癫痫检测

癫痫病是一种常见的神经系统疾病,会引起各个年龄段的人发作。 西方国家的癫痫发病率范围为每千人约4-10人,而在发展中国家这个数字则高达5倍。癫痫发作是脑电活动障碍的结果,但并非所有癫痫发作都是由癫痫引起的。

癫痫研究

癫痫发作有很多类型可以区分。 目前,研究人员已经确定了40多种不同的类型。 在实验室研究中,啮齿动物的癫痫发作模型通常区分失神发作(一种全身性癫痫,影响整个大脑的电活动)和中颞叶癫痫(一种部分性癫痫,仅影响一边脑半球)。

失神发作

缺乏性癫痫发作(以前称为小发作)通常在儿童中见到,通常在青春期左右消失。 这些癫痫发作几乎看不见,因此很难用肉眼察觉。 人们通常认为患者会突然失去意识,而不是典型的癫痫发作。 为了临床诊断它们或在实验室研究中识别它们,必须通过测量脑电波进行。

中颞叶癫痫

部分癫痫约占所有癫痫患者的60%,其中中颞叶癫痫是最常见的形式。由于其较高的患病率,中颞叶癫痫发作的致残性质以及药物治疗的难度,在过去的20年中,人们对这种类型的癫痫病进行了很多研究。

动物研究中的癫痫发作研究

研究人员对几种类型的癫痫发作进行了研究,以研究其起源,神经学途径和可能的治疗方法。在这些研究中,癫痫持续时间,发作次数和发作强度是重要参数。为了测量这些,研究人员经常将脑电(EEG)记录和行为观察结合使用。 

在颞叶癫痫中,癫痫发作起源于海马体和杏仁体。大小鼠的海马体和杏仁体中很容易被化学或电激发。某些研究模型,例如状态癫痫和高热惊厥的模型,首先会诱发癫痫发作,然后是无惊厥的静默期,然后在最后阶段会自然发作。由于沉默期从几天到几周不等,研究人员需要不得不观察数小时的视频,以查明何时会发生这些随后的癫痫发作。 

癫痫发作量表

许多研究人员使用Racine量表对啮齿动物的癫痫发作进行行为分类。该量表在反复研究开中已被更改,尽管该量表在多年研究中得到了验证,但其应用和解释仍由研究人员自行决定。因此有些研究人员不愿使用自动检测癫痫发作量表。

先进的动物研究技术

目前的视频跟踪技术可以通过多种方式提高癫痫研究的简便性和效率。动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)是一种自动视频跟踪软件程序,不仅可以跟踪动物,还可以在像素级别检测视频中的动物活动变化。

这样,即使动物静止不动(动物的鼻尖,中点和尾巴都在原来的位置),仍可以检测到身体的活动。 系统可以通过将每个视频帧与前一个视频帧进行比较来检测任何变化。

根据实验设计,视频跟踪技术可以以多种方式应用于癫痫研究中,还可以用于检测凝固行为(与癫痫发作活动相反)。

  • 自动检测癫痫发作 – 通过为活动设置某些阈值,可以自动对特定活动量的发作进行分类和持续时间,频率等分析。 动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)可以轻松过滤掉较小的动作(例如点头)和较大的动作(例如,抬起和落下)并进行分类。 阈值可由研究人员设置,从而允许研究人员根据具体的实验和研究问题以及具体的物种和品种对设置进行微调。
  • 筛选癫痫发作事件 – 尽管活动检测可以非常精确,但是某些研究可能仍需要对癫痫行为进行详细的人工评分。在这种情况下,动物运动轨迹跟踪系统可以从数小时的视频中过滤出可能的癫痫发作,从而减轻研究人员须手动浏览所有视频的痛苦。 研究人员可以在动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)中对癫痫发作进行手动评分,也可以将其与行为观察记录分析系统(The Observer XT)结合使用,从而为详细的行为评分提供更多工具。可以将视频和行为状态从动物运动轨迹跟踪系统导出到行为观察记录分析系统中,以轻松地更详细地评估数据。  
  • 将EEG测量与视频跟踪和手动评分相结合 – 在许多研究中,脑电图测量均用于检测癫痫发作,特别是无法通过肉眼观察到的癫痫发作类型。动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT) 和行为观察记录分析系统(The Observer XT)都能够将生理数据(例如EEG)与 频跟踪和活动检测的行为评分完全集成。两个系统均具有可轻松进行的数据选择,可视化和分析工具。例如,这使研究人员可以根据综合的EEG读数和活动测量值来选择和分析数据。
  • 癫痫发作检测和其他行为测试的设置示例 – 在Paradiso 等人(2011), 的研究中,研究人员使用鼠类行为家居活动观测箱(PhenoTyper)作为测试环境,连续7天监测诱发癫痫发作的大鼠。通过 动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)检测大鼠的行为,并通过EEG技术测量癫痫发作, 最终使用行为观察记录分析系统(The Observer XT)对Racine量表发作的严重程度进行评分,将所有数据组合在一起以进行分析和可视化,从而提供几天内癫痫发作检测和活动的完整情况。

参考文献

Paradiso, B.; Zucchini, S.; Su, T.; Bovolenta, R. Berto, E.; Marconi, P.; Marzola, A.; Navarro Mora, G.; Fabene, P.F.; Simonato, M. (2011). Localized overexpression of FGF-2 and BDNF in hippocampus reduces mossy fiber sprouting and spontaneous seizures up to 4 weeks after pilocarpine-induced status epilepticusEpilepsia52(3), 572–578.

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