腦切除手術(shù)是治療先天性結(jié)構(gòu)異常、血管異常、腫瘤、腦藥性癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的標(biāo)準(zhǔn)外科手術(shù)。在腦切除手術(shù)過(guò)程中，醫(yī)生既要最大限度地切除病灶組織，又要保留健康的腦功能區(qū)。因此，為制定最佳的手術(shù)方案，精準(zhǔn)的腦功能圖譜必不可少。

現(xiàn)階段，科學(xué)家可以利用腦電圖（EEG）、腦磁圖（MEG）、功能性核磁共振成像（fMRI）和正電子發(fā)射斷層成像（PET）等技術(shù)對(duì)皮層語(yǔ)言區(qū)進(jìn)行定位，不過(guò)電刺激（ECS）一直是定位接受性語(yǔ)言功能區(qū)域的金標(biāo)準(zhǔn)方法。

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然而，ESC需要在開(kāi)顱手術(shù)實(shí)施過(guò)程中保證病患清醒——盡管這已經(jīng)是一項(xiàng)常規(guī)的臨床技術(shù)，但是在腦部手術(shù)中喚醒病人可能導(dǎo)致一些并發(fā)癥發(fā)生，比如導(dǎo)致病人術(shù)中昏迷，誘發(fā)短暫或長(zhǎng)時(shí)間的局灶性缺失；另外，如果病患年齡過(guò)小，髓鞘發(fā)育不完全，則易誘發(fā)癲癇，增加了術(shù)后功能障礙的風(fēng)險(xiǎn)。上述問(wèn)題大大縮小了ECS功能圖譜在病患中的適用范圍。

圖注：A.黑色小圓圈指代電極植入位置，黃框內(nèi)為電極帶植入手術(shù)示意圖。B.清醒和麻醉狀態(tài)下，語(yǔ)言刺激和電極采集的信號(hào)由良好的時(shí)空一致性。C.同一位患者在清醒和麻醉兩種狀態(tài)下接受被動(dòng)語(yǔ)言刺激時(shí)活動(dòng)腦區(qū)功能圖譜一致 圖片來(lái)源：Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

為了消除對(duì)清醒開(kāi)顱手術(shù)的要求降低上述并發(fā)癥的發(fā)生，美國(guó)華盛頓大學(xué)國(guó)家適應(yīng)性神經(jīng)技術(shù)中心、奧爾巴尼醫(yī)學(xué)院神經(jīng)外科系研究團(tuán)隊(duì)提出并評(píng)估了一種基于皮質(zhì)電圖（ECoG）技術(shù)的腦功能圖譜繪制方法——新技術(shù)不需要術(shù)中患者保持清醒，同時(shí)也不需要對(duì)患者進(jìn)行電刺激。這一最新的研究成果于2023年3月發(fā)表在著名期刊Clinical Neurophysiology上，TCCI應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室主任Gerwin Schalk博士為這項(xiàng)研究的主要研究者。

該文章報(bào)道封面圖片來(lái)源：Clinical Neurophysiology期刊官網(wǎng)

在這項(xiàng)研究中，研究人員利用寬頻頻段（70-170赫茲）對(duì)20名不同全麻狀態(tài)下的神經(jīng)外科病人進(jìn)行了ECoG繪圖效果測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明患者接受全身性麻醉期間，使用ECoG記錄接受性語(yǔ)言皮層被動(dòng)功能圖譜是可行的，同時(shí)也確認(rèn)了實(shí)現(xiàn)最佳語(yǔ)言圖譜記錄的麻醉階段。

本次研究中，被試均患有癲癇或腦腫瘤，年齡在21歲以上，無(wú)聽(tīng)障問(wèn)題，可以通過(guò)英文溝通。癲癇組患者術(shù)前1-2周植入ECoG，采集記錄在術(shù)前和術(shù)中全麻時(shí)30-90分鐘皮層活動(dòng)信號(hào)并繪制功能圖譜，患者清醒前移出顱內(nèi)ECoG；腫瘤組患者在術(shù)中全麻后植入ECoG，記錄患者在手術(shù)過(guò)程中由失去意識(shí)到可以做出反應(yīng)的30-60min的腦功能圖譜，患者清醒后再記錄ECS，隨后去除ECoG。

圖注：麻醉和實(shí)驗(yàn)時(shí)間線。全麻過(guò)程如圖1（A）所示，藍(lán)色指代清醒狀態(tài)，紅色指代深度麻醉，當(dāng)病人失去意識(shí)（LOC）即進(jìn)入全身麻醉狀態(tài) 圖片來(lái)源：Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

術(shù)前研究人員使用高分辨（3T）磁共振圖像（MRI）確定患者皮質(zhì)解剖結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建每個(gè)病人的大腦3D模型，術(shù)中使用CT確定電極植入位置；若為二、三期手術(shù)患者，無(wú)法在術(shù)中使用CT定位，外科醫(yī)生則使用BrainLab神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)手動(dòng)定位。所有實(shí)驗(yàn)中均采集、記錄病人心電圖信號(hào)和ECoG信號(hào)。

圖注：電極位置定位及植入示例 圖片來(lái)源：Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

在研究過(guò)程中，研究人員使用接受性語(yǔ)音范式喚起被試皮質(zhì)反應(yīng)。刺激由32個(gè)獨(dú)特的詞組成，通過(guò)罩耳式耳機(jī)傳遞給患者。每個(gè)刺激持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為700ms，刺激間隔為1000ms。隨后從ECoG中提取寬頻伽馬波（BBG）以反映局部神經(jīng)元信號(hào)發(fā)射從而進(jìn)行皮質(zhì)活動(dòng)定位——BBG在基線或靜止期（即沒(méi)有刺激的情況下）活動(dòng)是隨機(jī)的；相反，任務(wù)有關(guān)的變化則與從參與處理刺激的大腦皮層記錄的BBG包絡(luò)會(huì)有高度的時(shí)空一致性。根據(jù)此原理可以確定電極水平上對(duì)聽(tīng)覺(jué)-語(yǔ)言刺激有反應(yīng)的皮質(zhì)位置。

圖注：不同麻醉狀態(tài)下ECoG信號(hào)動(dòng)態(tài)變化 圖片來(lái)源：Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

隨后，研究人員對(duì)BBG包絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。為量化大腦的反應(yīng)性，以便進(jìn)行數(shù)值比較，研究人員先繪制單個(gè)反應(yīng)性電極的接收操作特征（ROC）曲線，隨后測(cè)量曲線下面積（AUC），以量化每個(gè)部位的反應(yīng)幅度，即效應(yīng)大小。研究人員又計(jì)算了反應(yīng)電極的AUC總和，以此作為每個(gè)圖譜大腦活動(dòng)指數(shù)（BAI）。

圖注：統(tǒng)計(jì)分析。A.藍(lán)色（左）和青色（右）的時(shí)間軌跡是“基線”和“任務(wù)”之間寬頻伽馬波的z評(píng)分，每個(gè)時(shí)間線旁的數(shù)字表示其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)（1到N）。B.“基線”和“任務(wù)”的所有組合（沒(méi)有重復(fù)）之間的相關(guān)性分析，每個(gè)面板顯示了一對(duì)不同實(shí)驗(yàn)的時(shí)間痕跡和它們的皮爾遜相關(guān)系數(shù)（r）。C.“基線”和“任務(wù)”r值分布。D.曲線下面積（AUC）表示兩個(gè)分布的可分離性，所有對(duì)刺激有響應(yīng)的電極的AUC之和即為腦活動(dòng)指數(shù)（brain activity index, BAI） 圖片來(lái)源：Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

通過(guò)BAI表征大腦的反應(yīng)和活動(dòng)，不僅可以用來(lái)研究不同條件下皮質(zhì)對(duì)語(yǔ)言刺激的響應(yīng)度，還可以減免各個(gè)受試者植入電極數(shù)量不同帶來(lái)的潛在影響。實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)量化不同條件下映射結(jié)果之間的相似性計(jì)算得出兩組病人麻醉期間被動(dòng)語(yǔ)言圖譜的平均敏感性和特異性分別為49%（±7.7%）和100%。

圖注：癲癇組群（左）和腦腫瘤組群（右）的被動(dòng)圖譜測(cè)繪結(jié)果。分別為12名癲癇受試者和6名腦腫瘤受試者的被動(dòng)語(yǔ)言腦功能圖譜記錄結(jié)果，黑色小圓圈代表ECoG電極位置，藍(lán)色和紅色圓圈分別代表在清醒和麻醉狀態(tài)下對(duì)語(yǔ)言刺激有響應(yīng)且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的電極，每張皮層功能圖譜右下角對(duì)應(yīng)有清醒狀態(tài)下的BAI值 圖片來(lái)源：Nourmohammadi, et al./ Clinical Neurophysiology 2022

本項(xiàng)研究側(cè)重于繪制麻醉期間的接受性語(yǔ)言皮質(zhì)圖譜，在之后的實(shí)驗(yàn)中證實(shí)這項(xiàng)技術(shù)同樣可以參與接受其他感覺(jué)輸入的皮層定位。未來(lái)若能開(kāi)發(fā)新的技術(shù)來(lái)量化精確麻醉深度，研究人員就可以進(jìn)一步精準(zhǔn)找到測(cè)試的最佳時(shí)間窗口，提高全身麻醉期間皮質(zhì)電圖記錄皮層被動(dòng)功能圖譜的應(yīng)用范圍，為神經(jīng)外科醫(yī)生提供制定診療方案的準(zhǔn)確信息。

從本次研究結(jié)果來(lái)看，全身麻醉期間繪制電腦皮層功能圖譜的方法是一種強(qiáng)大而可靠的識(shí)別麻醉大腦功能區(qū)域的技術(shù)，研究小組通過(guò)額外的驗(yàn)證證實(shí)基于ECoG方法可以補(bǔ)充或代替ECS，為更多不適合使用常規(guī)清醒開(kāi)顱手術(shù)的神經(jīng)外科病人確定腦功能區(qū)域，并增加手術(shù)成功率。

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