癫痫是一种常见的大脑网络功能紊乱的慢性脑疾病,其伴有大规模的兴奋性和抑制性神经元相互作用的中断。随着各种神经影像技术,特别是静息态功能磁共振成像(functional magnetic resonance,fMRI)的快速发展,出现了很多在不同尺度上对癫痫病理机制的研究。大脑的整体活动可以通过fMRI中所谓的“全脑信号”(global signal,GS)来测量。然而,大多数的静息态功能磁共振研究回归了GS以更好地分离功能网络,这种回归可能从根本上掩盖了疾病中有意义的全局信号的病理变化。近来的静息态fMRI研究证据表明,以往研究中常常被忽视的全脑信号波动不仅是非神经元的生理噪声,也是神经元活动本身的重要来源,与有意义的大脑神经生理活动有关。然而,有关特发全面性癫痫(idiopathic generalized epilepsy,IGE)和局灶性-颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy,TLE)的全脑信号研究工作较少,其静息态功能磁共振全脑信号的自发活动异常的机制仍然不清楚。因此,探究不同种类癫痫中异常的大脑全脑信号活动模式具有科学意义。本文分别从静态和动态的角度对癫痫全脑信号的拓扑分布进行了系统的刻画,主要研究内容包括以下两个方面。1.首先,从静态角度针对两种不同癫痫亚型的全脑信号拓扑分布,采用多元回归模型所获取的beta权值,对IGE(n=116)与TLE(n=98)癫痫患者组和健康对照组(n=151)的GS贡献权值拓扑分布进行了量化,得到每一例被试的全脑信号权值拓扑分布图。结果发现在健康对照中,全脑信号在高级联合和低级感觉运动皮层呈现明显的非均匀分布。与健康对照组相比,局灶性和全面性癫痫患者的全脑信号权值分布有明显的改变。其中,癫痫患者在视觉皮层、颞中回、小脑和中脑被盖皮层等低级感觉运动网络中GS贡献权值降低,而在高级网络如眶额和内侧额叶皮层中GS贡献权值增加。其中,皮质和皮层下网络中GS的这种变化在全面性癫痫中更为广泛,并且是双侧分布的,而在局灶性颞叶癫痫中,这些异常的GS改变虽然在癫痫灶之外,但仍然呈偏侧分布。重要的是,我们证实这些异常的GS分布模式很可能在疾病的发展过程中演变。以上研究表明癫痫可能会影响大脑的整体兴奋/抑制平衡,从而改变大脑正常的信息流向和全脑信号的拓扑分布。2.进一步,本文提出基于滑动窗的动态全脑信号变异性来刻画癫痫全脑信号拓扑分布的动态变化。首先基于滑窗方法将一段时间内的磁共振信号分为多个不同的片段,分别在每个时间窗下计算全脑信号拓扑分布图,然后我们使用标准差作为衡量动态全脑信号变异性的指标,得到每个被试的动态全脑信号拓扑分布图。我们发现癫痫患者和健康对照均在楔叶和枕叶有较高的动态全脑信号变异性。与健康对照组相比,全面性癫痫和局灶性癫痫患者的动态全脑信号变异性也有显著的变化。其中全面性癫痫患者在左右侧角回、楔前叶、额中回和额下回等区域与健康对照组相比有较高的动态全脑信号变异性。而颞叶癫痫患者则在左右侧海马与海马旁回、小脑和内侧前额叶有较高的动态全脑信号变异性。事后分析显示,全面性癫痫患者在默认网络、额顶网络和突显网络有升高的动态全脑信号变异性,但在边缘网络则有所降低。而颞叶癫痫患者则在感觉运动和听觉网络有相对正常人较低的动态全脑信号变异性。这些研究结果表明以上大脑静息态功能网络与癫痫意识功能缺损和认知、决策障碍间存在潜在关联。这些皮层-皮下回路的异常全脑信号拓扑变异可能是癫痫在行为以及认知表现出异常的病理生理基础。