法，主要包括功率譜分析、同步性分析及腦網絡分析這三大類。功率譜是 EEG 反應性最基本的體現，在 VNS 療效預測與評估的 EEG 指標研究中均被使用。EEG 的同步性和腦網絡分析尚未應用于 VNS 療效預測研究。VNS 治療會對大腦 EEG 同步性和腦網絡產生影響，且在 VNS 有效者和無效者上存在顯著差別，可能是由于二者的 EEG 模式在術前就存在某些本質差異導致的。這為將 VNS 術前 EEG 的同步性或腦網絡特征用于探索 VNS 療效預測指標提供了依據。預測指標和評估指標存在相通的可能性，可以考慮先對患者術前術后的 EEG 進行分析，找出 VNS 對患者 EEG 的具體影響以及在有效者、無效者之間的差異，再以此為基礎去進行相關預測指標的探索。
4.3 隨訪時間需要考慮
由于 EEG 的采集是在某些特定時間節點進行，而 VNS 的療效具有一定時變性，因此有必要探究患者 EEG 在 VNS 術前及術后多個不同時間點的特征變化。現有多數研究均只采用了比較籠統的某個隨訪時間點，患者與患者之間隨訪時間點不盡相同，僅有部分研究收集了 VNS 術前與治療后 2～3 個不同隨訪時間點 EEG 數據進行比較（見表2）。在 IEDs 變化方面，VNS 植入后 1 個月、3 個月、6 個月、9 個月、12 個月及 24 個月的 IEDs 在睡眠期和清醒期顯著減少[32, 34-35, 37, 39]，且可能與 VNS 療效具有相關性。其中，Wang 等[37]的研究中 VNS 術后 3 個月的 IEDs 變化沒有統計學意義，在 6、12 和 24 個月時癲癇發作頻率的減少與 IED 的降低之間存在顯著的相關性（6 個月：r=0.429，P=0.289；12 個月：r=0.929，P=0.001；24 個月：r=0.766，P=0.027），說明 VNS 引起 IEDs 改善不是即刻的，而是在數月后逐漸增加。
在 EEG 定量分析方面，大部分研究采用了不同的分析方法和指標且僅針對某一時間點，導致難以將這些研究糅合以體現 EEG 模式隨著 VNS 治療時間的變化。Wang 等[50]將 20 例 Dravet 綜合征患者的 VNS 術前及術后 6 個月、12 個月及 24 個月的 EEG，通過 MI 構建腦網絡并對比特征路徑長度、全局效率、傳遞性和中心性這四項屬性。結果發現，在 VNS 術后 6 個月時所有患者腦網絡屬性達到了最顯著的陽性反應，在 12 個月和 24 個月時陽性反應減弱。因此，EEG 隨 VNS 治療時間變化的特征性可能并非線性變化。
作為一種慢性的間歇電刺激，VNS 作用于涉及癲癇網絡的大腦區域，可能通過調制或改變神經元突觸來誘導 IEDs、同步性或者腦網絡等變化，而神經元突觸的改變需要一段時間，這也解釋了腦電圖隨時間的進行性變化。
4.4 多指標聯合
目前還沒有單一指標能夠指示 VNS 療法的有效性，可以嘗試多指標結合，如功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）等影像學與電生理學的組合指標或是結合患者其他臨床資料的多組學指標。
現有關于 VNS 預后因素分析的研究大部分是基于患者的一般臨床資料，認為患者特征（包括起病年齡、病程、VNS 植入時間、智力水平）、癲癇發作頻率、癲癇發作類型、癲癇綜合征歸類、癲癇病因、影像學特征都有可能對 VNS 預后產生一定的影響，其中也存在部分研究之間的結論是矛盾的[65-67]。癲癇本身是一個體系復雜的疾病，可能會存在患者 EEG 的異質性，通過單一的 EEG 特征作為 VNS 術前療效預判及術后療效評價的標志物是具有局限性的，結合其他臨床資料去進行研究雖然需要建立更復雜的研究模型，但是更有利于找到具有魯棒性的指標。
Liu 等[68]的研究發現術前心率變異性可用于預測成人 VNS 療效，但小樣本數量限制了結果的可靠性。Ravan 等[15]采用 EEG 與 ECG 組合的聯合指標對 VNS 治療效果的分類準確率為 85.85%，提出了一種新的定量方法來衡量 VNS 治療在減輕癲癇發作嚴重程度方面的作用。Mithani 等[66]通過聯合 38 例植入 VNS 的難治性癲癇兒童的 DTI 和腦磁圖腦網絡建立出療效預測模型，之后用另外 18 例兒童數據進行驗證，得到該模型的準確率為 83.3%，明顯優于單獨使用臨床協變量的預測。這 56 例兒童 EEG 數據分別來自三家中心。這也是第一個多中心、多模態的 VNS 療效預測研究。
EEG-fMRI 聯合是用于癲癇的神經網絡研究及致癇灶定位研究的一種有效的新方法，兼具腦電的高時間分辨率和磁共振成像的高空間分辨率[69]。這項技術對癲癇活動中涉及的網絡極具洞察力，而且它提供了相對統一的全腦覆蓋，擅長發現不同類型癲癇的大腦網絡異常[70]，有利于將 VNS 刺激對大腦產生的急性效應或長期效應具象到準確腦區之間并且掌握各腦區間隨著時間的信息流向。雖然目前尚未見關于 VNS 治療相關的 fMRI-EEG 研究報道，但隨著 fMRI 和癲癇治療研究的深入以及未來核磁相容 VNS 的研發，fMRI-EEG 極有潛力成為 VNS 研究的新手段。
4.5 采用規范的 EEG 采集方法與處理流程
EEG 分析研究的可重復性對于準確找出 VNS 相關指標至關重要，而不同研究者在 EEG 采集與處理流程上的差異也可能導致不同的結果。人腦測繪組織（the Organization for Human Brain Mapping，OBH）于 2019 年 8 月發布了關于腦磁圖（magnetoencephalography，MEG）和 EEG 數據的分析與分享的最佳實踐“Best practices in data analysis and sharing in neuroimaging using MEEG”[71]，從實驗設計、數據搜集、數據預處理和數據處理、統計模型、結果報告到數據的分享和重現，提出了相應的原則與最佳實踐。這樣的標準化、規范化將有助于提高研究的可重復性以及研究之間的比較。
雖然目前的研究尚未找出具有代表性的、可用于臨床推廣的 EEG 標志物，但頭皮 EEG 的無創性、技術現狀以及現代計算機技術實時應用的潛力都使腦電圖分析成為研究 VNS 效應的理想方法。尋找合適的數據表達方式使腦電數據分析發揮作用，建立直觀有效的可視化方法顯示腦網絡特征信息，結合多個指標建立有效模型，對于研究癲癇療法和揭示 VNS 工作機制具有重要意義。
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
