Паттерны функциональной коннективности мозга при височной и лобной эпилепсии

Считается, что фокальные эпилептические приступы могут возникать в разных областях коры большого мозга или в структурах лимбической системы мозга. Височная эпилепсия (ВЭ) является самой распространенной среди фокальных эпилепсий [1]. Около 60—70% всех фокальных приступов начинаются в височной доле [2]. Лобная эпилепсия (ЛЭ) составляет только 20—30% от всех фокальных и изучена значительно меньше височной. Кроме того, при ЛЭ значительно реже удается определить связанные с заболеванием структурные изменения головного мозга (ГМ). Вместе с тем нейрофизиологические и нейровизуализационные исследования последних лет свидетельствуют о том, что в генерации и поддержании эпилептических разрядов участвуют не только так называемые эпилептогенные зоны (очаги приступов), но целые нейронные сети, включающие в том числе удаленные от очага области ГМ [3]. Концепция эпилептогенных нейронных сетей предполагает, что к возникновению приступов приводит патологическая активация нейронных связей внутри такой сети.

Метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) позволяет оценить вызванные эпилепсией изменения функциональных связей нейронных популяций ГМ. фМРТ основана на BOLD-контрастировании, т. е. определяется сигналом, зависящим от соотношения окси- и дезоксигемоглобина в крови. Последнее, как известно, связано с уровнем активации нейронов в этой области Г.М. Оценка характеристик функционирования ГМ может проводиться как при выполнении пациентом задания, так и в состоянии покоя (фМРТ покоя — фМРТп). По данным фМРТп ГМ, в состоянии покоя (спокойного бодрствования) могут быть зарегистрированы спонтанные низкочастотные колебания BOLD-сигнала, которые, предположительно, отражают процессы обработки информации ГМ [4]. Метод фМРТп при выполнении не требует больших усилий от пациента, вследствие чего он получил широкое распространение при изучении функциональных особенностей работы ГМ у пациентов с болезнями ГМ, в том числе с эпилепсией. Одной из основных характеристик, изучаемых с помощью фМРТп, является функциональная коннективность (ФК), которая определяется схожестью временных рядов BOLD-сигнала в удаленных друг от друга областях Г.М. Предположение, что регистрируемая посредством фМРТ коактивация разных участков мозга отражает их функциональную связанность, получило подтверждение во многих исследованиях [4, 5].

Методы анализа ФК можно разделить на два основных типа: зависящие от модели и модельнезависимые. Модель подразумевает выбор при исследовании областей ГМ, изменение ФК которых определяется посредством корреляционного анализа соответствующих BOLD-сигналов. При этом величина областей может варьировать от небольшого локуса до всего Г.М. Второй тип анализа ФК основан на разделении временных рядов многомерного BOLD-сигнала из всех вокселей изображения ГМ на сумму статистически максимально независящих друг от друга компонент. Каждая из таких компонент может быть интерпретирована как распределенная нейронная сеть мозга, области которой демонстрируют сходный паттерн активности. Подобные сети, зарегистрированные в состоянии покоя, называют сетями покоя.

Изучение реорганизации паттернов ФК, в том числе сетей покоя, у пациентов с эпилепсией представляет интерес с точки зрения характеристики эпилептических сетей [6] и областей ГМ, функция которых связана с коморбидными эпилепсии нарушениями [7], а также поиска эпилептического очага фокальных приступов при отсутствии определяемых структурных изменений ГМ [8, 9]. Результаты таких исследований могут иметь важное клиническое значение при уточнении диагноза эпилепсии, отслеживании течения заболевания и эффективности лечения.

Согласно данным литературы [10—12], изменения ФК при эпилепсии существенно зависят от характеристик заболевания. Большое значение может иметь локализация и латерализация фокуса эпилептической активности. Однако большинство работ посвящено изучению В.Э. Исследований, нацеленных на поиск и сравнение изменений ФК в зависимости от локализации и латерализации приступов, достаточно мало.

Цель настоящей работы — изучение паттернов ФК между областями и сетями мозга у пациентов с фокальной эпилепсией при лобной и височной локализации очага эпиактивности.

В Научно-практическом психоневрологическом центре им. З.П. Соловьева обследовали 43 пациентов в возрасте от 18 до 50 лет с фокальной эпилепсией. У 32 пациентов фокус эпилептической активности находился в височной доле головного мозга (группа ВЭ), у 11 — в лобной доле (группа ЛЭ). Клинико-демографическая характеристика пациентов представлена в таблице.

Диагноз «фокальная эпилепсия» был установлен врачом-эпилептологом на основании информации, включающей семиологию приступов, данные видео-ЭЭГ-мониторинга и МРТ, проведенной по эпилептическому протоколу.

Контрольную группу составили 32 здоровых без неврологических и психических нарушений. Все три группы были сопоставимы по возрасту и полу (см. таблицу). Все пациенты с эпилепсией были правши.

Критерием включения в исследование было подписание информированного согласия.

Критериями невключения являлись: противопоказания для проведения МРТ, наличие алкогольной или наркотической зависимости, наличие тяжелых декомпенсированных соматических и/или неврологических заболеваний помимо эпилепсии, предшествовавшая настоящему исследованию нейрохирургическая операция.

Для осуществления МРТ ГМ применяли сканер EXCEL ART VantageAtlas-X («Toshiba», Япония) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл в стандартных для эпилептического протокола сканирования режимах [7]. Для получения анатомического изображения использовали последовательность Т1 3D MP-RAGE Ax (TR=13 мс, TE=5 мс, матрица реконструкции — 256×256, толщина слоя — 1 мм). Функциональные изображения активности ГМ были получены при соблюдении пациентом инструкции «лежать с открытыми глазами и постараться не думать ни о чем конкретном» с помощью последовательности Т2 EPI (TR=3,7 c, TE=40 мс, матрица реконструкции — 64×64, толщина слоя — 3,4 мм, 133 объема по 30 срезов). Анализ фМРТ-изображений был проведен с помощью открытого программного обеспечения CONN, работающего на базе MATLAB/SPM («The MathWorks, Inc.», США). В ходе предобработки и анализа данных с применением CONN осуществляли коррекцию временного и пространственного сдвига функциональных изображений, корегистрацию со структурным 3D MP-RAGE Т1-ВИ, нормализацию в стандартное MNI-пространство, сглаживание с Гауссовым ядром (FWHM — 6 мм), дополнительное удаление артефактов движения с использованием подпрограммы Artifact Detection Tools, применение фильтра для BOLD-сигнала (0,01—0,1 Гц), выделение усредненного BOLD-сигнала для отдельных областей ГМ, изучение корреляционных связей сигналов из этих областей, а также полученных результатов по методу независимых компонент.

Для анализа ФК использовали общую линейную модель (GLM). Возраст, пол и шумовые параметры сканирования определяли как кофакторы. Сравнение групп проводили с помощью двухвыборочного t-критерия Стьюдента, клинико-демографических характеристик в группах — с помощью теста Манна—Уитни и точного критерия Фишера.

В результате анализа данных фМРТ у пациентов групп ЛЭ и ВЭ и в контрольной группе были выделены все основные известные по данным литературы [13, 14] сети покоя, а именно: сеть пассивного режима работы ГМ (СПРР), сеть внимания (СВ), слуховая сеть, зрительная сеть, языковая сеть (ЯС), сенсомоторная сеть (СМС), латерализованные лобно-теменные сети (ЛТС) и сеть выделения значимости.

Межгрупповые отличия паттернов ФК между областями/сетями ГМ у пациентов с эпилепсией и здоровых приведены на рис. 1—4.

На рис. 1 представлены отличия ФК у пациентов с ВЭ по сравнению со здоровыми. Статистически значимое снижение ФК при эпилепсии наблюдалось между передней частью поясной извилины, базальными ганглиями и областями височных покрышек ГМ билатерально. В то же время между областями нижней лобной извилины, верхней теменной извилины и дорсальной СВ билатерально ФК у больных эпилепсией была увеличена по сравнению с контролем. Функциональная связь двух последних областей с лобным полюсом также была увеличена при эпилепсии.

При сравнении данных, полученных при левосторонней ВЭ, и показателей контрольной группы обнаружилось, что основным узлом сниженной ФК у больных была область височной покрышки слева (см. рис. 2). Кроме того, при эпилепсии ФК была увеличена между миндалевидным телом слева и верхней теменной извилиной справа, а также средней лобной извилиной слева и латеральной затылочной корой справа.

Пониженная ФК была характерна для островковой коры билатерально и лобно-височных областей справа у пациентов с правосторонней ВЭ (см. рис. 3). По сравнению с показателями контрольной группы увеличение ФК в подгруппе пациентов с правосторонней ВЭ наблюдалось между височными и теменными областями слева, а кроме того, относилось к вентральной части передней поясной извилины и угловой извилине билатерально.

В группе пациентов с ЛЭ все значительные отличия по сравнению с группой контроля были связаны с увеличением ФК между областями ГМ (см. рис. 4). Основные узлы увеличенной ФК у пациентов располагались в височно-теменных областях билатерально.

В настоящей работе был проведен анализ ФК между областями и сетями ГМ пациентов с височной и лобной локализацией эпилептогенного очага. ФК была определена как схожесть (корреляция) BOLD-сигнала в пространственно удаленных участках ГМ. В настоящем исследовании ФК оценивалась в состоянии покоя (спокойного бодрствования) пациентов.

Результаты исследования показали, что группа ВЭ (без учета латерализации фокуса) по сравнению с контрольной группой характеризовалась снижением ФК между передней частью поясной извилины, базальными ганглиями и областями височных покрышек ГМ слева и справа (см. рис. 1). Поскольку паттерны ФК в группе лево- и правосторонней ВЭ отличались (см. рис. 2, 3), они были рассмотрены с точки зрения сходных и специфических (для латерализации фокуса) изменений по сравнению с контрольной группой.

Сходным для двух подгрупп ВЭ было снижение ФК островковой коры и периинсулярных областей (височных покрышек) относительно группы контроля. Вместе с тем при левосторонней ВЭ наиболее выраженным было снижение ФК периинсулярной области слева (см. рис. 2). В частности, было выявлено снижение ФК этой области с латеральной частью СМС покоя билатерально, участками, относящимся к ЯС покоя (покрышечная и треугольная часть нижней лобной извилины и задняя часть верхней височной извилины), справа, передней частью поясной извилины. О снижении коннективности СМС у пациентов с ВЭ сообщалось в литературе [15]. Кроме того, дефицит сенсомоторной функции при эпилепсии был продемонстрирован в исследованиях тактильной перцепции [16] и подтвердился обнаруженным по данным позитронно-эмиссионной томографии гипометоболизмом сенсомоторной коры [17].

О снижении ФК областей ГМ, связанных с языковой функцией, у пациентов с левосторонней ВЭ сообщали также в А. Waites и соавт. [18]. Однако в настоящем исследовании снижение ФК указанных областей затрагивало преимущественно правую сторону. Кроме того, оно не являлось специфичным для левосторонней ВЭ, а наблюдалось также в подгруппе правосторонней ВЭ (см. рис. 2, 3). Распространение Я.С. покоя на правую сторону больших полушарий известно из литературы, посвященной фМРТп [19]. Предполагается, что дополнительные по отношению к левосторонней активации при выполнении языкового задания области ЯС покоя отвечают за функции, связанные с речью, а именно рабочую память, внимание. Кроме того, в литературе описаны случаи смещения доминантной области языковой функции слева направо у пациентов не только с левым очагом эпилептической активности, но и с правым [20].

Специфическим для правосторонней ВЭ в настоящем исследовании было увеличение ФК дорсальной части СВ слева с височными и теменными участками коры больших полушарий (см. рис. 3). По мнению Z. Zhang и соавт. [21], снижении ФК внутри СВ, предположительно, связано с более худшим выполнением теста на зрительное внимание и переключение. Однако прямого противоречия между результатами настоящей работы и данными литературы нет, поскольку в первом случае речь идет о ФК дорсальной СВ с другими областями ГМ, а во втором — о ФК внутри дорсальной С.В. Кроме того, имеются методические и предметные отличия опубликованных исследований, такие как фМРТ с выполнением задания (в сравнении с состоянием покоя) и пациенты с билатеральной ВЭ со склерозом гиппокампа (в сравнении с унилатеральной ВЭ).

В настоящей работе у пациентов с левосторонней ВЭ также было обнаружено увеличение ФК между миндалевидным телом слева и верхней теменной извилиной справа (см. рис. 2). В публикациях, касающихся ВЭ, указывается на связь изменений ФК миндалевидного тела и выраженность тревожно-депрессивных симптомов у пациентов с эпилепсией [22]. Более подробное изучение поставленного вопроса станет предметом будущих исследований. Кроме того, дальнейшего изучения требует факт снижении ФК между передней частью поясной извилины и базальными ганглиями в группе ВЭ, который не подтвердился в подгруппах с лево- и правосторонней латерализацией фокуса. Возможно, причиной явился небольшой размер группы, также нельзя исключить возможное влияние показателей пациентов, фокус эпиактивности которых определить не удалось.

Неожиданным результатом было исключительное увеличение ФК областей ГМ в группе ЛЭ по сравнению со здоровыми (см. рис. 4). Наиболее существенным было увеличение ФК между областями височных долей слева и справа. Кроме того, была увеличена ФК СПРР, дорсальная СВ и латеральная часть СМС.

Таким образом, результаты настоящей работа показали, что паттерны ФК областей ГМ при ВЭ и ЛЭ отличаются. Латерализация очага приступов также имеет значение. Более подробного исследования требуют случаи с билатеральными приступами и отдельной оценки — влияния фактора коморбидных расстройств аффективного спектра у пациентов с эпилепсией.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Самотаева Ирина Сергеевна — https://orcid.org/0000-0001-9617-1338; e-mail: samotaeva_irina@mail.ru

Теплышова Анна Михайловна — https://orcid.org/0000-0002-4449-8651; е-mail: teplyshova-anna@yandex.ru

Ридер Флора Кирилловна — https://orcid.org/0000-0003-1180-0700; е-mail: rider_fk@yahoo.com

Соломатин Юрий Викторович — https://orcid.org/0000-0002-2478-9216; е-mail: dryurys@yandex.ru

Лузин Роман Владимирович — https://orcid.org/0000-002-9626-6852; е-mail: luzinrv@list.ru

Лебедева Наталия Николаевна — https://orcid.org/0000-0002-5816-4193; е-mail: lebedeva@ihna.ru

Гехт Алла Борисовна — https://orcid.org/0000-0002-1170-6127; е-mail: guekht@gmail.com

Автор, ответственный за переписку: Самотаева Ирина Сергеевна — е-mail: samotaeva_irina@mail.ru