Somatosensory Evoked Spikes in Normal Adults Detected by Magnetoencephalography

科研背景与研究动机

自1949年以来，临床神经生理学研究发现高电压皮层体感诱发电位（somatosensory evoked potentials, SEPs）可以在反射性癫痫患者中检测到，这类患者癫痫发作是由体感刺激触发的（Forster等，1949；Green，1971）。1971年，contralateral parietal spikes（对侧顶部电位尖峰）首次在一名患有行为障碍的儿童中被发现，并被命名为“体感诱发尖峰（somatosensory evoked spikes, SESs）”（De Marco，1971）。这种现象此后也被报告在患有多种疾病的患者中，例如局灶性或全面性癫痫综合征、热性惊厥、头部外伤及头痛等（Dalla Bernardina等，1991；De Marco，1980；De Marco 和 Calzolari，1999；Fonseca 和 Tedrus，1994，2000，2012；Langill 和 Wong，2003）。然而，体感诱发尖峰仅在未满14岁的正常儿童中被检测到，并未在正常成年人中观察到，故认为它是一种随中枢神经系统进一步成熟而消失的年龄依赖现象（Fonseca 和 Tedrus，2012；Langill 和 Wong，2003）。

本研究的研究动机

此前，在三名癫痫成人患者中，通过磁脑电图（magnetoencephalography, MEG）检测到了体感诱发尖峰，这发生在自发的MEG测量期间（Ishida等，2015）。由此，本研究假设，MEG可以在正常成年人中检测到体感诱发尖峰，尽管它们在头皮脑电图（electroencephalography, EEG）中不可见，其原因是EEG灵敏度的限制（Agari等，2021；Iwasaki等，2005；Kakisaka等，2017；Knake等，2006；Park等，2004，2012；Zillgitt等，2022）。本研究由此展开，探讨MEG是否能够在正常成年人中检测到体感诱发尖峰。

研究来源

本研究论文由Makoto Ishida、Yosuke Kakisaka、Kazutaka Jin、Akitake Kanno和Nobukazu Nakasato等人撰写，作者均来自日本东北大学医学院癫痫科。该论文发表于《Clinical Neurophysiology》期刊，并于2024年5月被接受。

研究流程

1. 实验对象

本研究纳入了30名健康成年志愿者，其中包括20名男性和10名女性，年龄范围为20至27岁（平均年龄22.6岁）。所有研究对象在实验前未服用任何药物，并且无睡眠障碍或睡眠剥夺。他们被要求在实验前12小时内不得摄入咖啡因。研究经过东北大学医学院伦理委员会批准，所有参与者均签署了知情同意书，研究严格遵守《赫尔辛基宣言》的指导原则。

2. 研究方法

2.1 MEG记录与正中神经刺激

研究在受控的磁屏蔽房间内，使用200通道全头MEG系统进行。该系统配置了一组传感器，每个传感器为一阶轴向梯度仪，基线长度为50毫米，线圈直径为15.5毫米。传感器布置均匀，头部位置通过放置在头皮上已知位置的五个感应线圈标记来确定。每位参与者的头部形状和线圈位置通过三维数字化设备测定，基于他们使用3特斯拉磁共振成像系统（MR）所获取的三维磁共振影像。

研究使用连续电流刺激器，对被试者腕部左右正中神经进行独立刺激，刺激参数符合国际临床神经生理协会的标准。每位受试者MEG系统的数据采集条件为采样频率2000赫兹，低通滤波频率为500赫兹。

2.2 SES和SEF的检测与分析

在标准自发MEG记录期间，分别对左右正中神经进行电刺激，每个受试者记录时间为10分钟。SES由一名经验丰富的神经生理学家识别为从背景脑活动中明显可见的刺激锁定单次诱发反应。所有受试者的刺激前20毫秒至刺激后100毫秒的数据被平均398次，以分析SEFs。SES和SEFs的尖峰潜伏期、等场图、及等效电流偶极子（ECD）的位置信息进行了比较分析。

2.3 统计分析

所有统计分析均使用GraphPad Prism9软件进行。对有无SES的受试者间的SEFs进行双侧Mann-Whitney U检验对比，同时使用Fisher精确检验计算性别差异。统计假设的显著性水平定在p < 0.05。

主要研究结果

本研究在30名健康成年人中有10名（20中8男和10中2女）检测到SES，剩余20名受试者中均未出现SES现象。不存在性别差异。SES出现率为24.0% ± 15.0%（平均 ± 标准差）。SES包括一两个尖峰，其中第一个尖峰潜伏期与SEFs的第二个尖峰（M2）潜伏期一致。与M2等场图相同，SES的第一个峰值等效电流偶极子（ECD）也在位置和方向上与M2一致。SES首峰的ECD强度在有SES的受试者（p < 0.0001）中显著高于无SES的受试者。

图1显示了在相同的健康成年受试者中，通过MEG检测到的SES和SEFs的对比。26.5毫秒处SES主峰与相应的第二个SEFs尖峰（M2）潜伏期一致，SES首峰的等场图模式及ECD位置和方向均与M2一致。SES峰的ECD强度在包含SES的受试者中明显大于未检测到SES的受试者。

研究讨论

通过MEG研究，在30名正常成人中发现了10名存在双侧SES，而在另外20名受试者中则未发现。SES的首峰与SEFs的M2同步，在潜伏期、ECD位置和方向上均显示一致性。与无SES的受试者相比，含SES受试者的双侧M2 ECD强度显著更大。

1. SES的年龄依赖现象讨论

先前的研究中，SES被认为是仅出现在儿童中的现象，但本研究在三分之一的20-27岁成年人中应用MEG成功检测到了SES。然而由于未同时进行MEG和EEG的平行记录，因此无法直接得出MEG在SES检测中的灵敏度超过EEG的结论。不过，推测MEG具有更高的灵敏度，能够超过背景自发脑活动而检测到切向头皮的体感诱发反应的成分。

2. MEG在检测局灶性皮层活动的优势

与许多以前的研究一致，本研究进一步证明了MEG在检测局灶性皮层活动方面的优势，尽管MEG不能检测到向头皮径向的电流（这些电流可由EEG检测到）。在本研究中，10名受试者中均未出现单侧SES现象，提示双侧SES的检测是一个全或无的现象，这与对称的SEFs和背景脑活动信号-噪声比有直接关系。

综上所述，本研究首次在正常成年人中通过MEG检测到SES。研究结果不仅加深了对SES作为非癫痫活动单次未平均SEF现象的理解，而且提示了MEG在检测脑皮层活动中的显著优势，为未来在相关脑功能检测和诊断中的应用奠定了基础。

研究意义

本研究的重要发现包括: - 首次证实了成年人的脑皮层活动中存在体感诱发尖峰。 - 突显了MEG在检测脑皮层活动中的优越性，有助于整合多种神经生理检测方法用于临床诊断。 - 为进一步研究成年人脑活动及其可能的病理现象提供了新的契机和方向。

本研究在神经生理学领域具有重要的学术价值和临床应用前景，有助于揭示更复杂的脑活动机制，推动领域的进一步发展。