癫痫发作就像大脑中的风暴——异常电活动的突然爆发,可以导致运动、行为、感觉和意识障碍。对于癫痫患者来说,不知道下次癫痫发作的时间可能会使他们精神衰弱。加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)的神经学家维克拉姆·拉奥(Vikram Rao)说,临床医生无法告诉癫痫患者,癫痫会在五分钟后、五周后还是五个月后发生。“这让人们处于一种迫在眉睫的不确定状态。”

尽管癫痫发作具有明显的不可预测性,但它们实际上可能不是随机事件。与癫痫有关的周期性模式可以追溯到古代,当时人们认为癫痫的发作与月亮的盈亏有关。虽然这种特殊的联系尚未被明确证实,但科学家已经确定了与癫痫发作相关的大脑活动模式。研究表明,癫痫发作的可能性更大在一天中的特定时段,表明与睡眠-觉醒周期或昼夜节律有关。

2018年,Rao和他的同事报道了发现与癫痫有关的长期大脑节律——最常见的是20到30天——他们称之为“多日节律”(multidien)。通过研究大脑活动中的这些节律,该小组现在已经证明癫痫发作可以提前24小时预测,对于一些患者,甚至可以提前三天。他们的研究结果于12月17日发表在《科学》杂志上《柳叶刀神经病学,提高最终为癫痫患者提供癫痫发作预测的可能性可以提前几天预测发作的可能性。

在他们最新的研究中,Rao的小组对一项9年临床试验中收集的数据进行了回顾性分析,这些试验的参与者拥有食品和药物管理局批准的植入式神经刺激装置NeuroPace,它使用一种类型的脑电图(EEG)来监测癫痫发作和发作间期的癫痫样放电——在发作之间发生的大脑活动的病理尖峰。(该研究的作者之一汤玛斯·郑(Thomas Tcheng)是NeuroPace临床前研究的高级主任。)

利用发作间期癫痫样放电和过去发作的时间数据,研究小组开发了一个计算模型,用于估计患者在随后的数小时或数天内是否有发作的风险。瑞士伯尔尼大学的癫痫学家马克西姆·博(Maxime Baud)是这项研究的合著者,他解释说,研究人员并没有试图预测确切的时间,下一次发作将会发生,而是确定在给定的时间内发生发作的概率——类似于天气预报提供某一天下雨或晴天的百分比可能性。

当研究人员将18名参与者的预测与实际癫痫发作情况进行比较时,他们发现在其中15人(83%)中,该算法在提前24小时预测癫痫发作方面的表现优于随机预测。在两名患者(11%)中,它能够提前3天预测癫痫发作。为了进一步验证该模型,研究小组将其应用到另一个有157名参与者的更大的数据集上,这一次,评估该算法是否可以预测自我报告的癫痫发作,这是临床评估的主要工具。研究人员发现,它可以预测103名参与者(66%)24小时内的癫痫发作,61名参与者(39%)提前三天的癫痫发作。一般来说,当昼夜节律和多重脑活动周期接近峰值时,癫痫发作的几率最高。

“之前的工作主要集中在预测几秒、几分钟甚至几个小时的时间。这个小组建立在多周期工作的基础上[引入]多日预测器,”没有参与这项研究的耶鲁大学计算神经生理学教授Hitten Zaveri说。“(这项研究)显然做得很好,有良好的数据和良好的观察。”

从更长远的角度进行预测可以为癫痫患者提供显著的好处。癫痫基金会首席医疗和创新官、纽约大学神经学教授杰奎琳·弗兰奇(Jacqueline French)说,最大的优势之一是它可以帮助纠正现有治疗方法的缺陷。弗兰奇没有参与这项研究。苯二氮卓类药物是预防癫痫发作的主要疗法之一,但其主要问题是,如果持续服用,就会失去疗效。(长期使用也会导致上瘾。)弗兰奇说,在癫痫发作风险高的时候限制它们的摄入量可以使它们更有效。Rao指出,癫痫发作预测还可以提高NeuroPace等设备的功效。NeuroPace可以监测大脑活动,并在癫痫发作即将发生时发送电脉冲,以阻止癫痫发作。

然而,对于某些人来说,癫痫发作预测可能比有用更令人沮丧。“如果我告诉过你明天,有90%的雨水机会,你打包了一把雨伞,它不会下雨,你可能会让你不得不打包一把雨伞。或者相反,如果我说明天有5%的雨,你可能会对我感到不安,你走出短裤,下雨,“饶说。这种困境是前瞻性试验的原因之一,其中参与者随时遵循(而不是对先前收集的数据进行分析) - 反馈。此类研究不仅提供更强大的证据,即扣押预测确实可行,研究人员还能够评估参与者如何实际使用此信息。迄今为止,只进行了一项缉获咨询系统的前瞻性研究NeuroVista试验,这表明提前几分钟预测癫痫发作的可能性是可能的。

Rao和Baud的预测技术的一个关键限制是,它需要大脑植入来记录神经活动。但Baud认为,用于产生这些预测的发作间期癫痫样放电,可以通过在头皮下放置脑电图电极(头皮下脑电图)这种侵入性较低的方法获得。接下来的步骤之一是尝试使用这种方法来生成癫痫预测。

其他组织正在研究完全不同的方法来做出这类癫痫发作预测。澳大利亚墨尔本大学(University of Melbourne)的研究员菲利帕·卡洛里(Philippa Karoly)和她的同事发现,有证据表明,多天的心率周期也与患者癫痫发作有关。(这些结果已在medRxiv上发布一个平台,举办论文尚未同行评议。)“我们相信我们可以测量这些潜在的生物周期从不仅大脑也从心脏和其他方面的生理,也受到了同样的触发因素驱动周期的大脑,”卡说。

癫痫发作预测的前景可能会改变临床实践。然而,一些关键问题仍然没有得到解决,比如为什么癫痫患者的大脑活动存在多日周期。科学家们推测,激素的波动可能起到了一定的作用,或者它们可能与与癫痫有关的潜在大脑紊乱有关。也有可能是多日节律,就像昼夜节律一样,是每个大脑功能的一个方面。“这是一个尚未得到解答的非常重要的问题,”Baud说。