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基本信息

Title:Personalized biomarkers of multiscale functional alterations in temporal lobe epilepsy

發(fā)表時(shí)間：2025.11.19

Journal：Nature Communications

影響因子：15.7

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研究背景

顳葉癲癇（TLE）是成年人中最常見(jiàn)、最棘手的藥物難治性癲癇綜合征。盡管外科手術(shù)是潛在的治愈手段，但高昂的診斷不確定性與術(shù)后預(yù)后評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，使得大量患者錯(cuò)失最佳治療時(shí)機(jī)。

顳葉癲癇發(fā)作最典型的特征是局灶性意識(shí)受損發(fā)作（以前稱(chēng)為復(fù)雜部分性發(fā)作）?；颊咴诎l(fā)作過(guò)程中意識(shí)會(huì)受到影響，但通常不會(huì)完全喪失。

顳葉癲癇發(fā)作的臨床表現(xiàn)包括：1. 自動(dòng)癥，這是最具特征性的表現(xiàn)。包括無(wú)目的的重復(fù)動(dòng)作，如咂嘴、吞咽、搓手、摸索衣物等。2. 精神癥狀：恐懼、焦慮、似曾相識(shí)感、陌生感等。3. 自主神經(jīng)癥狀：心率加快、上腹部不適（常被稱(chēng)為“胃氣上升”感）、潮紅等。

顳葉癲癇治療的核心挑戰(zhàn)在于：顳葉癲癇的神經(jīng)病理學(xué)表現(xiàn)具有極高的“異質(zhì)性”，傳統(tǒng)的、基于組平均的MRI研究難以捕捉這種個(gè)體間的巨大差異。

因此，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與腦科學(xué)界迫切需要開(kāi)發(fā)出能夠個(gè)性化評(píng)估患者腦功能改變、指導(dǎo)精準(zhǔn)醫(yī)療的定量生物標(biāo)志物。

研究核心總結(jié)

本研究利用多中心、多模態(tài)MRI數(shù)據(jù)集（n=625，包含282例TLE患者），創(chuàng)新性地采用了常模建模（Normative Modeling）方法，量化了TLE患者腦功能（包括局部信號(hào)變異性SV、區(qū)域同質(zhì)性ReHo和節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度NS等多尺度功能指標(biāo)）相對(duì)于健康人群生命周期軌跡的個(gè)體化偏差（W-score），旨在提供精準(zhǔn)的術(shù)前評(píng)估生物標(biāo)志物。

Fig. 1: Overview of participants and analysis pipeline.

1. 功能異質(zhì)性與收斂性

TLE患者的功能改變模式表現(xiàn)出廣泛的空間異質(zhì)性，但其極值偏差（Extreme Deviations）在群體層面集中收斂于患側(cè)中顳葉皮層。幾乎所有（97%）的TLE患者均表現(xiàn)出至少10個(gè)腦區(qū)的顯著功能偏差，強(qiáng)調(diào)了該疾病的分布式網(wǎng)絡(luò)特征。

Fig. 2: Region-specific prevalence of extreme functional deviations in TLE patients.

1. 結(jié)構(gòu)連接組約束傳播

通過(guò)結(jié)構(gòu)連接組模擬（SC-informed simulation），證實(shí)功能異常的擴(kuò)散路徑受限于白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。海馬、邊緣旁皮層以及內(nèi)側(cè)默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)區(qū)域被確定為主要的疾病震中（Epicenters），符合TLE的經(jīng)典病理生理學(xué)假說(shuō)。

Fig. 3: Network-based spreading of regional functional deviations.

1. 微結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)制

多模態(tài)整合分析揭示，功能偏差模式主要由皮層下白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變驅(qū)動(dòng)。在預(yù)測(cè)功能偏差方面，平均擴(kuò)散率（MD，白質(zhì)完整性指標(biāo)）的貢獻(xiàn)度遠(yuǎn)超皮層厚度（CT）和各向異性分?jǐn)?shù)（FA）。

Fig. 4: Spatial associations between brain structural and functional deviations.

1. 臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值

基于個(gè)體化功能偏差指標(biāo)，監(jiān)督學(xué)習(xí)模型在診斷分類(lèi)（TLE vs. 非TLE，AUC=0.77）和發(fā)作側(cè)定位（左側(cè)TLE vs. 右側(cè)TLE，AUC=0.74）上表現(xiàn)出中高準(zhǔn)確率。更重要的是，對(duì)側(cè)顳葉（包括海馬）的功能偏差程度增加（術(shù)后持續(xù)發(fā)作的患者，其對(duì)側(cè)顳葉的功能偏差（包括海馬體）顯著大于同側(cè) 。這一發(fā)現(xiàn)表明，功能異常若擴(kuò)展至對(duì)側(cè)半球，特別是顳葉，則預(yù)示著預(yù)后不良）。以上發(fā)現(xiàn)被識(shí)別為預(yù)測(cè)術(shù)后癲癇復(fù)發(fā)（非無(wú)發(fā)作）的關(guān)鍵生物標(biāo)志物，準(zhǔn)確率達(dá)到AUC=0.64，為精準(zhǔn)預(yù)后提供了新的非侵入性線(xiàn)索。

Fig. 5: Clinical utility of individual functional deviations.

Abstract

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common pharmacoresistant epilepsy in adults, yet few patients receive curative surgery due to diagnostic and prognostic uncertainty. In a multicenter cohort, we analyzed multimodal MRI and clinical data from 282 TLE patients, 298 healthy controls, and 45 disease controls. Patient-specific deviations from typical lifespan trajectories of intrinsic brain function were mapped using normative modeling. Regional functional alterations were heterogeneous but overlapped most in the mesiotemporal cortex. Connectome-based simulations revealed abnormality spread followed structural network architecture, highlighting the hippocampus as well as paralimbic and medial default-mode regions as epicenters. Multimodal integration implicated superficial white-matter microstructural alterations as a key contributor. Supervised models achieved AUCs of 0.77 for distinguishing TLE from disease controls, 0.74 for lateralizing seizure focus, and 0.64 for predicting postsurgical seizure freedom; greater contralateral temporal deviations predicted poorer outcomes. These findings support individualized functional biomarkers for precision presurgical care in focal epilepsy.

核心圖表、方法細(xì)節(jié)、統(tǒng)計(jì)結(jié)果與討論見(jiàn)原文及其拓展數(shù)據(jù)。

分享人：飯哥

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部