Nat Commun | 顳葉癲癇個體化功能生物標志物問世！有望終結診斷不確定性

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基本信息

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

發表時間：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、最棘手的藥物難治性癲癇綜合征。盡管外科手術是潛在的治愈手段，但高昂的診斷不確定性與術后預后評估風險，使得大量患者錯失最佳治療時機。

顳葉癲癇發作最典型的特征是局灶性意識受損發作（以前稱為復雜部分性發作）。患者在發作過程中意識會受到影響，但通常不會完全喪失。

顳葉癲癇發作的臨床表現包括：1. 自動癥，這是最具特征性的表現。包括無目的的重復動作，如咂嘴、吞咽、搓手、摸索衣物等。2. 精神癥狀：恐懼、焦慮、似曾相識感、陌生感等。3. 自主神經癥狀：心率加快、上腹部不適（常被稱為“胃氣上升”感）、潮紅等。

顳葉癲癇治療的核心挑戰在于：顳葉癲癇的神經病理學表現具有極高的“異質性”，傳統的、基于組平均的MRI研究難以捕捉這種個體間的巨大差異。

因此，認知神經科學與腦科學界迫切需要開發出能夠個性化評估患者腦功能改變、指導精準醫療的定量生物標志物。

研究核心總結

本研究利用多中心、多模態MRI數據集（n=625，包含282例TLE患者），創新性地采用了常模建模（Normative Modeling）方法，量化了TLE患者腦功能（包括局部信號變異性SV、區域同質性ReHo和節點強度NS等多尺度功能指標）相對于健康人群生命周期軌跡的個體化偏差（W-score），旨在提供精準的術前評估生物標志物。

Fig. 1: Overview of participants and analysis pipeline.

1. 功能異質性與收斂性

TLE患者的功能改變模式表現出廣泛的空間異質性，但其極值偏差（Extreme Deviations）在群體層面集中收斂于患側中顳葉皮層。幾乎所有（97%）的TLE患者均表現出至少10個腦區的顯著功能偏差，強調了該疾病的分布式網絡特征。

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

1. 結構連接組約束傳播

通過結構連接組模擬（SC-informed simulation），證實功能異常的擴散路徑受限于白質網絡架構。海馬、邊緣旁皮層以及內側默認模式網絡區域被確定為主要的疾病震中（Epicenters），符合TLE的經典病理生理學假說。

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

1. 微結構驅動機制

多模態整合分析揭示，功能偏差模式主要由皮層下白質微結構改變驅動。在預測功能偏差方面，平均擴散率（MD，白質完整性指標）的貢獻度遠超皮層厚度（CT）和各向異性分數（FA）。

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

1. 臨床轉化價值

基于個體化功能偏差指標，監督學習模型在診斷分類（TLE vs. 非TLE，AUC=0.77）和發作側定位（左側TLE vs. 右側TLE，AUC=0.74）上表現出中高準確率。更重要的是，對側顳葉（包括海馬）的功能偏差程度增加（術后持續發作的患者，其對側顳葉的功能偏差（包括海馬體）顯著大于同側 。這一發現表明，功能異常若擴展至對側半球，特別是顳葉，則預示著預后不良）。以上發現被識別為預測術后癲癇復發（非無發作）的關鍵生物標志物，準確率達到AUC=0.64，為精準預后提供了新的非侵入性線索。

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、方法細節、統計結果與討論見原文及其拓展數據。

分享人：飯哥

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部