引用本文： 任國平, 于志鑫, 王丹, 邢悅, 楊小楓. 一種潛在的癲癇生物標記物——高頻振蕩. 癲癇雜志, 2015, 1(3): 236-239. doi: 10.7507/2096-0247.20150040 復制
腦電圖是診斷癲癇的金標準，亦被用于判斷癲癇的起始區(Seizure onset zone，SOZ)及指導手術的切除范圍。傳統的腦電圖只記錄和分析0.5~70 Hz頻段之間的腦電活動，但在過去十幾年，超過70 Hz以上的腦電活動——高頻振蕩(High frequency oscillations, HFOs)的臨床意義越來越被重視。1989年Huang和White首先報道了在由卡地阿唑誘發的大鼠癲癇模型的癲癇發作期，應用針狀電極在大鼠頭皮下記錄到高頻活動(100~800 Hz)[1]。繼而Fisher等于1992年應用普通顱內柵狀電極在5例癲癇患者硬膜下記錄到了高頻活動[2]。但深入系統的研究HFOs與癲癇的關系始于1999年Engel等應用微電極在大鼠癲癇模型上及癲癇患者腦電中記錄到HFOs。該研究首次提出了高頻活動分為漣波(Ripples)及快速漣波(Fast ripples)并對HFOs產生的機理及其與致癇區的相互關系進行了研究[3, 4]。自2006年起HFOs的研究領域逐漸拓展到應用普通電極(顱內電極或頭皮電極)在癲癇患者腦電信號中記錄HFOs[5-8]。過去十余年，動物癲癇模型及術前癲癇患者評估的研究不斷的顯示出：HFOs與癲癇的起始區或致癇區有著密切的關系。此外，HFOs還可以協助檢測各種癲癇治療方法的療效，且對判斷癲癇的易感性有一定的幫助。本文將HFOs的機制、記錄和分析的方法及在癲癇診療中潛在的應用價值做一簡要綜述。
1 HFOs定義及產生機制
HFOs是指頻率在80~500 Hz(或80~600 Hz，目前關于頻段的劃分還不完全統一)之間的腦電活動。按照頻率不同又分為漣波(80~200 Hz)及快速漣波(200~500 Hz)。近年來已有實驗證實了1 000 Hz以上的極HFOs的存在[9]。HFOs目前還沒有統一的完善的定義。比較公認的定義為：在腦電圖濾波(80~500 Hz)之后，出現至少4個明顯高于基線的連續振蕩。漣波持續時間約80~100 ms，快速漣波持續時間約30~50 ms[10]。另一種通過計算機自動檢測方法對HFOs的定義為：經過濾波(100~500) Hz之后，與腦電圖基線相比，腦電活動能量超過基線振幅均方根5個標準差以上至少持續6 ms；并且至少有6個連續的波峰(正相及負相之和)，波峰高度要大于基線3個標準差[11]。
目前HFOs的機制還不完全清楚。很多實驗詳細研究了HFOs在單個細胞和神經網絡產生的機理[12]。在生理性HFOs產生過程中，局部抑制性中間神經元起著主導作用。目前研究表明, 漣波可能是由GABAa受體介導的興奮性神經元產生的抑制性突觸后電位同步化形成的[13]。Bragin等在紅藻酸誘發的大鼠模型上發現，快速漣波可能是由于具有病理性連接的興奮性神經元短暫、高度同步化突發式放電形成的場電位[4, 14, 15]。極HFOs可能是各種神經元亞群非同步化電活動的總和[9, 16]。
2 生理性和病理性(癇性)高頻振蕩
生理狀態下，HFOs與多種腦功能活動有關。生理性的漣波主要存在于海馬的CA1區(齒狀回除外)及內嗅皮層，在這些地方漣波構成了尖波-漣波復合體的一部分[17]，但在其他部位也有發生。顳葉內側的HFOs參與了記憶形成和以往經歷的激活。在顳葉外的大腦新皮層，低振幅生理性高頻活動與信息處理功能相關，例如體感誘發電位[18]。
病理性HFOs與癲癇密切相關[15]。早期研究結果主要集中于快速漣波(200~500 Hz)，認為它與癲癇起始區關系密切[4, 11]。在海馬齒狀回記錄到漣波成為區分病理性漣波與生理性漣波的一個重要特點，因為在該部位正常狀態下不會出現漣波。另外，當發作間期HFOs伴有癇性棘波或是尖波時，則更應該考慮為病理性HFOs[6, 19]。Matsumoto等發現與生理性HFOs相比，病理性HFOs平均頻譜振幅更高、平均持續時間更長且平均頻率更慢，并應用支持向量機分析(Support vector machine analysis)的方法成功將兩者區分(靈敏度70%~98%，特異度＞90%)[20]。這方面的研究仍是今后研究的重點。
3 高頻振蕩的記錄、檢測及定量分析
HFOs可以通過不同類型的顱內電極進行記錄：微電極，普通電極或深部電極[3, 5, 19]，亦可以通過頭皮電極記錄[7, 21]。然而，應用不同的電極記錄的信號會有不同[22]。目前的研究結果對于能夠記錄到最佳高頻信號所需的理想電極大小、種類仍有爭議，需待今后的研究進一步確定。腦電圖機的選擇上我們需要多導、寬頻、高采樣率的腦電記錄系統，采樣率至少應在感興趣的測量頻率的4倍以上，故高頻記錄的采樣率至少應在2 000 Hz以上。HFOs也可以應用通過腦磁圖來記錄[23, 24]。HFOs在慢波睡眠期出現頻繁，但部分腦區快速動眼睡眠期HFOs較慢波睡眠期更占優勢，有研究發現切除這部分腦區與術后癲癇發作完全消失有關[25]。
有時候HFOs可在未濾波的腦電圖中被識別出來[6]。但為了更好的識別HFOs，通常需要經過高通濾波同時增加腦電信號的振幅來檢測HFOs。需要注意的是，在對尖銳瞬變的信號(如：癇性棘波、尖波、尖銳的偽差)或是帶有諧波的信號進行濾波時，可能會導致“假性”高頻活動[26]。這些假性高頻可能會影響最終的分析結果。雖然可以通過對未濾波的原始數據進行時頻分析來除外假性HFOs，但當有寬頻段的電活動時，真正的HFOs也有可能被時頻譜掩蓋[27]。目前Gotman和Chaibi等分別開發出了兩種可以自動判斷伴有棘波的HFOs是否為真性HFOs的算法，敏感度可達到74.1%~96.77%，特異度可達到70.1%~85%[27, 28]。
人工分析HFOs及判斷HFOs與癲癇的關系仍然是目前所應用的金標準[10, 29]。但是人工分析方法十分耗時，且鑒于目前關于HFOs的定義尚不完善，故人工分析帶有不可避免的主觀性，常常造成不同分析者之間的分析結果出現較大的差異。為了使HFOs今后能在臨床廣泛應用，開發強力、快速、精準的自動分析探測系統是十分必要的。目前已有多種自動、半自動的HFOs檢測方法[11, 19, 30, 31]，但各種計算法均優缺點并存，所以研發新型、快速、精準的自動高頻檢測系統仍是今后研究的重點方向。
4 高頻振蕩在癲癇診斷治療中潛在的臨床應用價值
4.1 定位致癇區，指導手術切除范圍
手術切除致癇區是目前治療難治性局灶性癲癇的主要手段，而精準定位致癇區是決定手術成功與否的關鍵。致癇區是指為了完全終止癲癇發作所需要切除(或切斷連接)的大腦區域[32]。致癇區是一個理論上的概念，目前還沒有任何一種明確的標記(功能上的或是結構上的)可以精確的界定。
早在1999年Engel等在大鼠顳葉癲癇模型上應用微電極在癲癇起始區記錄到HFOs。很多動物及臨床實驗也已經證明：在癲癇發作期、發作前期及發作間期均可在癲癇起始區(或致癇區)記錄到HFOs出現頻率的增加，故普遍認為HFOs是癲癇發作起始區的可靠標記物, 且效果優于癇性棘波[3, 4, 33-37]。上述結果如能得到前瞻性臨床試驗的驗證，今后將有可能減少有創性顱內埋置電極長程記錄的必要性，從而減少并發癥的發生。臨床報道顯示HFOs可以發生在合并不同類型腦損傷所伴發的癲癇，但是HFOs只與癲癇起始區關系密切，而與病灶的分布和類型無關。因此HFOs反映了腦組織的內在致癇性[38]。
HFOs作為致癇區生物標記物的另一有力證據是：一系列的回顧性臨床研究已經證明，手術切除了產生病理性HFOs的腦組織與術后良好的結局密切相關，切除HFOs發生區域的患者多無癲癇再發或明顯減少癲癇發作[39-44]。Wu等對24例兒童癲癇患者進行手術治療，18例完全切除產生快速漣波的皮層，術后全部達到無癲癇再發；6例未完全切除產生快速漣波皮層的患者，術后仍有癲癇發作。在6例未完全切除產生HFOs皮層的患者中，1例通過再次手術清除全部產生快速漣波的皮層后，患者術后再無癲癇發作[41]。
綜上所述，HFOs與癲癇發作起始區(致癇區)關系密切，且反映了腦組織的致癇性，故對于協助癲癇定位，指導手術切除范圍將有一定的幫助。
4.2 對于各種癲癇治療方法療效的評價
已有研究顯示，當減少抗癲癇藥物劑量時，HFOs的數量及持續時間均會明顯增加[45]；應用左乙拉西坦后，HFOs的數量明顯減少[46]。由此可見，HFOs不但在空間上可以標記致癇組織，亦可作為癲癇強度的時間標記，用來評估各種治療方法的療效。
4.3 對于癲癇易感性及癇性發作的預測
Bragin等的研究顯示：在由海人酸誘發的大鼠慢性自發性癲癇模型上，經過急性癲癇發作之后，所有產生了HFOs的大鼠，后來均出現了自發性癲癇，且HFOs出現時間越早，自發性癲癇出現越早[47]。Pearce等發現在癲癇發作前30 min HFOs已經開始出現變化[48]，這表明HFOs可以作為癲癇發生、發展過程的一個標記物。在開發了無創記錄方法之后，將可以作為癲癇易感患者(如腦外傷，中風，結節硬化癥，腫瘤等)癲癇出現之前及癲癇患者癲癇發作之前的早期標記物。
5 小結與未來研究方向
過去十余年的動物實驗及臨床研究結果已經提供了足夠的依據證明HFOs在臨床的應用價值：與癲癇起始區及致癇區密切相關；手術切除了HFOs區域可以產生很好的手術療效；它還可以評估各種治療方法控制癲癇的療效；協助檢測癲癇的易感性及預測癲癇發作。但是目前HFOs還不是臨床癲癇診療的一種常規方法。所以，為了使其在癲癇診療中成為真正的生物標記物，下列許多方面將是未來研究的方向：①需要在癲癇患者的腦電信號中準確的區分生理性HFOs與病理性HFOs；②研發新型無創的高頻記錄方法，以替代目前主要應用的有創的顱內記錄方法，包括應用皮層腦電記錄方式或腦磁圖來采集HFOs；③開發自動、快速、有效、精確的HFOs檢測方法，取代現有的耗時、高主觀性的人工分析方法；④需要設計多中心、前瞻性的研究，以證實和提高HFOs在指導外科手術精準地切除致癇區并獲得良好的術后療效。
腦電圖是診斷癲癇的金標準，亦被用于判斷癲癇的起始區(Seizure onset zone，SOZ)及指導手術的切除范圍。傳統的腦電圖只記錄和分析0.5~70 Hz頻段之間的腦電活動，但在過去十幾年，超過70 Hz以上的腦電活動——高頻振蕩(High frequency oscillations, HFOs)的臨床意義越來越被重視。1989年Huang和White首先報道了在由卡地阿唑誘發的大鼠癲癇模型的癲癇發作期，應用針狀電極在大鼠頭皮下記錄到高頻活動(100~800 Hz)[1]。繼而Fisher等于1992年應用普通顱內柵狀電極在5例癲癇患者硬膜下記錄到了高頻活動[2]。但深入系統的研究HFOs與癲癇的關系始于1999年Engel等應用微電極在大鼠癲癇模型上及癲癇患者腦電中記錄到HFOs。該研究首次提出了高頻活動分為漣波(Ripples)及快速漣波(Fast ripples)并對HFOs產生的機理及其與致癇區的相互關系進行了研究[3, 4]。自2006年起HFOs的研究領域逐漸拓展到應用普通電極(顱內電極或頭皮電極)在癲癇患者腦電信號中記錄HFOs[5-8]。過去十余年，動物癲癇模型及術前癲癇患者評估的研究不斷的顯示出：HFOs與癲癇的起始區或致癇區有著密切的關系。此外，HFOs還可以協助檢測各種癲癇治療方法的療效，且對判斷癲癇的易感性有一定的幫助。本文將HFOs的機制、記錄和分析的方法及在癲癇診療中潛在的應用價值做一簡要綜述。
1 HFOs定義及產生機制
HFOs是指頻率在80~500 Hz(或80~600 Hz，目前關于頻段的劃分還不完全統一)之間的腦電活動。按照頻率不同又分為漣波(80~200 Hz)及快速漣波(200~500 Hz)。近年來已有實驗證實了1 000 Hz以上的極HFOs的存在[9]。HFOs目前還沒有統一的完善的定義。比較公認的定義為：在腦電圖濾波(80~500 Hz)之后，出現至少4個明顯高于基線的連續振蕩。漣波持續時間約80~100 ms，快速漣波持續時間約30~50 ms[10]。另一種通過計算機自動檢測方法對HFOs的定義為：經過濾波(100~500) Hz之后，與腦電圖基線相比，腦電活動能量超過基線振幅均方根5個標準差以上至少持續6 ms；并且至少有6個連續的波峰(正相及負相之和)，波峰高度要大于基線3個標準差[11]。
目前HFOs的機制還不完全清楚。很多實驗詳細研究了HFOs在單個細胞和神經網絡產生的機理[12]。在生理性HFOs產生過程中，局部抑制性中間神經元起著主導作用。目前研究表明, 漣波可能是由GABAa受體介導的興奮性神經元產生的抑制性突觸后電位同步化形成的[13]。Bragin等在紅藻酸誘發的大鼠模型上發現，快速漣波可能是由于具有病理性連接的興奮性神經元短暫、高度同步化突發式放電形成的場電位[4, 14, 15]。極HFOs可能是各種神經元亞群非同步化電活動的總和[9, 16]。
2 生理性和病理性(癇性)高頻振蕩
生理狀態下，HFOs與多種腦功能活動有關。生理性的漣波主要存在于海馬的CA1區(齒狀回除外)及內嗅皮層，在這些地方漣波構成了尖波-漣波復合體的一部分[17]，但在其他部位也有發生。顳葉內側的HFOs參與了記憶形成和以往經歷的激活。在顳葉外的大腦新皮層，低振幅生理性高頻活動與信息處理功能相關，例如體感誘發電位[18]。
病理性HFOs與癲癇密切相關[15]。早期研究結果主要集中于快速漣波(200~500 Hz)，認為它與癲癇起始區關系密切[4, 11]。在海馬齒狀回記錄到漣波成為區分病理性漣波與生理性漣波的一個重要特點，因為在該部位正常狀態下不會出現漣波。另外，當發作間期HFOs伴有癇性棘波或是尖波時，則更應該考慮為病理性HFOs[6, 19]。Matsumoto等發現與生理性HFOs相比，病理性HFOs平均頻譜振幅更高、平均持續時間更長且平均頻率更慢，并應用支持向量機分析(Support vector machine analysis)的方法成功將兩者區分(靈敏度70%~98%，特異度＞90%)[20]。這方面的研究仍是今后研究的重點。
3 高頻振蕩的記錄、檢測及定量分析
HFOs可以通過不同類型的顱內電極進行記錄：微電極，普通電極或深部電極[3, 5, 19]，亦可以通過頭皮電極記錄[7, 21]。然而，應用不同的電極記錄的信號會有不同[22]。目前的研究結果對于能夠記錄到最佳高頻信號所需的理想電極大小、種類仍有爭議，需待今后的研究進一步確定。腦電圖機的選擇上我們需要多導、寬頻、高采樣率的腦電記錄系統，采樣率至少應在感興趣的測量頻率的4倍以上，故高頻記錄的采樣率至少應在2 000 Hz以上。HFOs也可以應用通過腦磁圖來記錄[23, 24]。HFOs在慢波睡眠期出現頻繁，但部分腦區快速動眼睡眠期HFOs較慢波睡眠期更占優勢，有研究發現切除這部分腦區與術后癲癇發作完全消失有關[25]。
有時候HFOs可在未濾波的腦電圖中被識別出來[6]。但為了更好的識別HFOs，通常需要經過高通濾波同時增加腦電信號的振幅來檢測HFOs。需要注意的是，在對尖銳瞬變的信號(如：癇性棘波、尖波、尖銳的偽差)或是帶有諧波的信號進行濾波時，可能會導致“假性”高頻活動[26]。這些假性高頻可能會影響最終的分析結果。雖然可以通過對未濾波的原始數據進行時頻分析來除外假性HFOs，但當有寬頻段的電活動時，真正的HFOs也有可能被時頻譜掩蓋[27]。目前Gotman和Chaibi等分別開發出了兩種可以自動判斷伴有棘波的HFOs是否為真性HFOs的算法，敏感度可達到74.1%~96.77%，特異度可達到70.1%~85%[27, 28]。
人工分析HFOs及判斷HFOs與癲癇的關系仍然是目前所應用的金標準[10, 29]。但是人工分析方法十分耗時，且鑒于目前關于HFOs的定義尚不完善，故人工分析帶有不可避免的主觀性，常常造成不同分析者之間的分析結果出現較大的差異。為了使HFOs今后能在臨床廣泛應用，開發強力、快速、精準的自動分析探測系統是十分必要的。目前已有多種自動、半自動的HFOs檢測方法[11, 19, 30, 31]，但各種計算法均優缺點并存，所以研發新型、快速、精準的自動高頻檢測系統仍是今后研究的重點方向。
4 高頻振蕩在癲癇診斷治療中潛在的臨床應用價值
4.1 定位致癇區，指導手術切除范圍
手術切除致癇區是目前治療難治性局灶性癲癇的主要手段，而精準定位致癇區是決定手術成功與否的關鍵。致癇區是指為了完全終止癲癇發作所需要切除(或切斷連接)的大腦區域[32]。致癇區是一個理論上的概念，目前還沒有任何一種明確的標記(功能上的或是結構上的)可以精確的界定。
早在1999年Engel等在大鼠顳葉癲癇模型上應用微電極在癲癇起始區記錄到HFOs。很多動物及臨床實驗也已經證明：在癲癇發作期、發作前期及發作間期均可在癲癇起始區(或致癇區)記錄到HFOs出現頻率的增加，故普遍認為HFOs是癲癇發作起始區的可靠標記物, 且效果優于癇性棘波[3, 4, 33-37]。上述結果如能得到前瞻性臨床試驗的驗證，今后將有可能減少有創性顱內埋置電極長程記錄的必要性，從而減少并發癥的發生。臨床報道顯示HFOs可以發生在合并不同類型腦損傷所伴發的癲癇，但是HFOs只與癲癇起始區關系密切，而與病灶的分布和類型無關。因此HFOs反映了腦組織的內在致癇性[38]。
HFOs作為致癇區生物標記物的另一有力證據是：一系列的回顧性臨床研究已經證明，手術切除了產生病理性HFOs的腦組織與術后良好的結局密切相關，切除HFOs發生區域的患者多無癲癇再發或明顯減少癲癇發作[39-44]。Wu等對24例兒童癲癇患者進行手術治療，18例完全切除產生快速漣波的皮層，術后全部達到無癲癇再發；6例未完全切除產生快速漣波皮層的患者，術后仍有癲癇發作。在6例未完全切除產生HFOs皮層的患者中，1例通過再次手術清除全部產生快速漣波的皮層后，患者術后再無癲癇發作[41]。
綜上所述，HFOs與癲癇發作起始區(致癇區)關系密切，且反映了腦組織的致癇性，故對于協助癲癇定位，指導手術切除范圍將有一定的幫助。
4.2 對于各種癲癇治療方法療效的評價
已有研究顯示，當減少抗癲癇藥物劑量時，HFOs的數量及持續時間均會明顯增加[45]；應用左乙拉西坦后，HFOs的數量明顯減少[46]。由此可見，HFOs不但在空間上可以標記致癇組織，亦可作為癲癇強度的時間標記，用來評估各種治療方法的療效。
4.3 對于癲癇易感性及癇性發作的預測
Bragin等的研究顯示：在由海人酸誘發的大鼠慢性自發性癲癇模型上，經過急性癲癇發作之后，所有產生了HFOs的大鼠，后來均出現了自發性癲癇，且HFOs出現時間越早，自發性癲癇出現越早[47]。Pearce等發現在癲癇發作前30 min HFOs已經開始出現變化[48]，這表明HFOs可以作為癲癇發生、發展過程的一個標記物。在開發了無創記錄方法之后，將可以作為癲癇易感患者(如腦外傷，中風，結節硬化癥，腫瘤等)癲癇出現之前及癲癇患者癲癇發作之前的早期標記物。
5 小結與未來研究方向
過去十余年的動物實驗及臨床研究結果已經提供了足夠的依據證明HFOs在臨床的應用價值：與癲癇起始區及致癇區密切相關；手術切除了HFOs區域可以產生很好的手術療效；它還可以評估各種治療方法控制癲癇的療效；協助檢測癲癇的易感性及預測癲癇發作。但是目前HFOs還不是臨床癲癇診療的一種常規方法。所以，為了使其在癲癇診療中成為真正的生物標記物，下列許多方面將是未來研究的方向：①需要在癲癇患者的腦電信號中準確的區分生理性HFOs與病理性HFOs；②研發新型無創的高頻記錄方法，以替代目前主要應用的有創的顱內記錄方法，包括應用皮層腦電記錄方式或腦磁圖來采集HFOs；③開發自動、快速、有效、精確的HFOs檢測方法，取代現有的耗時、高主觀性的人工分析方法；④需要設計多中心、前瞻性的研究，以證實和提高HFOs在指導外科手術精準地切除致癇區并獲得良好的術后療效。