現代功能神經成像技術給臨床提供了將整個大腦活動可視化的機會,是癲癇診斷中一項不可或缺的工具。多種形式的無創性功能神經成像技術現在也作為研究工具應用于動物癲癇模型的研究中,可以進行動物/人類的平行研究,探究癲癇根本機制,發現癲癇生物標志物。文章綜述了近期應用正電子發射斷層掃描術、纖維示蹤成像技術和功能磁共振成像技術進行動物癲癇研究的文獻。癲癇由突發的神經網絡特性的異常紊亂導致,即使是局灶性癲癇發作,也累及到廣泛分布的多個系統,通常涉及雙側大腦半球。動物癲癇模型的功能神經成像檢查為臨床提供了檢查全腦神經紊亂的機會,這可能是全面性和局灶性癇性發作以及多種類型癲癇發生的基礎。利用當前的功能神經成像方法取得了諸多進展,進一步理解了廣泛神經網絡的特性對于正常以及異常人類行為的貢獻。全腦功能神經成像技術在動物實驗中的成功應用允許其研究癲癇的產生過程,并與深部腦電活動相關聯。隨著成像技術以及分析方法的持續發展,未來癲癇影像的轉化研究領域有無限發展前景。
引用本文： StefanieDedeurwaerdere, SandyR Shultz, PaoloFederico, JeromeEngel Jr, 任潔釧, 王群. 癲癇動物模型中的神經系統影像學新方法——癲癇神經生物工作組報告. 癲癇雜志, 2016, 2(6): 535-543. doi: 10.7507/2096-0247.20160094 復制
目前癲癇的治療僅能夠減少癲癇發作，但是不能改變潛在的致癇過程以及相關的共病狀態。癲癇研究的重點之一是疾病修飾，其目標是治愈或預防癲癇及其并發癥。現代神經影像技術允許我們在無創條件下將整個大腦結構和功能的異常可視化，并引起臨床診斷革命性的改變。尤其是功能神經成像技術，它給我們提供了闡明癲癇異常病理生理機制及神經網絡連接的可能，并為我們尋找新的治療靶點和生物標記物開拓了視野。然而動物模型的研究仍然十分重要，它可以取得侵入性電生理檢查、解剖、分子以及細胞水平的相關數據，并可以用來研究癲癇發生過程。
系統的功能神經成像技術作為動物癲癇模型研究中一項重要的研究工具，為我們提供了進行動物/人類平行研究的獨特機會，這類研究有助于我們開發逆轉或預防癲癇致殘病因的干預措施。臨床前影像研究仍存在諸多挑戰，包括麻醉的影響、采血、正電子發射斷層掃描術(Positron emission tomography，PET)的動態評估、有限分辨率以致最終實驗室之間進行數據對比以及與人類研究進行關聯時的標準化。
本文綜述了PubMed中檢索到的涉及動物癲癇模型的PET、磁共振(MRI)、彌散加權成像(Diffusion-weighted imaging，DWI)、纖維示蹤成像、功能磁共振(functional MRI，fMRI)研究的英文文獻，同時納入了第七屆癲癇神經生物學研討會(XII Workshop on Neurobiology of Epilepsy，WONOEP 2013)中一些作者展示的研究結果。考慮到在癲癇領域，小動物PET成像仍然是一項相對較新的技術，目前發表的文章數量有限，因此在本綜述中，自2013年10月以來所有涉及嚙齒類動物癲癇的PET影像學研究均予以討論。由于整合多種MRI成像技術的動物癲癇研究已經有很多，因此關于MRI研究的全面性綜述不在本文討論范圍之內。但是本綜述了自2013年12月以來所有關于嚙齒類動物癲癇的DWI、纖維示蹤成像、連接組學和fMRI研究。
1 小動物正電子發射斷層掃描成像研究
自20世紀90年代中期專用于小動物的PET成像技術問世以來，臨床前研究中應用分子成像技術的研究快速增長，成為生物醫學科學的一項重要研究工具。首先，它允許我們在活體中對無限制種類的分子靶點進行敏感的定量分析，這是核成像技術所特有的。其次，它可以無創性提供腦影像的三維信息，可以進行跟蹤隨訪和序列掃描、與終點研究進行對比。第三，正如前文所提，臨床中的應用提高了。這項神經成像技術在多個臨床前和臨床研究中均可靠地揭示了多種癲癇綜合征中的異常改變。
2 小動物18F-氟脫氧葡萄糖正電子發射斷層掃描研究癲癇發生機制的進展
癲癇領域的小動物PET研究是在過去的20年內出現的。尤其是顳葉癲癇(Temporal lobe epilepsy，TLE)模型已廣泛應用于癲癇發生機制以及慢性癲癇的研究。最初這些研究集中于應用18F-氟脫氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG) PET研究與大腦激活相關的葡萄糖代謝的改變。最早的幾項研究利用小動物18F-FDG PET發現，在由海人酸、匹魯卡品等興奮性毒素誘發的正常大鼠或小鼠的急性癲癇發作中，腦葡萄糖代謝是明顯增加的(圖 1)。這項技術有助于理解在轉基因組織纖溶酶原激活劑敲除小鼠等模型中發生癲癇的機制，在這類模型中，給予匹魯卡品后會出現一種獨特的FDG攝取模式，或許可以解釋基因敲除小鼠與野生型相比癲癇易感性下降的原因。更進一步，FDG-PET也被用于研究慢性癲癇模型中的異常改變。在Glut-1(葡萄糖轉運蛋白)單倍劑量不足(一種與癲癇相關的人類遺傳疾病)的小鼠模型中可發現腦攝取FDG下降。這一現象也廣泛存在于癲癇持續狀態(Status epilepticus，SE)后等顳葉癲癇模型，以及側位液壓沖擊(Lateral fluid percussion，LFP)腦損傷等創傷后癲癇模型中，并且與TLE患者中的觀察結果一致。
動物模型的一個重要的優勢在于，它允許我們在出現慢性癲癇表現之前，對癲癇發生的不同階段進行研究，這在病例研究中是很難做到的。這些研究表明，在大鼠SE后模型中，邊緣系統癲癇發生的早期即出現了腦葡糖糖低代謝。有趣的是，Guo等發現內嗅皮質早期的低代謝與后續癲癇自發反復發作的發展有關(圖 1)。同樣在LFP模型中，同側海馬的低代謝可以預測癲癇預后，而MRI檢測到的結構損害與癲癇易感性無關。Jupp等研究了SE后模型中細胞丟失的潛在混雜效應，得出結論認為目前觀察到的低代謝不僅僅反應了細胞丟失和腦萎縮，也可能揭示了早期癲癇發生中的某些細胞機制。
圖1
小動物FDG-PET的癲癇產生機制研究進程
3 小動物正電子發射斷層掃描研究中的新型配體
目前，我們可以利用這個機會用小動物PET研究除葡萄糖代謝以外的多種生物代謝過程。氟馬西尼PET成像技術證明了TLE患者中γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)能神經傳遞障礙，更具體的，是GABAA/苯二氮卓類受體(GABAA/benzodia-zepine receptors，GABAA/cBZR)的減少。這一發現在癲癇點燃模型以及海人酸誘導的SE后(Kainic acid-induced status epilepticus，KASE)模型中得到了證實。利用后一種模型，Vivash等用離體放射自顯影技術和小動物PET成像技術進行了進一步的研究。此兩種技術的聯合可以對時空變化進行更細節化的評估。首先，采用橫斷面3H-氟馬西尼放射自顯影技術可發現GABAA/cBZR密度在海馬亞結構中時間依賴的變化過程，即在SE后24 h內出現最初的升高，2～6周后出現持續的下降，且在大部分海馬結構中是如此，除外齒狀回的分子層。其次，新的氟化氟馬西尼放射性配體已經經過評估，其具有臨床應用更加廣泛的優勢，不再需要現場粒子回旋加速器，在同一放射化學合成過程中可以進行更多動物的掃描，臨床前研究更加有效率。再次，在應用動脈血采樣的侵入性實驗方法之后，非侵入性的量化方法得以發展。根據Delforge等的方法，采用局部飽和技術可非侵入性地測量GABAA/cBZR密度(Bmax)和親和力(Kd)。利用這一方法發現SE后6周活體動物內出現GABAA/cBZR密度的下降，且與MRI或組織學發現的腦形態改變不相關的(圖 2a)。
圖2
新型PET示蹤劑在癲癇模型中的應用 a. 與對照大鼠相比，癲癇大鼠(海人酸誘導的癲癇持續狀態模型)18F-FMZ結合下降。該圖為腹側海馬層面的PET/MRI冠狀位成像; b. 癲癇動物(匹魯卡品誘導的癲癇持續狀態模型)中18F-fallypride結合下降，提示多巴胺D2/3受體有效性下降。該圖為大鼠紋狀體層面的矢狀位PET成像; c. 給予tariquidar(一種P-gp抑制劑)處理后苯巴比妥無反應性大鼠(藥物抵抗模型)與苯巴比妥反應性大鼠(電誘發癲癇持續狀態模型)相比，P-gp代謝底物18F-MPPF的k1值增高。該圖為將單向血-腦清除率(k1)的平均統計參數圖疊加于鼠腦的標準解剖組織圖譜后，背側海馬層面的冠狀位成像; d. 海人酸誘導癲癇持續狀態7 d后，18F-PBR111結合增加。該圖為對照和癲癇持續狀態模型的冠狀位PET/CT圖像. 箭頭指示示蹤劑攝取改變的部位
近期在另一項受體/配體成像的應用中，利用18F-fallypride[(s)-(-)-N-(1-烯丙基吡咯烷-2-氨基甲基)-5-(3-18F)-2,3-二甲氧基苯甲酰胺] PET成像技術，在SE后模型中發現了D2/3多巴胺受體可利用度的下降(圖 2b)。這一研究可以為涉及多巴胺能神經傳遞的縱向和藥物相互作用臨床前研究提供前期基礎。
對抗癲癇藥物(AEDs)的抵抗是難治性癲癇患者的一個重要難題。P-糖蛋白(P-glycoprotein，P-gp)是血腦屏障(Blood brain barrier，BBB)中一種外向轉運體，可能介導了藥物抵抗性的產生。一些小動物PET研究探討了SE后模型中P-gp在藥物抵抗中的作用(圖 2c)。這些研究測試的PET示蹤劑均為P-gp的底物或抑制劑(包括4-[18F]氟-N-2{2-[1-(2-甲氧基苯基-1-哌嗪基乙基]-N-2-吡啶基-苯甲酰胺[4-18F-fluoro-N-{2-［4-(2 methylphenyl)- piperazinelyl]-ethyl}-N-pyridin-2-41-benzamide，18FMPPF］，11C-維拉帕米，11C-奎尼丁，11C-laniquidar)。在掃描前給予tariquidar(一種P-gp抑制劑)，可以增加對照組和癲癇組11C-奎尼丁和11C-維拉帕米的藥代動力學內流/外流比率常數(k1和k2)之間的組間差，提示P-gp的活動在癲癇模型中是有異常改變的。另外，用tariquidar對11C-奎尼丁和18F-MPPF藥物抵抗性癲癇模型進行預處理，可以將藥物反應者和非反應者進行區分(圖 2c)。最近一項PET成像研究發現了對照組、癲癇無發作組和藥物抵抗性癲癇患者組之間的基線單向血-腦清除率(k1)存在小的區別。然而在動物研究中，tariquidar處理一般會使藥物抵抗性個體中示蹤劑動力學增加得更多，而在藥物抵抗性患者中正相反，這種動力學增加是被削弱的。我們仍然需要更多的研究去證實P-gp PET成像技術對預測藥物抵抗性癲癇的積極作用。
腦炎性反應是癲癇發生的一個重要因素。Dedeurwaerdere等試圖用放射自顯影技術和PET成像技術去界定一種SE后模型中腦炎性反應的時空模式。在活體實驗中采用了18F-PBR111，18F-PBR111是轉運蛋白(Translocator protein，TSPO，TSPO即之前所說的外周性苯二氮卓類受體)的二代高特異性PET配體。由于目前仍沒有發現確定的沒有TSPO改變(參考區域)的腦區，他們提出了一種簡化方法，基于放射性配體的活動性在腦與血漿中的比率。應用放射自顯影技術和PET成像技術，在癲癇發生的潛伏期(SE后1周)發現了腦炎性改變(圖 2d)。在海馬、海馬外邊緣系統腦區和嗅球發現了TSPO結合的增加，一直持續到慢性期(SE后6～12周)，雖然增加幅度有所減少(Dedeurwaer-dere，未發表數據)。
這些案例強調了小動物PET成像技術在研究癲癇發生機制和已出現的癲癇中腦激活、神經遞質系統、藥物抵抗和腦炎性反應的關鍵機制的潛能。新PET配體的開發永無止境，我們可以預測腦靶向放射性配體的數量在將來還會繼續增加。因此，小動物癲癇成像研究在癲癇領域有待繼續進展。現有和將來的研究可以為癲癇臨床前研究中分子成像技術的發展提供工具和生物標志物，研究這些影像學改變隨時間的發展規律，研究多模態影像技術中這些影像學改變之間的相互依賴關系，評價疾病修飾干預措施在同類動物中對影像生物標志物的作用效果。
4 嚙齒類動物癲癇模型中的彌散加權成像和纖維示蹤成像
MRI代表一類非侵入性的醫學檢查和研究工具，可以早期識別癲癇發生中的病理生理變化，監測疾病進展，評估治療手段的有效性。尤其是諸如纖維示蹤成像等基于DWI的成像方法的進展，可以在活體中敏感地檢測到癲癇發生過程中腦連接的微小變化。
DWI可以將水分子在腦組織中的擴散進行量化。因為相對于灰質來說，水分子在軸索中的擴散是有方向限制的(各向異性的)，所以DWI對白質中的改變尤其敏感。最常見、最基本的DWI檢測指標包括水分子在給定方向上彌散的程度(表觀彌散系數，Apparent diffusion coefficient，ADC)、水分子彌散的各向異性(各向異性系數，Fractional anisotropy，FA)，水分子在多個方向上的平均彌散系數(Mean diffusivity，MD)。先前的嚙齒類動物癲癇模型研究已經應用DWI成像技術試圖進一步認識一些癲癇發生過程中的混合機制以及相悖研究結果。例如，在癲癇持續狀態TLE模型中，SE后急性期內ADC的下降和升高均有報道。SE后1周內ADC回到基線，而在慢性期中ADC隨之升高。這種ADC的異常變化可能與癲癇的很多重要的病理生理過程有關，包括水腫、代謝異常、軸索損害和神經元丟失。另外，有研究報道在給予大鼠LFP腦損傷后海馬中出現ADC急性以及慢性改變，并且可能與纖維發生、腦電異常和化學致癇劑導致的癲癇易感性增加有關。值得注意的是，嚙齒類動物癲癇模型中也發現了FA的變化并且可能與癲癇發生相關。然而，即使這些基本DWI指標可以檢測到腦損傷的變化，但是它們可能對于與癲癇發生中出現的腦連接更細微的變化不敏感。
纖維示蹤成像技術是一項基于DWI的高級成像技術，可以對大腦白質纖維進行細致的三維重建，評估癲癇發生中結構間及結構內腦連接的變化，是一項有前途的研究工具。事實上，一項利用纖維示蹤成像技術的早期研究即報道了在大鼠遺傳性棘慢復合波癲癇模型中，胼胝體及軀體感覺皮層纖維連接的改變，且可能與棘慢復合波的爆發相關。纖維示蹤成像技術的實現要求DWI數據的采集，在每個體素內對纖維走行方向進行估算，并根據纖維方向采用示蹤算法。迄今為止，大部分纖維示蹤成像技術應用的是彌散張量成像(Difffusion tensor imaging，DTI)模型，包括以上提到的動物遺傳性癲癇模型，雖然有充分證據證明它確實存在缺陷，即DTI只能在每個體素內計算單一纖維的走行方向。然而90%以上的白質體素可能都包含了不同走行方向的纖維，因此DTI極大地低估了腦內白質纖維連接的程度，且經常難以準確識別到一些主要白質纖維束。這一現象由Farquharson等闡明，在他們的研究中DTI不能夠對皮質脊髓束進行重建。然而限制球形卷積(Constrained spherical deconvolution，CSD)是一種高階纖維示蹤成像技術，可以在每一體素內估算多條纖維走行方向，優于DTI技術，且可以如生物學預估地那樣對皮質脊髓束進行穩定的重建。總體來言，盡管示蹤成像技術是一種有前途的癲癇研究工具，但是在設計實驗和解釋實驗結果時，必須考慮到DTI技術的局限性，未來仍然需要更多的研究對癲癇發生生物標記物研究中纖維示蹤成像技術的應用進行嚴格的評估。
鑒于上述需要，Shultz等近期應用基于CSD的序列纖維示蹤成像技術，聯合傳統神經成像技術、行為學測驗和視頻腦電圖分析，研究大鼠獲得性癲癇模型中的癲癇發生機制。與DTI相比，基于CSD的纖維示蹤成像技術可在鼠腦中得到生物學相關性更強的纖維束(圖 3)，這與臨床研究對比CSD和DTI的結果是一致的。另外，在LFP創傷后癲癇大鼠模型和SE后TLE模型中，利用CSD纖維示蹤成像技術發現了與后續癲癇發生發展和神經行為學異常相關的明確的白質纖維改變。上述前期研究結果證明，基于CSD的纖維示蹤成像技術能夠在大鼠獲得性癲癇模型中檢測到白質纖維的異常改變，可以在將來的研究中進行應用。當然，需要強調的是，即使是高階纖維示蹤成像技術也有其缺陷(例如空間分辨率)，仍需要進一步驗證，解釋研究結果時必須謹慎。
圖3
基于DTI和基于CSD纖維示蹤成像技術對比舉例(大鼠胼胝體) a. T2加權MRI應用更標準化的容積MRI序列可顯示出灰質結構和白質結構的對比; b. DTI是最常用的纖維示蹤成像技術，雖然它確實存在缺陷，會導致對纖維束估算減少; c. 高階纖維示蹤成像模型,諸如CSD的發展可以更敏感更精確地展示白質纖維連接(d)，可應用于將來癲癇發生的腦纖維連接研究之中
5 功能磁共振成像
神經活動導致腦血流的增加和血液氧合水平的改變--即血氧水平依賴(Blood oxygenation level-dependent，BOLD)信號的改變，基于這一原則，動物fMRI研究允許我們進行大腦功能定位和網絡的探究。由于癲癇涉及到神經活動和神經環路的異常，因此，EEG-fMRI對于癲癇的基礎和臨床研究來說都是一種信息含量特別豐富的檢查手段。需要注意的是，在癲癇模型動物中采集fMRI圖像時同步記錄EEG，存在諸多挑戰，包括核磁導致的EEG記錄偽跡，對麻醉動物誘發癲癇發作的困難，以及選擇對機體和腦生理活動影響最小的麻醉劑。但是與人類EEG-fMRI研究相比，動物研究有其優勢。例如，發作期不再受動作偽跡的影響，這類研究可以在麻醉動物和癱瘓動物上進行。對于特定的癲癇發作類型和起源可以進行更好的控制。而且可以在fMRI掃描中同時進行微電極的記錄，以更好地理解癲癇發作導致BOLD信號改變的機制。最后，在動物研究中可能進行更多的有創性生理實驗，并取得全腦的組織樣本，以更好地探究潛在的生理、分子和基因機制。
癲癇動物模型的fMRI研究可以讓我們更好地認識癲癇產生中潛在的局部和網絡特性，且促進了我們對于發作間期和發作期癇性放電局部效應及遠程效應的理解，以進一步理解癲癇相關的發作間期認知障礙。
6 全面性癲癇和癇性發作
大部分動物全面性癲癇EEG-fMRI研究是基于Wistar Albino Glaxo Rijswijk大鼠模型(WAG/Rij大鼠，失神癲癇大鼠模型的一種)。在這一模型中，伴隨棘慢復合波的癲癇發作與雙側大腦皮層和丘腦的BOLD信號增高相關聯。值得注意的是，前部皮層區域BOLD信號增高最明顯，這同時也是全面性發作中電生理記錄最活躍的區域。近期一項研究關注的是這一模型中皮層下BOLD信號的變化(圖 4)。 除EEG-fMRI以外，該研究還采集了激光多普勒腦血流圖、局部場電位和多單元活動記錄的數據，以更好地理解觀察到的BOLD信號變化的機制。在體感皮層功能柱和丘腦發現BOLD信號顯著增加，而在基底節發現了BOLD信號的減低，這一模式與人類全面性癲癇的表現相似。尤其是，這里觀察到皮層和丘腦BOLD信號的增加與電生理活動的增加和腦血流量的增加是相關聯的。但在另一方面，基底節BOLD信號的減低與腦血流量的減低相關聯，但是相應的神經電活動是增加的(圖 4)。這一現象提示，BOLD信號可以反映大腦皮層和丘腦的神經電生理活動，但對于基底節區并不適用。因此，當對基底節區的BOLD信號進行解釋的時候需要注意這一點。全面性強直陣攣發作的研究目前主要應用大鼠模型和海人酸、戊四唑、牡丹堿等試劑(Blumenfeld綜述)。這些研究也發現了與癲癇發作相關的廣泛性皮層BOLD信號的增加，且在體感皮層、丘腦和其它一些皮層下結構最明顯。這些發現證實了“全面性”癲癇并非同樣程度地影響整個大腦。癲癇發作后可觀察到BOLD信號的廣泛性下降。有趣的是，一項研究表明癲癇發作前幾秒在軀體感覺皮層(S1，S2)和丘腦出現了BOLD信號的增加。這為發作前狀態的存在提供了支持依據，并且將來可能成為終止癲癇發作的一個治療靶點。
圖4
WAG/Rij大鼠中棘慢復合波出現2～4s后fMRI BOLD信號變化，示例在棘慢復合波放電期間軀體感覺皮層和丘腦(Thal)表現出BOLD信號的明顯增高。尾狀核-殼核(CPu)存在BOLD信號的顯著降低。其它區域也有細小變化。fMRI采集過程中同步記錄EEG，以找出棘慢復合波出現2～4 s后的圖像，并將其與棘慢復合波出現之前的基線圖像進行對比。閾值t＞2。CPu，尾狀核-殼核；Hc，海馬；SIBF，感覺皮層功能柱；Thal，丘腦；V1，初級視覺皮層
7 局灶性癲癇
與全面性癲癇和繼發性全面性發作相比，局灶性癲癇的研究相對較少。早期局灶性癲癇的研究通過對豬或大鼠的大腦皮層局部應用青霉素來誘發局灶性癲癇發作，在同一區域可以發現與之關聯的BOLD信號的增高。一項對豬發作間期局灶性癇性放電的研究中，在癇性放電區域也可看到BOLD信號的局部改變，但是在電活動之前出現的。另一項研究通過腹膜內注射海人酸誘發起源于海馬的自發性癲癇發作，發現BOLD信號在雙側海馬都有顯著的增強。值得注意的是，一小部分電發作并不能產生可測量的BOLD反應，提示在這一動物模型中神經活動和BOLD反應有時是解偶聯的。
另一項通過海馬刺激誘發局灶性癲癇發作的動物研究中，發現局灶性發作過程中，在海馬、丘腦和隔核出現BOLD信號的增高，在眶額皮層、扣帶回和后壓部皮層存在BOLD信號的減低。BOLD信號的減低與皮層的慢波活動相關聯，這可能反映了類似睡眠或昏迷的大腦皮層抑制狀態，并可能為測量內側顳葉癲癇中意識水平的變化提供可能的指標。在同一研究中，繼發性全面性驚厥性發作與新皮層中多棘波快活動相關，且與內側顳葉癲癇發作中BOLD信號減低區域中BOLD信號的增加相關，這高度提示全面性癲癇中意識障礙的機制是不同的。
8 功能連接
在癲癇動物模型中檢測靜息態功能連接的研究較少。這方面的第一個研究是在Strasbourg大鼠遺傳性失神癲癇模型(GAERS)中開展的。同步記錄的顱內EEG-fMRI發現癇性放電起源于初級體感皮層，且與這一區域中BOLD信號的強烈激活相關。但是由fMRI數據計算功能連接(應用Granger因果模型和動態因果模型)后并未發現確切的功能連接存在。這可能是由于在這一模型中，不同腦區之間的局部血流動力學不同，導致難以找到fMRI數據的時間相關性。
近期一項研究檢測了WAG/Rij大鼠失神癲癇模型中的靜息態功能連接。在這一研究中，與棘慢復合波相關的BOLD信號增高的腦區作為種子點，進行后續的功能連接分析。在WAG/Rij大鼠和非癲癇對照大鼠(Wistar)之間發現了顯著的差異，最強的功能連接出現在雙側體感皮層及其相鄰皮層，這里也是棘波相關的BOLD信號變化最大的部位。這些數據證明了在這一動物模型中存在發作間期癲癇網絡的長期改變。這些改變可能是癲癇患者中所見到的發作間期行為學改變和認知障礙的基礎。
另一項局灶性癲癇研究通過向大鼠右側初級運動皮層注射破傷風毒素誘發癲癇，檢測發作后的靜息態功能連接。注射之后這些動物表現出自發的面部運動性癇性發作，可持續數周。在肉毒素注射后的7、21、49、70 d分別測算左右兩側感覺運動皮層的靜息態功能連接圖。在癲癇小鼠的大腦中，在7d即發現雙側感覺運動皮層半球間功能連接的增加，且延伸到周邊的次級體感皮層、內側扣帶回以及其它區域。這些改變在7 d回到對照水平。另外，從21 d開始發現了雙側感覺運動皮層半球間功能連接的下降，之后又逐漸恢復。
9 結論
癲癇由突發的神經網絡屬性的異常紊亂導致，即使是局灶性癲癇發作，也廣泛涉及到多個系統，通常包括雙側大腦半球。系統的功能神經成像技術給我們提供了在全腦范圍內探查這種神經紊亂的機會，這可能幫助解釋多種類型癲癇及癇性發作的發生發展機制。
雖然腦FDG攝取的檢測已經是相當通用的生理檢查手段，但近期一些研究顯示，一些FDG代謝的特定模式可能作為癲癇產生的生物標志物。藥物PET成像技術可以為新藥物靶點的開發提供生物標志物，并輔助臨床研究。新型PET示蹤劑可增進我們對癲癇發生分子機制的認識。DWI成像技術可在活體內研究腦纖維連接。一些基本DWI指標已經用于探測動物癲癇模型中的異常改變，而纖維示蹤成像技術作為將來很有前景的一項研究工具，可以測量癲癇發生中結構內和結構間纖維連接的異常。動物fMRI研究有其優勢，可以開展更多有創性研究，以更好地理解癲癇產生過程中的網絡、細胞、分子、基因等水平的潛在機制，以及癇性發作對大腦的長期影響。動物癲癇模型的EEG-fMRI研究已經為我們理解癲癇產生的潛在機制提供了基本的認識，這一點在人類研究中至今還不能實現。
我們要尋找真正的癲癇疾病修飾治療方法，就需要找到可以代表癲癇產生中潛在神經生物學機制的無創性生物標志物。這就需要在幾個不同層面進行動物/人類的轉化醫學研究，并明確幾個問題：這些生物影像標志物反映的是病理過程、保護性代償機制、還是只是一種偶發現象？這些生物影像標志物如何與癲癇發生發展的時間過程相關聯？治療之后這些生物影像標志物如何變化？
本文描述的研究只是這項正在進行的工作中的少數幾個例子，在這項工作中我們可以廣泛開展動物/人類的平行研究，在患者中發現人類癲癇的特定異常模式，接下來在動物癲癇模型中尋找臨床環境中難以檢測到的基礎神經病理機制，再選擇恰當患者去驗證動物研究中的結論。連接組學作為一個新的研究領域，為我們闡明了諸多研究進展，幫助我們理解廣泛神經網絡的特性對于正常以及異常人類行為的貢獻，因此將來癲癇領域的研究潛能是無限的。
目前癲癇的治療僅能夠減少癲癇發作，但是不能改變潛在的致癇過程以及相關的共病狀態。癲癇研究的重點之一是疾病修飾，其目標是治愈或預防癲癇及其并發癥。現代神經影像技術允許我們在無創條件下將整個大腦結構和功能的異常可視化，并引起臨床診斷革命性的改變。尤其是功能神經成像技術，它給我們提供了闡明癲癇異常病理生理機制及神經網絡連接的可能，并為我們尋找新的治療靶點和生物標記物開拓了視野。然而動物模型的研究仍然十分重要，它可以取得侵入性電生理檢查、解剖、分子以及細胞水平的相關數據，并可以用來研究癲癇發生過程。
系統的功能神經成像技術作為動物癲癇模型研究中一項重要的研究工具，為我們提供了進行動物/人類平行研究的獨特機會，這類研究有助于我們開發逆轉或預防癲癇致殘病因的干預措施。臨床前影像研究仍存在諸多挑戰，包括麻醉的影響、采血、正電子發射斷層掃描術(Positron emission tomography，PET)的動態評估、有限分辨率以致最終實驗室之間進行數據對比以及與人類研究進行關聯時的標準化。
本文綜述了PubMed中檢索到的涉及動物癲癇模型的PET、磁共振(MRI)、彌散加權成像(Diffusion-weighted imaging，DWI)、纖維示蹤成像、功能磁共振(functional MRI，fMRI)研究的英文文獻，同時納入了第七屆癲癇神經生物學研討會(XII Workshop on Neurobiology of Epilepsy，WONOEP 2013)中一些作者展示的研究結果。考慮到在癲癇領域，小動物PET成像仍然是一項相對較新的技術，目前發表的文章數量有限，因此在本綜述中，自2013年10月以來所有涉及嚙齒類動物癲癇的PET影像學研究均予以討論。由于整合多種MRI成像技術的動物癲癇研究已經有很多，因此關于MRI研究的全面性綜述不在本文討論范圍之內。但是本綜述了自2013年12月以來所有關于嚙齒類動物癲癇的DWI、纖維示蹤成像、連接組學和fMRI研究。
1 小動物正電子發射斷層掃描成像研究
自20世紀90年代中期專用于小動物的PET成像技術問世以來，臨床前研究中應用分子成像技術的研究快速增長，成為生物醫學科學的一項重要研究工具。首先，它允許我們在活體中對無限制種類的分子靶點進行敏感的定量分析，這是核成像技術所特有的。其次，它可以無創性提供腦影像的三維信息，可以進行跟蹤隨訪和序列掃描、與終點研究進行對比。第三，正如前文所提，臨床中的應用提高了。這項神經成像技術在多個臨床前和臨床研究中均可靠地揭示了多種癲癇綜合征中的異常改變。
2 小動物18F-氟脫氧葡萄糖正電子發射斷層掃描研究癲癇發生機制的進展
癲癇領域的小動物PET研究是在過去的20年內出現的。尤其是顳葉癲癇(Temporal lobe epilepsy，TLE)模型已廣泛應用于癲癇發生機制以及慢性癲癇的研究。最初這些研究集中于應用18F-氟脫氧葡萄糖(18F-fluorodeoxyglucose，18F-FDG) PET研究與大腦激活相關的葡萄糖代謝的改變。最早的幾項研究利用小動物18F-FDG PET發現，在由海人酸、匹魯卡品等興奮性毒素誘發的正常大鼠或小鼠的急性癲癇發作中，腦葡萄糖代謝是明顯增加的(圖 1)。這項技術有助于理解在轉基因組織纖溶酶原激活劑敲除小鼠等模型中發生癲癇的機制，在這類模型中，給予匹魯卡品后會出現一種獨特的FDG攝取模式，或許可以解釋基因敲除小鼠與野生型相比癲癇易感性下降的原因。更進一步，FDG-PET也被用于研究慢性癲癇模型中的異常改變。在Glut-1(葡萄糖轉運蛋白)單倍劑量不足(一種與癲癇相關的人類遺傳疾病)的小鼠模型中可發現腦攝取FDG下降。這一現象也廣泛存在于癲癇持續狀態(Status epilepticus，SE)后等顳葉癲癇模型，以及側位液壓沖擊(Lateral fluid percussion，LFP)腦損傷等創傷后癲癇模型中，并且與TLE患者中的觀察結果一致。
動物模型的一個重要的優勢在于，它允許我們在出現慢性癲癇表現之前，對癲癇發生的不同階段進行研究，這在病例研究中是很難做到的。這些研究表明，在大鼠SE后模型中，邊緣系統癲癇發生的早期即出現了腦葡糖糖低代謝。有趣的是，Guo等發現內嗅皮質早期的低代謝與后續癲癇自發反復發作的發展有關(圖 1)。同樣在LFP模型中，同側海馬的低代謝可以預測癲癇預后，而MRI檢測到的結構損害與癲癇易感性無關。Jupp等研究了SE后模型中細胞丟失的潛在混雜效應，得出結論認為目前觀察到的低代謝不僅僅反應了細胞丟失和腦萎縮，也可能揭示了早期癲癇發生中的某些細胞機制。
圖1
小動物FDG-PET的癲癇產生機制研究進程
3 小動物正電子發射斷層掃描研究中的新型配體
目前，我們可以利用這個機會用小動物PET研究除葡萄糖代謝以外的多種生物代謝過程。氟馬西尼PET成像技術證明了TLE患者中γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)能神經傳遞障礙，更具體的，是GABAA/苯二氮卓類受體(GABAA/benzodia-zepine receptors，GABAA/cBZR)的減少。這一發現在癲癇點燃模型以及海人酸誘導的SE后(Kainic acid-induced status epilepticus，KASE)模型中得到了證實。利用后一種模型，Vivash等用離體放射自顯影技術和小動物PET成像技術進行了進一步的研究。此兩種技術的聯合可以對時空變化進行更細節化的評估。首先，采用橫斷面3H-氟馬西尼放射自顯影技術可發現GABAA/cBZR密度在海馬亞結構中時間依賴的變化過程，即在SE后24 h內出現最初的升高，2～6周后出現持續的下降，且在大部分海馬結構中是如此，除外齒狀回的分子層。其次，新的氟化氟馬西尼放射性配體已經經過評估，其具有臨床應用更加廣泛的優勢，不再需要現場粒子回旋加速器，在同一放射化學合成過程中可以進行更多動物的掃描，臨床前研究更加有效率。再次，在應用動脈血采樣的侵入性實驗方法之后，非侵入性的量化方法得以發展。根據Delforge等的方法，采用局部飽和技術可非侵入性地測量GABAA/cBZR密度(Bmax)和親和力(Kd)。利用這一方法發現SE后6周活體動物內出現GABAA/cBZR密度的下降，且與MRI或組織學發現的腦形態改變不相關的(圖 2a)。
圖2
新型PET示蹤劑在癲癇模型中的應用 a. 與對照大鼠相比，癲癇大鼠(海人酸誘導的癲癇持續狀態模型)18F-FMZ結合下降。該圖為腹側海馬層面的PET/MRI冠狀位成像; b. 癲癇動物(匹魯卡品誘導的癲癇持續狀態模型)中18F-fallypride結合下降，提示多巴胺D2/3受體有效性下降。該圖為大鼠紋狀體層面的矢狀位PET成像; c. 給予tariquidar(一種P-gp抑制劑)處理后苯巴比妥無反應性大鼠(藥物抵抗模型)與苯巴比妥反應性大鼠(電誘發癲癇持續狀態模型)相比，P-gp代謝底物18F-MPPF的k1值增高。該圖為將單向血-腦清除率(k1)的平均統計參數圖疊加于鼠腦的標準解剖組織圖譜后，背側海馬層面的冠狀位成像; d. 海人酸誘導癲癇持續狀態7 d后，18F-PBR111結合增加。該圖為對照和癲癇持續狀態模型的冠狀位PET/CT圖像. 箭頭指示示蹤劑攝取改變的部位
近期在另一項受體/配體成像的應用中，利用18F-fallypride[(s)-(-)-N-(1-烯丙基吡咯烷-2-氨基甲基)-5-(3-18F)-2,3-二甲氧基苯甲酰胺] PET成像技術，在SE后模型中發現了D2/3多巴胺受體可利用度的下降(圖 2b)。這一研究可以為涉及多巴胺能神經傳遞的縱向和藥物相互作用臨床前研究提供前期基礎。
對抗癲癇藥物(AEDs)的抵抗是難治性癲癇患者的一個重要難題。P-糖蛋白(P-glycoprotein，P-gp)是血腦屏障(Blood brain barrier，BBB)中一種外向轉運體，可能介導了藥物抵抗性的產生。一些小動物PET研究探討了SE后模型中P-gp在藥物抵抗中的作用(圖 2c)。這些研究測試的PET示蹤劑均為P-gp的底物或抑制劑(包括4-[18F]氟-N-2{2-[1-(2-甲氧基苯基-1-哌嗪基乙基]-N-2-吡啶基-苯甲酰胺[4-18F-fluoro-N-{2-［4-(2 methylphenyl)- piperazinelyl]-ethyl}-N-pyridin-2-41-benzamide，18FMPPF］，11C-維拉帕米，11C-奎尼丁，11C-laniquidar)。在掃描前給予tariquidar(一種P-gp抑制劑)，可以增加對照組和癲癇組11C-奎尼丁和11C-維拉帕米的藥代動力學內流/外流比率常數(k1和k2)之間的組間差，提示P-gp的活動在癲癇模型中是有異常改變的。另外，用tariquidar對11C-奎尼丁和18F-MPPF藥物抵抗性癲癇模型進行預處理，可以將藥物反應者和非反應者進行區分(圖 2c)。最近一項PET成像研究發現了對照組、癲癇無發作組和藥物抵抗性癲癇患者組之間的基線單向血-腦清除率(k1)存在小的區別。然而在動物研究中，tariquidar處理一般會使藥物抵抗性個體中示蹤劑動力學增加得更多，而在藥物抵抗性患者中正相反，這種動力學增加是被削弱的。我們仍然需要更多的研究去證實P-gp PET成像技術對預測藥物抵抗性癲癇的積極作用。
腦炎性反應是癲癇發生的一個重要因素。Dedeurwaerdere等試圖用放射自顯影技術和PET成像技術去界定一種SE后模型中腦炎性反應的時空模式。在活體實驗中采用了18F-PBR111，18F-PBR111是轉運蛋白(Translocator protein，TSPO，TSPO即之前所說的外周性苯二氮卓類受體)的二代高特異性PET配體。由于目前仍沒有發現確定的沒有TSPO改變(參考區域)的腦區，他們提出了一種簡化方法，基于放射性配體的活動性在腦與血漿中的比率。應用放射自顯影技術和PET成像技術，在癲癇發生的潛伏期(SE后1周)發現了腦炎性改變(圖 2d)。在海馬、海馬外邊緣系統腦區和嗅球發現了TSPO結合的增加，一直持續到慢性期(SE后6～12周)，雖然增加幅度有所減少(Dedeurwaer-dere，未發表數據)。
這些案例強調了小動物PET成像技術在研究癲癇發生機制和已出現的癲癇中腦激活、神經遞質系統、藥物抵抗和腦炎性反應的關鍵機制的潛能。新PET配體的開發永無止境，我們可以預測腦靶向放射性配體的數量在將來還會繼續增加。因此，小動物癲癇成像研究在癲癇領域有待繼續進展。現有和將來的研究可以為癲癇臨床前研究中分子成像技術的發展提供工具和生物標志物，研究這些影像學改變隨時間的發展規律，研究多模態影像技術中這些影像學改變之間的相互依賴關系，評價疾病修飾干預措施在同類動物中對影像生物標志物的作用效果。
4 嚙齒類動物癲癇模型中的彌散加權成像和纖維示蹤成像
MRI代表一類非侵入性的醫學檢查和研究工具，可以早期識別癲癇發生中的病理生理變化，監測疾病進展，評估治療手段的有效性。尤其是諸如纖維示蹤成像等基于DWI的成像方法的進展，可以在活體中敏感地檢測到癲癇發生過程中腦連接的微小變化。
DWI可以將水分子在腦組織中的擴散進行量化。因為相對于灰質來說，水分子在軸索中的擴散是有方向限制的(各向異性的)，所以DWI對白質中的改變尤其敏感。最常見、最基本的DWI檢測指標包括水分子在給定方向上彌散的程度(表觀彌散系數，Apparent diffusion coefficient，ADC)、水分子彌散的各向異性(各向異性系數，Fractional anisotropy，FA)，水分子在多個方向上的平均彌散系數(Mean diffusivity，MD)。先前的嚙齒類動物癲癇模型研究已經應用DWI成像技術試圖進一步認識一些癲癇發生過程中的混合機制以及相悖研究結果。例如，在癲癇持續狀態TLE模型中，SE后急性期內ADC的下降和升高均有報道。SE后1周內ADC回到基線，而在慢性期中ADC隨之升高。這種ADC的異常變化可能與癲癇的很多重要的病理生理過程有關，包括水腫、代謝異常、軸索損害和神經元丟失。另外，有研究報道在給予大鼠LFP腦損傷后海馬中出現ADC急性以及慢性改變，并且可能與纖維發生、腦電異常和化學致癇劑導致的癲癇易感性增加有關。值得注意的是，嚙齒類動物癲癇模型中也發現了FA的變化并且可能與癲癇發生相關。然而，即使這些基本DWI指標可以檢測到腦損傷的變化，但是它們可能對于與癲癇發生中出現的腦連接更細微的變化不敏感。
纖維示蹤成像技術是一項基于DWI的高級成像技術，可以對大腦白質纖維進行細致的三維重建，評估癲癇發生中結構間及結構內腦連接的變化，是一項有前途的研究工具。事實上，一項利用纖維示蹤成像技術的早期研究即報道了在大鼠遺傳性棘慢復合波癲癇模型中，胼胝體及軀體感覺皮層纖維連接的改變，且可能與棘慢復合波的爆發相關。纖維示蹤成像技術的實現要求DWI數據的采集，在每個體素內對纖維走行方向進行估算，并根據纖維方向采用示蹤算法。迄今為止，大部分纖維示蹤成像技術應用的是彌散張量成像(Difffusion tensor imaging，DTI)模型，包括以上提到的動物遺傳性癲癇模型，雖然有充分證據證明它確實存在缺陷，即DTI只能在每個體素內計算單一纖維的走行方向。然而90%以上的白質體素可能都包含了不同走行方向的纖維，因此DTI極大地低估了腦內白質纖維連接的程度，且經常難以準確識別到一些主要白質纖維束。這一現象由Farquharson等闡明，在他們的研究中DTI不能夠對皮質脊髓束進行重建。然而限制球形卷積(Constrained spherical deconvolution，CSD)是一種高階纖維示蹤成像技術，可以在每一體素內估算多條纖維走行方向，優于DTI技術，且可以如生物學預估地那樣對皮質脊髓束進行穩定的重建。總體來言，盡管示蹤成像技術是一種有前途的癲癇研究工具，但是在設計實驗和解釋實驗結果時，必須考慮到DTI技術的局限性，未來仍然需要更多的研究對癲癇發生生物標記物研究中纖維示蹤成像技術的應用進行嚴格的評估。
鑒于上述需要，Shultz等近期應用基于CSD的序列纖維示蹤成像技術，聯合傳統神經成像技術、行為學測驗和視頻腦電圖分析，研究大鼠獲得性癲癇模型中的癲癇發生機制。與DTI相比，基于CSD的纖維示蹤成像技術可在鼠腦中得到生物學相關性更強的纖維束(圖 3)，這與臨床研究對比CSD和DTI的結果是一致的。另外，在LFP創傷后癲癇大鼠模型和SE后TLE模型中，利用CSD纖維示蹤成像技術發現了與后續癲癇發生發展和神經行為學異常相關的明確的白質纖維改變。上述前期研究結果證明，基于CSD的纖維示蹤成像技術能夠在大鼠獲得性癲癇模型中檢測到白質纖維的異常改變，可以在將來的研究中進行應用。當然，需要強調的是，即使是高階纖維示蹤成像技術也有其缺陷(例如空間分辨率)，仍需要進一步驗證，解釋研究結果時必須謹慎。
圖3
基于DTI和基于CSD纖維示蹤成像技術對比舉例(大鼠胼胝體) a. T2加權MRI應用更標準化的容積MRI序列可顯示出灰質結構和白質結構的對比; b. DTI是最常用的纖維示蹤成像技術，雖然它確實存在缺陷，會導致對纖維束估算減少; c. 高階纖維示蹤成像模型,諸如CSD的發展可以更敏感更精確地展示白質纖維連接(d)，可應用于將來癲癇發生的腦纖維連接研究之中
5 功能磁共振成像
神經活動導致腦血流的增加和血液氧合水平的改變--即血氧水平依賴(Blood oxygenation level-dependent，BOLD)信號的改變，基于這一原則，動物fMRI研究允許我們進行大腦功能定位和網絡的探究。由于癲癇涉及到神經活動和神經環路的異常，因此，EEG-fMRI對于癲癇的基礎和臨床研究來說都是一種信息含量特別豐富的檢查手段。需要注意的是，在癲癇模型動物中采集fMRI圖像時同步記錄EEG，存在諸多挑戰，包括核磁導致的EEG記錄偽跡，對麻醉動物誘發癲癇發作的困難，以及選擇對機體和腦生理活動影響最小的麻醉劑。但是與人類EEG-fMRI研究相比，動物研究有其優勢。例如，發作期不再受動作偽跡的影響，這類研究可以在麻醉動物和癱瘓動物上進行。對于特定的癲癇發作類型和起源可以進行更好的控制。而且可以在fMRI掃描中同時進行微電極的記錄，以更好地理解癲癇發作導致BOLD信號改變的機制。最后，在動物研究中可能進行更多的有創性生理實驗，并取得全腦的組織樣本，以更好地探究潛在的生理、分子和基因機制。
癲癇動物模型的fMRI研究可以讓我們更好地認識癲癇產生中潛在的局部和網絡特性，且促進了我們對于發作間期和發作期癇性放電局部效應及遠程效應的理解，以進一步理解癲癇相關的發作間期認知障礙。
6 全面性癲癇和癇性發作
大部分動物全面性癲癇EEG-fMRI研究是基于Wistar Albino Glaxo Rijswijk大鼠模型(WAG/Rij大鼠，失神癲癇大鼠模型的一種)。在這一模型中，伴隨棘慢復合波的癲癇發作與雙側大腦皮層和丘腦的BOLD信號增高相關聯。值得注意的是，前部皮層區域BOLD信號增高最明顯，這同時也是全面性發作中電生理記錄最活躍的區域。近期一項研究關注的是這一模型中皮層下BOLD信號的變化(圖 4)。 除EEG-fMRI以外，該研究還采集了激光多普勒腦血流圖、局部場電位和多單元活動記錄的數據，以更好地理解觀察到的BOLD信號變化的機制。在體感皮層功能柱和丘腦發現BOLD信號顯著增加，而在基底節發現了BOLD信號的減低，這一模式與人類全面性癲癇的表現相似。尤其是，這里觀察到皮層和丘腦BOLD信號的增加與電生理活動的增加和腦血流量的增加是相關聯的。但在另一方面，基底節BOLD信號的減低與腦血流量的減低相關聯，但是相應的神經電活動是增加的(圖 4)。這一現象提示，BOLD信號可以反映大腦皮層和丘腦的神經電生理活動，但對于基底節區并不適用。因此，當對基底節區的BOLD信號進行解釋的時候需要注意這一點。全面性強直陣攣發作的研究目前主要應用大鼠模型和海人酸、戊四唑、牡丹堿等試劑(Blumenfeld綜述)。這些研究也發現了與癲癇發作相關的廣泛性皮層BOLD信號的增加，且在體感皮層、丘腦和其它一些皮層下結構最明顯。這些發現證實了“全面性”癲癇并非同樣程度地影響整個大腦。癲癇發作后可觀察到BOLD信號的廣泛性下降。有趣的是，一項研究表明癲癇發作前幾秒在軀體感覺皮層(S1，S2)和丘腦出現了BOLD信號的增加。這為發作前狀態的存在提供了支持依據，并且將來可能成為終止癲癇發作的一個治療靶點。
圖4
WAG/Rij大鼠中棘慢復合波出現2～4s后fMRI BOLD信號變化，示例在棘慢復合波放電期間軀體感覺皮層和丘腦(Thal)表現出BOLD信號的明顯增高。尾狀核-殼核(CPu)存在BOLD信號的顯著降低。其它區域也有細小變化。fMRI采集過程中同步記錄EEG，以找出棘慢復合波出現2～4 s后的圖像，并將其與棘慢復合波出現之前的基線圖像進行對比。閾值t＞2。CPu，尾狀核-殼核；Hc，海馬；SIBF，感覺皮層功能柱；Thal，丘腦；V1，初級視覺皮層
7 局灶性癲癇
與全面性癲癇和繼發性全面性發作相比，局灶性癲癇的研究相對較少。早期局灶性癲癇的研究通過對豬或大鼠的大腦皮層局部應用青霉素來誘發局灶性癲癇發作，在同一區域可以發現與之關聯的BOLD信號的增高。一項對豬發作間期局灶性癇性放電的研究中，在癇性放電區域也可看到BOLD信號的局部改變，但是在電活動之前出現的。另一項研究通過腹膜內注射海人酸誘發起源于海馬的自發性癲癇發作，發現BOLD信號在雙側海馬都有顯著的增強。值得注意的是，一小部分電發作并不能產生可測量的BOLD反應，提示在這一動物模型中神經活動和BOLD反應有時是解偶聯的。
另一項通過海馬刺激誘發局灶性癲癇發作的動物研究中，發現局灶性發作過程中，在海馬、丘腦和隔核出現BOLD信號的增高，在眶額皮層、扣帶回和后壓部皮層存在BOLD信號的減低。BOLD信號的減低與皮層的慢波活動相關聯，這可能反映了類似睡眠或昏迷的大腦皮層抑制狀態，并可能為測量內側顳葉癲癇中意識水平的變化提供可能的指標。在同一研究中，繼發性全面性驚厥性發作與新皮層中多棘波快活動相關，且與內側顳葉癲癇發作中BOLD信號減低區域中BOLD信號的增加相關，這高度提示全面性癲癇中意識障礙的機制是不同的。
8 功能連接
在癲癇動物模型中檢測靜息態功能連接的研究較少。這方面的第一個研究是在Strasbourg大鼠遺傳性失神癲癇模型(GAERS)中開展的。同步記錄的顱內EEG-fMRI發現癇性放電起源于初級體感皮層，且與這一區域中BOLD信號的強烈激活相關。但是由fMRI數據計算功能連接(應用Granger因果模型和動態因果模型)后并未發現確切的功能連接存在。這可能是由于在這一模型中，不同腦區之間的局部血流動力學不同，導致難以找到fMRI數據的時間相關性。
近期一項研究檢測了WAG/Rij大鼠失神癲癇模型中的靜息態功能連接。在這一研究中，與棘慢復合波相關的BOLD信號增高的腦區作為種子點，進行后續的功能連接分析。在WAG/Rij大鼠和非癲癇對照大鼠(Wistar)之間發現了顯著的差異，最強的功能連接出現在雙側體感皮層及其相鄰皮層，這里也是棘波相關的BOLD信號變化最大的部位。這些數據證明了在這一動物模型中存在發作間期癲癇網絡的長期改變。這些改變可能是癲癇患者中所見到的發作間期行為學改變和認知障礙的基礎。
另一項局灶性癲癇研究通過向大鼠右側初級運動皮層注射破傷風毒素誘發癲癇，檢測發作后的靜息態功能連接。注射之后這些動物表現出自發的面部運動性癇性發作，可持續數周。在肉毒素注射后的7、21、49、70 d分別測算左右兩側感覺運動皮層的靜息態功能連接圖。在癲癇小鼠的大腦中，在7d即發現雙側感覺運動皮層半球間功能連接的增加，且延伸到周邊的次級體感皮層、內側扣帶回以及其它區域。這些改變在7 d回到對照水平。另外，從21 d開始發現了雙側感覺運動皮層半球間功能連接的下降，之后又逐漸恢復。
9 結論
癲癇由突發的神經網絡屬性的異常紊亂導致，即使是局灶性癲癇發作，也廣泛涉及到多個系統，通常包括雙側大腦半球。系統的功能神經成像技術給我們提供了在全腦范圍內探查這種神經紊亂的機會，這可能幫助解釋多種類型癲癇及癇性發作的發生發展機制。
雖然腦FDG攝取的檢測已經是相當通用的生理檢查手段，但近期一些研究顯示，一些FDG代謝的特定模式可能作為癲癇產生的生物標志物。藥物PET成像技術可以為新藥物靶點的開發提供生物標志物，并輔助臨床研究。新型PET示蹤劑可增進我們對癲癇發生分子機制的認識。DWI成像技術可在活體內研究腦纖維連接。一些基本DWI指標已經用于探測動物癲癇模型中的異常改變，而纖維示蹤成像技術作為將來很有前景的一項研究工具，可以測量癲癇發生中結構內和結構間纖維連接的異常。動物fMRI研究有其優勢，可以開展更多有創性研究，以更好地理解癲癇產生過程中的網絡、細胞、分子、基因等水平的潛在機制，以及癇性發作對大腦的長期影響。動物癲癇模型的EEG-fMRI研究已經為我們理解癲癇產生的潛在機制提供了基本的認識，這一點在人類研究中至今還不能實現。
我們要尋找真正的癲癇疾病修飾治療方法，就需要找到可以代表癲癇產生中潛在神經生物學機制的無創性生物標志物。這就需要在幾個不同層面進行動物/人類的轉化醫學研究，并明確幾個問題：這些生物影像標志物反映的是病理過程、保護性代償機制、還是只是一種偶發現象？這些生物影像標志物如何與癲癇發生發展的時間過程相關聯？治療之后這些生物影像標志物如何變化？
本文描述的研究只是這項正在進行的工作中的少數幾個例子，在這項工作中我們可以廣泛開展動物/人類的平行研究，在患者中發現人類癲癇的特定異常模式，接下來在動物癲癇模型中尋找臨床環境中難以檢測到的基礎神經病理機制，再選擇恰當患者去驗證動物研究中的結論。連接組學作為一個新的研究領域，為我們闡明了諸多研究進展，幫助我們理解廣泛神經網絡的特性對于正常以及異常人類行為的貢獻，因此將來癲癇領域的研究潛能是無限的。
