颞叶癫痫猴丘脑前核电生理信号数学模型的建立

癫痫是严重威胁人类身心健康的神经系统发作性疾病，其治疗分为药物和手术两种方法，但是仍有一部分病人无法控制发作。针对顽固性癫痫，脑深部电刺激（DBS）治疗的有效性已得到证实，但是目前的刺激模式为持续性开环刺激，而癫痫是一种发作性疾病，如能对癫痫进行预测，在即将发作之前给予闭环刺激，则是癫痫电刺激治疗的理想状态。因此，对癫痫准确及时的预测至关重要。本课题拟通过建立深部电极数学模型方法来实现对癫痫的预测，首先立体定向植入猴双侧丘脑前核(ANT)深部电极，同时植入皮层电极作为对照，采集正常猴ANT电信号及皮层电信号作为基线状态，然后建立猴颞叶癫痫模型，采集癫痫猴ANT电信号与皮层电信号，利用非线性分析方法，建立猴癫痫发作前ANT电信号变化的数学模型，通过ANT电信号变化预测即将到来的癫痫发作，并从预测的准确性、敏感性和特异性等指标评价数学模型预测的可靠性，为通过ANT进行闭环刺激治疗癫痫奠定基础。

癫痫是脑部神经元突发性异常放电引起的，以反复发作性、短暂性和刻板性为特点的、由不同症状和体征组成的临床综合征，如能够在癫痫发作前预测到即将到来的癫痫发作，即使时间较短，也有可能使我们采取必要的治疗或预防保护措施，这对病人是十分有利的。癫痫预测也有助于揭示癫痫发作的病理、生理过程，为研制新的癫痫治疗方法如脑深部电刺激、药物泵等提供依据。因此，癫痫预测对减轻患者痛苦，改善疾病转归具有重要意义。本课题通过立体定向植入猴双侧丘脑前核(ANT)深部电极，同时植入皮层电极，采集正常猴ANT脑电信号及皮层脑电信号作为基线状态；然后通过立体定向手段，使用微量注射器向猴右侧海马区单侧注药，造成猴右侧海马局部硬化，建立猴右侧颞叶癫痫模型，并通过手术后观察猴的行为学改变、猴颞叶癫痫模型的组织病理观察。完成生物学评估；采集猴癫痫模型皮层和深部脑电图信号后进行数据整理分析，成功建立癫痫发作预测的数学模型，并对模型可靠性进行了评价。课题进展顺利，已完成课题计划，现已成功应用立体定向技术建立猴颞叶癫痫模型，并完成了猴行为学及影像学的评估，进行了猴皮层和深部脑电图信号采集，通过分析实验数据，成功建立癫痫发作预测的数学模型，并对模型可靠性进行了评价；对癫痫后模型植入DBS刺激器，通过行为学、电生理、神经递质、组织学、western blot及超微结构检测手段观察海马DBS对TLE的治疗效果。研究结果表明，海马脑深部电刺激能够明显的减少癫痫的发作频率，并且海马DBS能够减少海马神经元的丢失，抑制细胞凋亡具有保护海马神经元的作用。研究表明，海马DBS能通过抑制海马凋亡相关蛋白的表达(如Bax, Caspase 3)和促进海马抑制凋亡相关蛋白的表达（如 Bcl-2）来保护海马神经元的作用。通过Scan 4.3信号采集软件、Matlab计算平台和时频分析工具箱对采集到的数据进行处理，成功建立癫痫发作预测数学模型。对其中37段，共计452.4分钟的丘脑前核局部电信号进行分析，根据每段脑电信号的不同特点，对时间阈值T和空间阈值D改变，可以得到不同的预测结果。其中，当T=22，D=0.84时，预测的平均准确性、特异性、敏感性和预测时间较为理想，平均预测时间55秒，此时敏感性为93.2%。目前本课题已发表SCI收录论文8篇，国内核心期刊文章9篇，获批实用新型专利2项，申请发明专利1项。