脑信号不规则可能为了解癫痫过程提供线索

来自UPF信息与通信技术部(DTIC)的研究人员提出了一种新方法，可以在没有癫痫发作的情况下，将癫痫病灶的信号与大脑其他部位记录的信号区分开来。这项技术可能比传统的分析技术更快地从这些信号中检测出癫痫诱导的特征。研究结果已发表在该杂志上物理评论E．

世界上约1%的人口患有癫痫，这是一种导致癫痫的神经系统疾病癫痫发作．在这些癫痫发作中，一组神经元在大脑中表现出异常过度的神经元活动。

但9%的癫痫患者患有所谓的药物耐药性局灶性癫痫。在这些患者中，癫痫发作无法通过药物控制。对他们来说，一种潜在的治疗方法是对癫痫发作开始的大脑区域进行神经外科切除。

然而，必须使用各种诊断技术来尝试定位这个病灶。大脑的电活动是通过脑电图来测量的，这种技术使用电极来收集脑电图信号(EEG信号)。在这项工作中，使用直接连接到大脑表面的颅内电极(见图)记录信号，以记录患者的电活动，从而定位病灶。

但是，这项研究是否试图精确地指出癫痫患者在大脑的哪个部位癫痫发作开始吗?Anaïs Espinoso是UPF“非线性时间序列分析”(NTSA)研究小组的博士研究员，也是该论文的第一作者，他解释说:“这不是这项工作的目标，癫痫焦点的信号与那些不是直接来自焦点的信号具有不同的动态。我们研究这些动态，我们希望实现一种技术，能够最好地突出两种信号之间的差异。”

出于这个原因，他们研究了5名患有耐药局灶性癫痫的患者产生的信号。他们应用脑电图信号分析技术来观察相位同步和不规则性等各个方面，这是一种概念上简单而有效的方法来表征癫痫患者的脑电图记录。Espinoso解释说:“许多脑电图信号的研究应用了复杂的技术，鼓励对大量患者进行分析。此外，这些研究直接分析了信号，但这可能会被生理假象或信号采集过程所改变。”

“这是一种简单有效的方法，可以非常快速地分析各种信号，而且你也不必等到病人癫痫发作才得到结果。发作会给病人带来很多问题，比如癫痫发作、不自主的肌肉运动、意识丧失等。因此，当涉及到补充诊断时，没有癫痫发作的信号变得越来越重要。”

为此，在本研究中，作者获得了信号的瞬时相位。“获得相位只不过是考虑到信号的动态每隔一段时间在一个圆中振荡，并在每个时间点指示它在这个圆中的位置，”NTSA小组主任、该出版物的合著者拉尔夫·格雷戈·安杰伊亚克(Ralph Gregor Andrzejak)说。“因此，信号分析技术试图区分癫痫焦点的信号(焦点信号)与大脑不同部分记录的其他信号(非焦点信号)直接分析这一阶段。”

结果表明，焦信号比非焦信号具有更强的同步性。至于相位不规则，这项技术也可以区分两种类型的信号，“局灶性信号比非局灶性信号不规则性更少，这些不规则性的缺失是由癫痫过程本身引起的，”Espinoso继续说道。“用高度简化的术语来说，参与癫痫发作的大脑信号往往更容易同步，也更有规律。”

作者指出，所讨论的技术是量化从信号中获得的相位的不规则性。埃斯皮诺索解释说:“不规则性可能是由于几个原因:信号相位的噪声、非线性、随机性和非平稳性。”

Andrzejak评论说，他们以前用其他分析技术研究过这些信号，但没有达到本文中所述的如此高的差异水平。

这种技术有几个优点。“这是一种简单有效的方法，可以非常快速地分析各种信号，而且你也不必等到病人癫痫发作才得到结果。发作会给病人带来很多问题，比如癫痫发作、不自主的肌肉运动、意识丧失等。因此，当涉及到补充诊断时，没有癫痫发作的信号变得非常重要，”他们总结道。

开放科学的概念是指科学研究应该对所有人开放，免费。为此，本文作者已在公共存储库中发表研究的结果和代码。因此，Espinoso说:“在其他研究人员的帮助下，将有可能更快地推进癫痫研究。”