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基于小世界网络的局灶性癫痫发作的时空演化动力学

樊登贵  
【摘要】:癫痫发作通常由解剖脑网络中稀疏分布的位点产生,但癫痫产生的脑网络拓扑结构和动力学仍然是一个悬而未决的问题。尽管如此,临床证据表明癫痫脑网络具有小世界特性,如短路径长度和高聚类系数等。此外,神经场模型与临床脑电直接输出相关,且已被广泛研究以阐明癫痫形态节律产生的网络效应。鉴于此,我们建构了一个具有小世界连通特性的空间扩展的神经网络,我们的目标是寻找与潜在致痫区域相对应的网络节点,确定致痫灶癫痫节律的有效传播路径,传播速度和传播距离等。基于所提出的网络模型,我们首先通过单脉冲刺激随机激活局部网络节点(潜在癫痫发作节点)来模拟单个或多个癫痫病灶。结果表明,癫痫发作传播与单致痫灶的大小,分散度和强度密切相关。特别地,当致痫灶大小大于全局网络一定比例,较低分散度或较高刺激强度时,单致痫灶才能通过局部和远程连接(路径长度,即网络短边与长边)传播到周围和更远的脑区域。或者,通过增加小世界网络的最短路径长度和聚类系数,也可以启动单致痫灶的发作与传播。此外,我们通过将单个致痫灶分解成多个尺度较小的灶点来研究多致痫灶的发作和传播动力学。结果显示,多个病灶可促进全面性癫痫发作,并显著增加癫痫的传播速度。我们的建模和模拟研究突出了小世界网络在局灶性发作癫痫发展中的作用,这可能为癫痫发作的时空动态演化动力学提供新的见解。

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