Gangguan Susunan Bahasa Dan Sistem Memori Berfungsi dalam Epilepsi Lobus Depan Berbanding Temporal Bahagian 1

Kemerosotan kognitif adalah komorbiditi epilepsi yang biasa dan memberi kesan buruk kepada orang yang mengalami epilepsi lobus hadapan (FLE) dan lobus temporal (TLE). Walaupun substrat sarafnya telah disiasat secara meluas dalam TLE, kajian pengimejan berfungsi dalam FLE adalah terhad. Dalam kajian ini, kami memprofilkan proses saraf yang mendasari kemerosotan kognitif dalam FLE dan secara langsung membandingkan FLE dan TLE untuk mewujudkan persamaan dan perbezaan. Kami menyiasat 172 peserta dewasa (56 dengan FLE, 64 dengan TLE dan 52 kawalan) menggunakan ujian neuropsikologi dan empat tugas MRI berfungsi menyelidik bahasa ekspresif (kefasihan lisan, penjanaan kata kerja) dan ingatan kerja (verbal dan visuo-spatial).

Epilepsi adalah gangguan neurologi yang menjejaskan fungsi fizikal dan kognitif seseorang. Ramai orang berfikir bahawa epilepsi menjejaskan ingatan, tetapi ini tidak sepenuhnya benar. Walaupun penghidap epilepsi mungkin mengalami beberapa masalah ingatan jangka pendek, kebanyakan ingatan jangka panjang pesakit tidak terjejas dengan ketara. Malah terdapat beberapa kajian yang mencadangkan epilepsi boleh meningkatkan daya ingatan dalam beberapa kes.

Orang yang menghidap epilepsi boleh mendapatkan semula ingatan dan fungsi kognitif mereka selepas rawatan. Rawatan untuk epilepsi selalunya termasuk ubat-ubatan dan pembedahan, yang boleh membantu mengawal gejala dan mengurangkan kesan pada ingatan pesakit dan fungsi kognitif yang lain. Selepas menerima rawatan, ramai pesakit mendapati bahawa ingatan mereka dan kebolehan kognitif lain bertambah baik, menjadikannya lebih mudah bagi mereka untuk membuat keputusan yang baik dalam hidup.

Di samping itu, beberapa kajian mencadangkan bahawa epilepsi boleh menggalakkan ingatan yang lebih baik. Penyelidikan telah mendapati bahawa dalam beberapa kes, orang yang menghidap epilepsi mengalami kesan ingatan ajaib yang dikenali sebagai "memori paranormal." Kesan ini boleh meningkatkan ingatan pesakit, menjadikannya lebih mudah untuk mereka mengingati sesuatu dan membuat keputusan yang lebih baik.

Oleh itu, epilepsi bukanlah penyakit negatif sepenuhnya dan ia tidak semestinya menjejaskan daya ingatan dan fungsi kognitif pesakit. Malah, selepas rawatan, ramai pesakit boleh mendapatkan semula ingatan dan kebolehan kognitif mereka, dan dalam beberapa kes meningkatkan ingatan. Jika anda atau orang tersayang menghidap epilepsi, pastikan anda menerima rawatan perubatan segera untuk melegakan simptom dan meningkatkan kualiti hidup anda. Dapat dilihat bahawa kita perlu meningkatkan daya ingatan. Cistanche deserticola boleh meningkatkan daya ingatan dengan ketara kerana Cistanche deserticola ialah bahan perubatan tradisional Cina dengan banyak kesan unik, salah satunya adalah untuk meningkatkan daya ingatan. Keberkesanan daging cincang berasal dari pelbagai bahan aktif yang terkandung di dalamnya, termasuk asid, polisakarida, flavonoid, dll. Bahan-bahan ini boleh menggalakkan kesihatan otak dalam pelbagai cara.

Klik Tahu untuk meningkatkan ingatan jangka pendek

Kumpulan pesakit adalah setanding dalam tempoh penyakit dan beban ubat anti-kejang. Kami mencipta pendekatan berbilang skala untuk memetakan pengaktifan dan penyahaktifan otak semasa kognisi dan menjejaki penyusunan semula dalam FLE dan TLE. Analisis berasaskan Voxel telah dilengkapkan dengan pemprofilan kesan tugasan merentasi motif yang telah ditetapkan bagi organisasi otak berfungsi: (i) sistem fungsi keadaan rehat kanonik; dan (ii) kecerunan ketersambungan kefungsian utama, yang mengodkan peralihan berterusan profil ketersambungan serantau, menambat kawasan otak deria dan transmodal peringkat rendah di hujung spektrum yang bertentangan. Kami menunjukkan bahawa kemerosotan kognitif dalam FLE dikaitkan dengan pengurangan pengaktifan merentas sistem perhatian dan eksekutif, serta pengurangan penyahaktifan sistem mod lalai, yang menunjukkan ketidakselarasan berskala besar pengambilan berkaitan tugas.
Tanda tangan pengimejan disfungsi dalam FLE secara amnya serupa dengan yang terdapat dalam TLE, tetapi beberapa corak adalah khusus sindrom: penyahaktifan mod lalai yang diubah lebih menonjol dalam FLE, manakala perekrutan terjejas kawasan bahasa posterior semasa tugasan dengan tuntutan semantik lebih ketara. dalam TLE. Keabnormalan fungsi dalam FLE dan TLE kelihatan secara keseluruhan dimodulasi oleh beban penyakit. Secara seimbang, kajian kami menjelaskan proses saraf yang mendasari bahasa dan kemerosotan ingatan bekerja dalam FLE, mengenal pasti perubahan yang dikongsi dan khusus sindrom dalam dua epilepsi fokus yang paling biasa dan memberi penerangan tentang tingkah laku sistem yang mungkin bersetuju dengan strategi pemulihan masa depan.
1 Jabatan Kejuruteraan Bio, Universiti Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania 19104, Amerika Syarikat

2 Jabatan Epilepsi Klinikal dan Eksperimen, UCL Queen Square Institute of Neurology, London WC1N 3BG, UK

3 Unit MRI, Persatuan Epilepsi, Chalfont St Peter, Buckinghamshire SL9 0RJ, UK

4 Makmal Pengimejan Multimodal dan Analisis Sambungan, Pusat Pengimejan Otak McConnell, Institut Neurologi Montreal, Montreal, Quebec H3A 2B4, Kanada

5 Jabatan Neurologi, Ludwig-Maximilians-Universität, 81377 Munich, Jerman

6 Unit Epilepsi, Klinik Hospital de Barcelona, ​​IDIBAPS, 08036 Barcelona, ​​Sepanyol

7 Jabatan Psikiatri dan Psikoterapi, Institut Kesihatan Mental Pusat, Fakulti Perubatan Mannheim, Universiti Heidelberg, Mannheim, Jerman

8 Jabatan Neurologi, Universiti Perubatan Vienna, Vienna, Austria

9 Pusat Pengkomputeran Imej Perubatan, Kolej Universiti London, London, UK

10 Unit Akademik Neuroradiologi, Institut Neurologi Dataran Ratu UCL, Kolej Universiti London, London, UK

11 Jabatan Perubatan, Bahagian Neurologi, Queen's University, Kingston, Ontario, Kanada

12 Jabatan Fizik dan Astronomi, Universiti Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, Amerika Syarikat

13 Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sistem, Universiti Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, Amerika Syarikat

14 Jabatan Neurologi, Universiti Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, Amerika Syarikat 15 Jabatan Psikiatri, Universiti Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, Amerika Syarikat 16 Institut Santa Fe, Santa Fe, NM 87501, Amerika Syarikat

pengenalan

Epilepsi lobus hadapan (FLE), sindrom epilepsi fokal kedua paling biasa selepas epilepsi lobus temporal (TLE), selalunya tahan dadah dan MRI-negatif.1–3 Kemerosotan kognitif adalah perkara biasa dalam kedua-dua FLE dan TLE dan menjejaskan kualiti hidup. dan fungsi psikososial.4 Ingatan episodik dan pengetahuan semantik terjejas adalah perkara biasa dalam TLE, walaupun ciri-ciri diseksekutif kerap wujud bersama.5,6 Sebaliknya, FLE mempunyai tandatangan kognitif yang kurang mantap, dengan pelbagai domain kognitif terjejas, termasuk ketangkasan, perhatian, ingatan kerja , kefasihan lisan, fungsi eksekutif dan ingatan episod.7–11 Sama ada profil kognitif dalam FLE dan TLE mungkin berbeza masih menjadi kontroversi, dan beberapa penyiasatan menyimpulkan bahawa sindrom ini tidak boleh didiskriminasi berdasarkan ukuran kognitif.8,12,13 Namun begitu mencadangkan bahawa gangguan ingatan episod adalah lebih mendalam dalam TLE, manakala fungsi eksekutif mungkin lebih terjejas dalam FLE.7,14–16
MRI berfungsi berasaskan tugas (fMRI) menyiasat korelasi saraf kemerosotan kognitif dalam epilepsi. Dalam TLE, pengaktifan dan ketersambungan parietal dan mesiotemporal yang diubah mendasari kemerosotan memori kerja,17,18 manakala kajian fMRI bahasa menunjukkan profil fungsi frontotemporal yang diubah, dengan penyusunan semula intra dan interhemisfera yang kompleks.19–25 Sebaliknya, beberapa kajian menyiasat FLE.26 Kanak-kanak dengan FLE telah mengurangkan ketersambungan fronto-temporo-parietal semasa fMRI memori bekerja tetapi tiada perubahan besar dalam pengaktifan serantau.27 Pada orang dewasa dengan FLE, kami sebelum ini melaporkan pengaktifan frontotemporal yang dipertingkatkan semasa pengekodan memori episod dan mengurangkan pengaktifan mesiotemporal pada mereka yang mempunyai daya ingatan yang lebih lemah.28

Aktiviti motor dan parietal yang tidak normal mungkin mendasari ketangkasan terjejas.29 Secara keseluruhannya, gambaran menyeluruh mengenai substrat saraf bagi gangguan kognitif dalam FLE adalah kurang.

Di sini, kami berhasrat untuk mencirikan neuroanatomi fungsi bahasa ekspresif dan ingatan kerja, fungsi kognitif bergantung pada pemprosesan lobus hadapan, 30,31 pada individu dengan FLE tahan dadah yang menjalani ujian neuropsikologi dan empat tugas fMRI. Kami membandingkan orang dengan FLE kepada (i) kawalan yang sihat, dan (ii) 'kumpulan kawalan pesakit' individu dengan TLE, setanding dalam tempoh epilepsi dan beban ubat anti-kejang (ASM), yang membolehkan kami mewujudkan perkongsian dan sindrom- ciri-ciri tertentu.

Kami mencipta rangka kerja pemetaan fungsi berbilang skala untuk menyiasat landskap pengaktifan dan penyahaktifan otak semasa kognisi 32-34 dan menangkap penyusunan semula berkaitan penyakit. Di bawah pandangan ensemble tentang konfigurasi semula aktiviti otak berkaitan tugas, kami melengkapkan peta fMRI berasaskan voxel tradisional, yang menjelaskan tandatangan berkaitan tugas di peringkat serantau, dengan memprofilkan kesan tugasan merentas dua motif organisasi otak: (i) rehat yang ditetapkan -menyatakan sistem berfungsi35; dan (ii) kecerunan ketersambungan fungsi utama.36,37

Kecerunan, khususnya, menerangkan peralihan berterusan fungsi saraf yang menambat kawasan deria unimodal dan kawasan transmodal tertib tinggi pada dua hujung bertentangan spektrum, menyediakan paksi organisasi kortikal subregional dan menyusun semula model hierarki kortikal yang telah ditetapkan.38

Oleh itu, kecerunan menawarkan rangka kerja yang padat, namun formal, untuk mencirikan aspek organisasi aktiviti kognitif, yang membolehkan kita (i) menghuraikan tandatangan tugas-fMRI dalam konteks keseimbangan global sensorimotor dan pemprosesan tinggi, pemprosesan yang dipisahkan secara persepsi, sebagai dicontohkan oleh kerja dalam orang dewasa yang sihat39–41 dan orang yang mempunyai TLE yang melakukan tugas pemisahan corak42; dan (ii) memperoleh metrik global yang mengukur perbezaan kumpulan dalam penyusunan semula peringkat sistem berkaitan tugas. Dengan menyampaikan pandangan serantau, peringkat sistem dan global mengenai tandatangan saraf bagi gangguan kognitif dalam epilepsi, pendekatan kami secara kolektif terbukti sensitif terhadap keabnormalan setempat dan peringkat tinggi.

Kami menjangkakan bahasa ekspresif dan kemerosotan ingatan bekerja dalam FLE. Kami membuat hipotesis bahawa kemerosotan tersebut akan disokong oleh (i) pengurangan pengaktifan kawasan yang terlibat semasa pelaksanaan tugas, iaitu kawasan 'tugas-positif'; (ii) mengurangkan penyahaktifan kawasan mod lalai (DMN), iaitu kawasan 'tugas-negatif'; dan (iii) ketidakselarasan global pengambilan sistem kognitif, seperti yang dikira melalui analisis kecerunan. Kami juga membuat hipotesis bahawa, berdasarkan kedekatan dengan fokus epilepsi, (i) keabnormalan ingatan kerja tahap hadapan dan sistem mungkin lebih menonjol dalam FLE daripada TLE; (ii) pengaktifan berkaitan bahasa bagi kawasan hadapan akan lebih rendah dalam FLE; dan (iii) penglibatan bidang bahasa temporal akan lebih rendah dalam TLE.

Kami juga bertujuan untuk menyokong kesahihan neurobehavioural tugas fMRI kami dengan mengaitkan corak pengimejan dengan neuropsikologi dan ukuran prestasi tugas. Akhirnya, kami meneroka persatuan antara perubahan rangkaian kognitif dan ciri klinikal, menyiasat kesan potensi lesi lobus hadapan, dan mereplikasi penemuan FLE utama kami dalam subkumpulan pesakit yang lebih homogen dengan displasia kortikal hadapan.

Bahan dan kaedah

Kajian ini menyiasat 172 peserta yang diambil dari 2007 hingga 2013: 120 pesakit tahan ubat di bawah pertimbangan pembedahan, 56 dengan FLE (29 wanita, 30/26 kiri-/sisi kanan FLE), 64 dengan TLE (44 wanita, 34/30 kiri -/TLE sebelah kanan) dan 52 kawalan sihat (30 wanita) tanpa diagnosis neurologi atau psikiatri dan tiada sejarah keluarga epilepsi. Butiran demografi dan klinikal disediakan dalam Jadual 1.

Diagnosis FLE ditentukan oleh pakar epileptologi berdasarkan sejarah, semiologi sawan, telemetri video-EEG dan MRI struktur 3 T; PET, data tomografi berkomputer pancaran foton tunggal ictal (SPECT) dan data magneto-encephalography tersedia untuk subset pesakit. Dalam 29 pesakit, MRI tidak berlesi (kiri/kanan: 17/12). Penemuan dalam baki pesakit termasuk kawasan yang disyaki displasia kortikal fokus (FCD, n=13; kiri/kanan: 6/7; disahkan secara patologi dalam 8 daripada 8 pesakit yang kemudiannya menjalani pembedahan); tumor neuroepithelial disembrioplastik (DNET, n=6; kiri/kanan: 3/3); tumor glial gred rendah (n=3, baiklah); kemungkinan heterotopia nodular periventrikular (n=1, kiri); atau keabnormalan isyarat yang jelas, selaras dengan penemuan klinikal dan EEG [n=4, kiri/kanan: 3/1; satu selepas trauma, satu etiologi intrauterin (vaskular) dan dua kawasan kecederaan kortikal etiologi yang tidak jelas]. Peta kekerapan lesi43 ditunjukkan dalam Rajah 1.

Pada orang yang mempunyai TLE, video-EEG kulit kepala interiktal dan iktal disahkan dan serangan kejang sisian ke lobus temporal. Semuanya mempunyai sklerosis hippocampal ipsilateral pada 3 T MRI, seperti yang ditentukan oleh diagnosis neuroradiologi kualitatif dan/atau melalui penilaian kuantitatif volum hippocampal44 dan masa relaksasi T2,45 dengan pengesahan patologi pada mereka yang kemudiannya menjalani pembedahan. Sklerosis hippocampal wujud bersama DNET ipsilateral dalam tiga pesakit (kiri/kanan: 2/1) dan kemungkinan FCD dalam satu pesakit (kanan).

Persetujuan termaklum bertulis diperoleh daripada semua peserta mengikut piawaian Pengisytiharan Helsinki. Pengambilan peserta telah diluluskan oleh University College London Queen Square Institute of Neurology dan Jawatankuasa Etika Penyelidikan Hospital Universiti Kolej London. Kriteria pengecualian adalah tidak mahir dalam bahasa Inggeris bertulis dan pertuturan, kontraindikasi MRI, kehamilan dan ketidakupayaan untuk memberikan persetujuan termaklum. Individu yang mengalami sawan tonik-klonik fokus kepada dua hala (FBTCS)<24 h before the investigation were excluded or had their testing session rescheduled.
Kumpulan adalah setanding untuk tangan dan jantina (binari), tetapi tidak untuk umur, yang digunakan sebagai kovariat dalam semua analisis kumpulan. Kumpulan pesakit tidak berbeza dalam umur pada permulaan sawan dan tempoh epilepsi, bilangan ASM dan penggunaan levetiracetam atau topiramate/zonisamide, yang lebih baik atau tidak mempengaruhi aktiviti sistem kognitif daripada ASM biasa yang lain, masing-masing.46,47 Pesakit dengan FLE mempunyai lebih banyak sawan yang kerap, masa yang lebih singkat sejak sawan terakhir dan sejarah FBTCS yang lebih kerap pada tahun sebelum penyiasatan berbanding mereka yang mempunyai TLE (Jadual 1). Memandangkan FLE adalah heterogen dari segi etiologi dan penemuan MRI, kami secara berasingan menganalisis subkumpulan dengan etiologi yang lebih homogen (FCD; n=13), secara langsung membandingkan pesakit FLE dengan dan tanpa lesi dan menyiasat pengaruh pembolehubah klinikal pada pengimejan penemuan. Selain itu, kami menyiasat subkumpulan FLE kiri dan kanan secara berasingan.

Data neuropsikologi

Peserta menjalani ujian neuropsikologi piawai, 48 menyediakan ukuran tahap intelektual umum (IQ, Ujian Pembacaan Dewasa Kebangsaan49), ingatan kerja [skor digit dan Skala Kecerdasan Dewasa Wechsler (WAIS-III)50], huruf dan kategori kefasihan51 (jumlah perkataan yang dihasilkan untuk huruf 'S', jumlah item yang dijana untuk kategori 'Haiwan' dalam 1 min), penamaan (Ujian Penamaan Bergred McKenna52), kelajuan psikomotor dan fungsi eksekutif (fleksibiliti mental; Ujian Membuat Jejak A dan B-A53) dan lisan dan pembelajaran dan ingatan visuospatial (Pembelajaran Senarai dan Reka Bentuk, A1–A5 dan A6, Memori Dewasa dan Bateri Pemprosesan Maklumat54). Langkah penaakulan dan pemahaman lisan (Perbendaharaan Kata dan Persamaan, skor berskala WAIS III50) tersedia untuk kumpulan pesakit. Pemadaman berpasangan telah digunakan untuk kehilangan data.

Pemerolehan data pengimejan dan tugas fMRI

Data pengimejan diperoleh pada pengimbas MRI GE SignaHDx 3T yang sama di Persatuan Epilepsi, Chalfont St Peter, Buckinghamshire, UK. Untuk semua tugasan, kami menggunakan 50-jujukan satah gema kecerunan kepingan dengan orientasi paksi, matriks 64×64, saiz voxel dalam satah 3.75×3.75 mm, ketebalan kepingan 2.4 mm, 0.1 mm jurang antara kepingan, masa gema/masa pengulangan: 25/2500 ms.55 Satu paradigma fMRI visuospatial dan satu lisan menilai memori kerja. Semasa tugasan visuospatial (Dot Back), titik muncul di empat lokasi yang mungkin pada skrin. Peserta diarahkan untuk mengalihkan kayu bedik ke kedudukan titik yang sedang dibentangkan (0 Belakang) atau kedudukan titik yang dipaparkan satu (1 Belakang) atau dua pembentangan sebelum ini (2 Belakang).55 Terdapat lima 30-s blok untuk setiap keadaan dalam susunan rawak pseudo, dicampur dengan 15 s penetapan silang rambut.

Semasa tugas ingatan kerja lisan, kata nama konkrit tunggal dipaparkan setiap 3 s dalam 30 s blok. Peserta menjawab apabila paparan perkataan kawalan yang diberikan (keadaan kawalan aktif) atau pengulangan perkataan yang dipaparkan dua pembentangan lebih awal (2 Ingatan kerja belakang). Terdapat lima blok 30 s setiap keadaan, dicampur dengan 15 s penetapan rambut silang. Dua tugasan terselindung (senyap)56 menyelidik bahasa ekspresif, diikuti dengan ujian kognitif di luar pengimbas dalam sesi yang sama. Semasa fMRI kefasihan lisan, peserta menghasilkan perkataan yang bermula dengan huruf yang dipersembahkan secara visual (A/D/E/S/W, satu huruf setiap blok, lima blok 30 s), berselang seli dengan 30 s blok penetapan silang rambut.57 Semasa tugas penjanaan kata kerja, subjek menghasilkan kata kerja yang dikaitkan dengan kata nama yang dipaparkan secara visual ('Jana') atau mengulangi kata nama yang dipaparkan secara visual ('Ulang'). Terdapat empat blok 30-s setiap keadaan dan empat blok penetapan silang rambut.58

Analisis statistik data klinikal dan neuropsikologi

Data dianalisis menggunakan R 3.6.1 dan SPSS 27. Untuk demografi, kami menggunakan ujian tepat Fisher, ujian ANOVA sehala dan ujian Kruskal–Wallis untuk pembolehubah kategori, parametrik berterusan dan bukan parametrik. Data neuropsikologi telah dibandingkan melalui ANCOVA, covariing untuk umur dan jantina. Perbandingan terhadap norma yang diterbitkan telah dicapai dengan satu ujian-t sampel. Ukuran prestasi tugas memori kerja tidak diedarkan secara normal dan dibandingkan melalui ujian Kruskal-Wallis. Merentasi domain kognitif, kami membetulkan beberapa perbandingan melalui prosedur kadar penemuan palsu (FDR).59 Ujian post hoc telah diperbetulkan Bonferroni.

Data MRI berfungsi: Pra-pemprosesan dan statistik berasaskan voxel

Data pengimejan berfungsi dianalisis dengan SPM12 (https://www. fil.ion.ucl.ac.uk/spam/). Imej telah diselaraskan semula, dinormalkan kepada templat pengimejan echo-planar khusus pengimbas dan pemerolehan dalam ruang Institut Neurologi Montreal (MNI), disampel semula kepada voxel isotropik 3 × 3 × 3 mm dan dilicinkan dengan kernel Gaussian 8 × 8 × 8 mm lebar penuh pada separuh maksimum.60 Kesan khusus keadaan peringkat individu diperoleh melalui model linear am. Keadaan tugas telah dimodelkan sebagai blok 30- dan berbelit dengan fungsi tindak balas hemodinamik kanonik. Untuk fMRI kefasihan lisan, kami mencipta kontras pengaktifan yang dikaitkan dengan penjanaan perkataan. Untuk fMRI penjanaan kata kerja, kami menolak pengulangan perkataan daripada penjanaan perkataan. Untuk fMRI ingatan kerja lisan, kami menolak pemantauan lisan daripada keadaan ingatan kerja 2 Kembali. Untuk fMRI memori kerja visuospatial, kami membezakan keadaan dengan permintaan memori kerja rendah berbanding keadaan kawalan aktif (1–0 Kembali) dan membandingkan secara langsung pengaktifan untuk permintaan memori kerja tinggi dan rendah (2–1 Belakang). Anggaran kontras (berat) dari segi voxel telah dikira dengan enam parameter gerakan sebagai regressor mengelirukan. Imbasan dengan min anjakan rangka rangka > 0.5 mm telah dibuang daripada analisis lanjut.61 Pemeriksaan kualiti selanjutnya diperincikan dalam bahan Tambahan.

Analisis kumpulan telah dijalankan dengan ujian pilih atur bukan parametrik menggunakan SnPM1362 (//www.nisox.org/Software/SnPM13/) untuk mencapai kehomogenan metodologi merentas skala analisis. Ujian-t pilih atur satu sampel menilai kesan setiap keadaan tugas bagi setiap kumpulan. Berikutan ujian F berasaskan pilih atur penerokaan, perbezaan kumpulan dinilai melalui ujian t pilih atur dua sampel, semuanya dengan pilih atur 10,000 dan umur serta jantina sebagai kovariat. Perbandingan FLE dan TLE termasuk sisi epilepsi sebagai kovariat tambahan (Rajah 1). Kepentingan statistik ditetapkan pada dua ekor P<0.05, voxel-wise corrected for family-wise error rate (FWE)63 within pre-specified language, working memory and default-mode ('task-negative') regions of interest (ROIs; Fig. 1 and Supplementary material). For completeness, we report group differences for areas outside such ROIs at two-tailed PFWE<0.05, voxel-wise corrected brain-wide.

Data MRI berfungsi: sistem kanonik dan kecerunan utama

Kami mengukur kesan tugasan merentas tujuh sistem fungsi keadaan rehat35 (Gamb. 2): visual, somatomotor, perhatian dorsal, salience (atau perhatian ventral), (para)limbik, kawalan frontoparietal dan DMN. Untuk setiap kontras tugas, kami mengekstrak pemberat daripada semua petak atlas64 otak Schaefer (200 skala ROI, ruang MNI) menggunakan FSL-6.0.2, purata pemberat merentas ROI milik sistem tertentu dan menyesuaikannya untuk umur dan jantina melalui regresi berganda. Kami memprofilkan kesan tugas sepanjang kecerunan sambungan fungsi utama dalam ruang permukaan (Bahan tambahan).

Kecerunan telah dikira daripada data fMRI keadaan rehat bagi 100 peserta Projek Sambungan Manusia (HCP) melalui pengurangan dimensi bukan linear bagi metrik ketersambungan berfungsi yang didaftarkan di permukaan.66,67 Pemerolehan dan prapemprosesan HCP telah diperincikan di tempat lain.68 Kecerunan telah diskret ke dalam 20 tong sampah yang sama saiz, seperti yang dilaporkan sebelum ini 39,65; lokasi kortikal telah diberikan kepada setiap tong, dengan kawasan deria/motor diperuntukkan kepada tong pertama dan kawasan transmodal diperuntukkan kepada tong ke-20. Bagi setiap peserta dan kontras tugas, kami memperoleh purata berat setiap tong melalui pendekatan tetingkap gelongsor69 dan melaraskannya untuk umur dan jantina melalui regresi berganda.

Dalam kawalan, ujian-t pilih atur satu sampel menilai kesan tugas setiap sistem atau tong kecerunan. Kami mengira skor sisihan (Z) untuk menentukan atipikiti kesan pada pesakit [Zpat=(Actpat−μCTR)/σCTR], di mana μCTR dan σCTR sepadan dengan min dan sisihan piawai bagi peringkat sistem atau bin- berat bijak dalam kawalan untuk kontras tugas yang diberikan.70,71 Bagi setiap sistem atau tong kecerunan, sisihan skor Z daripada sifar pada pesakit dinilai dengan ujian-t satu sampel berasaskan pilihatur dua hujung. FLE dan TLE dibandingkan melalui ujian t dua sampel dua ekor berasaskan pilih atur. Kami juga menilai perbezaan global antara lengkung kesan tugas berstrata kecerunan (kawasan antara lengkung, AbC), menggunakan ujian pilihatur bukan parametrik berdasarkan teknik analisis data berfungsi (FDA)72 (Bahan tambahan). Kami menggunakan 10000 pilih atur untuk semua ujian dan melaporkan saiz kesan d Cohen. Nilai-P telah dilaraskan FDR untuk beberapa sistem atau tong kecerunan; perbandingan mencapai P yang tidak diperbetulkan<0.05 (Punc) are reported for completeness. Sensitivity analyses probed effects across DMN and frontoparietal control system subdivisions derived from a more fine-grained 17-system parcellation.35

Korelasi data fMRI dengan pembolehubah kognitif dan klinikal

Merentasi skala, kami menilai korelasi kesan tugasan dengan prestasi kognitif dalam semua peserta21,42 menggunakan analisis berasaskan pilih atur yang melibatkan 10,000 pilih atur. Regresi berasaskan Voxel telah dijalankan dengan SnPM13; umur, jantina dan kumpulan adalah kovariat gangguan. Persatuan antara skor kognitif dan metrik fMRI telah diterokai dalam bahasa, memori kerja dan ROI tugas-negatif (Rajah 1). Kesan dilaporkan pada PFWE dua ekor, voxel-wise<0.05. For correlations between cognitive scores and task effects across systems or on the gradient, parameterized as age- and sex-adjusted β weights, we employed permutation-based two-tailed product-moment correlations. For working memory task performance measures, which were skewed, we employed permuted rank correlations. Correlations between fMRI activity and clinical variables, such as age at seizure onset, disease duration, seizure frequency, FBTCS history and time since last seizure21,73,74 were separately computed in FLE and TLE to disentangle syndrome-specific effects using SnPM13-based regressions with sex and side of seizure focus as covariates; age was an additional covariate for models including seizure frequency, FBTCS and time since last seizure. Statistical significance was established using the same ROIs as above. For correlations between clinical variables and task effects across systems or gradients, we used two-tailed, permutation-based correlations.

Ketersediaan data

Data untuk menghasilkan semula penemuan kumpulan utama tersedia di NeuroVault (https://identifiers.org/neurovault.collection:13042). Data lain tidak tersedia secara umum kerana mengandungi maklumat yang boleh menjejaskan privasi peserta penyelidikan. Kod contoh tersedia di: https://github.com/lcaciagl/ Language_WM_FLE_vs_TLE.

Keputusan

Data neuropsikologi dan prestasi tugas fMRI

Pesakit dengan FLE berbeza daripada kawalan dan/atau norma yang diterbitkan untuk kebanyakan langkah kognitif (semua PFDR<0.001; see Supplementary Table 1 for test scores and associated statistics). Patients with FLE had better performance on naming, verbal learning and verbal recall tests and worse performance on a mental flexibility test than those with TLE (post hoc P<0.05, Bonferroni-corrected). Working memory and verbal fluency were equally impaired in FLE and TLE. Verbal working memory task execution was less accurate in FLE than in controls, but similar between FLE and TLE (>80% ketepatan median dalam kedua-dua kumpulan pesakit). Untuk ingatan kerja visual, prestasi dalam FLE adalah lebih teruk daripada kawalan, dengan perbezaan yang lebih ketara untuk kesukaran tugasan yang lebih tinggi; tiada perbezaan antara FLE dan TLE. Jadual Tambahan 1 memberikan butiran mengenai skor prestasi tugas fMRI dan statistik yang berkaitan.

fMRI kognitif: sinopsis

Semasa tugasan bahasa, kami mendapati pengaktifan hadapan berkurangan dan penyahaktifan nod DMN dikurangkan dalam FLE berbanding kawalan. Semasa ingatan bekerja, FLE menunjukkan pengaktifan frontoparietal yang dikurangkan, penyahaktifan DMN yang dikurangkan dan ketidakorganisasian global pengambilan berkaitan tugas. Untuk ingatan kerja visual, kami melihat gabungan (i) peningkatan pengaktifan frontoparietal dan kurang penyahaktifan DMN daripada kawalan untuk permintaan tugas peringkat rendah, diikuti dengan (ii) pengurangan pengaktifan frontoparietal untuk permintaan tugas yang lebih tinggi. Corak disfungsi dalam FLE dan TLE secara meluas bertindih; penyahaktifan DMN yang diubah, bagaimanapun, lebih jelas dalam FLE, manakala pengurangan pengaktifan kawasan bahasa posterior lebih ketara dalam TLE.

Bahagian berikut memperincikan penemuan ini. Untuk analisis berasaskan voxel, angka menunjukkan peta seluruh otak yang tidak dikekang secara serantau dan garis besar yang diperbetulkan serta penemuan yang tidak diperbetulkan untuk kesempurnaan, dengan bukti penanda aras.75 Seperti yang diperincikan di atas, ujian statistik berasaskan voxel memfokuskan pada kesan dalam kawasan kortikal yang telah ditentukan, dan kami hanya membincangkan penemuan yang masih hidup pembetulan FWE bijak voxel untuk pelbagai perbandingan. Butiran statistik disediakan dalam Jadual Tambahan 2–17.

Kefasihan lisan fMRI

Dalam kawalan, tugas kefasihan lisan mengaktifkan korteks fronto-temporoparietal, kawasan hippocampus dan subkortikal (Rajah 2); penyahaktifan merangkumi kawasan DMN, termasuk korteks prefrontal medial, parietal medial dan korteks sudut. Analisis sistem memberikan perspektif ensemble tentang penemuan ini, menunjukkan pengaktifan sistem kawalan dan salience frontoparietal ( =0.10/0.08, PFDR{{6 }}.004/0.020), dan kecenderungan untuk menyahaktifkan keseluruhan DMN (=−0.06, Punc=0.038). Pemprofilan berasaskan kecerunan mengisih kawasan kortikal mengikut hierarki deria-ke-transmodal, menunjukkan: (i) kesan positif pada hujung kecerunan unimodal, mencerminkan pengaktifan kawasan deria visual/utama; (ii) kesan positif di sepanjang segmen pertengahan dan sebelah kanan, menunjukkan pemprosesan eksekutif peringkat perhatian (perseptual bergandingan) dan tinggi; dan (iii) pesongan negatif pada puncak kecerunan transmodal, menangkap penyahaktifan mod lalai (semua PFDR<0.05).

Pada tahap voxel (Rajah 3A), pesakit dengan FLE telah mengurangkan pengaktifan gyrus frontal tengah kiri dan inferior, kawasan temporal tengah-anterior dan tengah-posterior (PFWE).<0.05), and reduced deactivation of bilateral anterior and posterior DMN regions, left posterior temporal and angular gyrus (PFWE<0.05) compared to controls. In TLE, there was reduced left inferior frontal activation and reduced deactivation of bilateral precuneus (PFWE<0.05) compared to controls (Supplementary Fig. 1). Patients with FLE had similar cortical activation to the TLE group, but lesser deactivation of posterior temporal and anterior DMN areas (PFWE<0.05). Across systems (Fig. 3B), there were no corrected differences between FLE and controls; sensitivity analyses across 17 systems highlighted impaired deactivation of DMN and frontoparietal control subdivisions in FLE than controls (DMN-A/DMN-C/control-C: PFDR=0.004/ 0.0025/<0.0001, d=0.51/0.39/0.65; Supplementary Fig. 2). Curves of gradient-based task effects in FLE versus controls (Fig. 3C) showed (i) weaker task activity in intermediate gradient segments; and (ii) an increase at the transmodal apex, which implies lesser deactivation (all PFDR<0.05; d= −0.39 and −0.42 for the intermediate bins, d= 0.54 and 0.64 for the apex bins). Comparisons of TLE and controls and FLE and TLE showed no corrected differences for analyses of systems and gradients.

Penjanaan kata kerja fMRI

Dalam kawalan, tugas penjanaan kata kerja mengaktifkan korteks fronto-temporoparietal dan kawasan subkortikal (Rajah 2D); berbeza daripada kefasihan lisan, korteks temporal posterior kiri dan girus sudut tergolong dalam peta pengaktifan tugas. Pengaktifan melibatkan kawalan frontoparietal, DMN, salience dan sistem perhatian dorsal ( =0.12/ 0.06/0.08/0.06, PFDR<0.0001/0.017/0.001/0.017, respectively; Fig. 2E). Gradient profiles (Fig. 2F) indicated extensive activation across the intermediate-to-transmodal segments (all PFDR<0.05).

Pada tahap voxel (Rajah 3D), FLE mempamerkan pengurangan pengaktifan frontal inferior kiri dan penyahaktifan sudut kanan yang berkurangan berbanding dengan kawalan (PFWE<0.05); in TLE, there were widespread frontotemporal-parietal and occipital activation reductions compared to controls (PFWE<0.05; Supplementary Fig. 1). FLE had higher left posterior temporoparietal and bilateral occipital activation and lower deactivation of the right angular gyrus and bilateral precuneus than TLE (all PFWE<0.05). Analysis of systems (Fig. 3E) showed no corrected differences between FLE and controls or TLE; there was lower activity in TLE than controls, mostly encompassing dorsal attention, frontoparietal control and salience systems (all PFDR<0.0001; d= −0.60/−0.70/−0.62). Gradient curves (Fig. 3F) showed one positive deviation at the transmodal apex in FLE compared to controls (Punc=0.017, d=0.32), while TLE differed from controls for global gradient-stratified profiles (FDA, permuted P=0.046) and across most gradient bins (all PFDR<0.05; d range= −0.60 to −0.30). One intermediate bin showed higher task activity in FLE than in TLE at an uncorrected threshold (Punc=0.048, d=0.39).

Ingatan kerja lisan fMRI

Dalam kawalan, tugas memori kerja lisan menimbulkan pengaktifan frontoparietal dua hala (Gamb. 4A), pemetaan pada sistem kawalan dan perhatian dorsal ( =0.20/0.26, PFDR<0.0001; Fig. 4B). Deactivation involved posterior cingulate cortex/precuneus, medial prefrontal and sensorimotor cortices (β= −0.08, PFDR=0.002 for somatomotor system effects). Gradient profiling (Fig. 4C) showed positive shifts along intermediate-to-transmodal segments, implicating attentional and executive processing, and decreases at the DMN apex (all PFDR<0.05).

Pada tahap voxel (Rajah 5A), terdapat pengurangan pengaktifan frontoparietal dan pengurangan penyahaktifan kawasan DMN dalam FLE berbanding kawalan (PFWE<0.05), and only reduced frontoparietal activation in TLE versus controls (PFWE<0.05; Supplementary Fig. 1). FLE showed less deactivation of posterior DMN areas than TLE (PFWE<0.05). Analysis of systems (Fig. 5B) showed lower dorsal attention and frontoparietal control system activity in both FLE (PFDR<0.0001/0.019, d= −0.62/ −0.40) and TLE (PFDR<0.0001/<0.0001, d= −0.82/−0.73) compared to controls. Gradient-stratified profiles (Fig. 5C) showed lower activity along intermediate gradient segments (PFDR<0.05; d range= −0.52 to −0.33) in FLE versus controls, and reduced activity across most gradient bins along with global differences in gradient profiles in TLE versus controls (PFDR<0.05; d range= −0.70 to −0.24; FDA, P= 0.030). There were no differences between FLE and TLE for the analysis of systems and gradients.

Memori kerja visual fMRI

Dalam kawalan, kontras belakang 1–0 (Rajah 4D) menimbulkan pengaktifan frontoparietal dua hala dan penyahaktifan kawasan DMN garis tengah. Membezakan permintaan memori kerja yang tinggi berbanding rendah (2–1 Belakang) menunjukkan peningkatan pengambilan frontoparietal (Rajah 4G). Analisis sistem (Gamb. 4E dan H) mengenal pasti perhatian dorsal dan pengaktifan sistem kawalan frontoparietal ( =0.11/0.09, PFDR<0.0001/0.0002, 1–0 Back; β= 0.08/0.11, PFDR=0.005/<0.0001, 2–1 Back), DMN deactivation for the 1–0 Back contrast (β= −0.05, PFDR=0.023), and somatomotor deactivation for both contrasts (β= −0.08 and −0.06, PFDR<0.0001 and 0.005, 1–0 Back and 2–1 Back). Gradient analyses (Fig. 4F and I) indicated positive activity shifts along its intermediate to transmodal segments and significant decreases at the default-mode apex (all PFDR<0.05).

Untuk perbandingan kontras belakang voxel 1–0 (Rajah 5D), terdapat peningkatan pengaktifan frontal parietal dan dorsolateral serta pengurangan penyahaktifan kawasan DMN anterior dalam FLE berbanding dengan kawalan (PFWE<0.05), and reduced deactivation of anterior DMN areas in TLE than controls (PFWE < 0.05; Supplementary Fig. 1). Analysis of systems (Fig. 5E) showed higher frontoparietal control and DMN effects in FLE than controls (PFDR = 0.015/0.026, d = 0.47/0.41) and no significant differences between TLE and controls. Gradient profiles (Fig. 5F) globally differed between FLE and controls (FDA, P = 0.022); bin-wise analyses showed higher task-related effects in FLE across most gradient sections (PFDR< 0.05, d range = 0.31–0.51). In TLE, there was less deactivation than controls at the transmodal apex (PFDR< 0.05, d = 0.48 and 0.55). There were no significant differences between FLE and TLE for voxel-based, system or gradient analyses.

Untuk analisis kontras belakang 2–1 voxel-wise (Rajah 5G), kedua-dua FLE dan TLE (Rajah Tambahan 1) menunjukkan kurang pengaktifan frontoparietal berbanding kawalan (PFWE<0.05). Analysis of systems (Fig. 5H) showed pronounced negative systems-level deviations in FLE versus controls, particularly for dorsal attention and frontoparietal control systems (PFDR<0.0001/0.007, d= −0.68/−0.56); similar changes were observed for TLE versus controls (PFDR=0.028/0.055, d= −0.39/−0.33 for dorsal attention and frontoparietal control activity). Gradient-based profiles (Fig. 5I) showed global disorganization of task-related recruitment in FLE compared to controls (FDA, P=0.034), with widespread involvement of intermediate and transmodal gradient segments (all PFDR<0.05; d range = −0.60 to −0.32). There were no suprathreshold differences between TLE and controls for gradient analyses, nor between FLE and TLE for voxel-based, system or gradient analyses.

Korelasi ukuran fMRI dengan prestasi kognitif

Untuk tugas fMRI bahasa, pengaktifan frontal inferior yang lebih tinggi dikaitkan dengan kefasihan lisan di luar pengimbas yang lebih tinggi dan skor penamaan; Penamaan juga berkorelasi positif dengan pengaktifan temporal sisi, terutamanya semasa penjanaan kata kerja fMRI (Rajah 6A). Sebaliknya, penyahaktifan lebih rendah precuneus dua hala semasa fMRI kefasihan lisan dan kawasan temporal posterior kanan semasa penjanaan kata kerja fMRI berkaitan dengan kefasihan luar pengimbas dan prestasi penamaan yang lebih rendah (PFWE<0.05). Correlations across systems were limited (rperm =0.16, Punc=0.046, correlation of limbic system activity during verb generation fMRI and naming scores; Fig. 6B). For verbal fluency fMRI, gradient-based effects at the transmodal apex negatively correlated with out-of-scanner letter fluency scores (rperm = −0.17/−0.19, Punc=0.036/0.026).

Untuk fMRI memori kerja lisan, skor rentang digit di luar pengimbas berkorelasi positif dengan (i) pengaktifan frontoparietal dua hala semasa ingatan kerja lisan (PFWE<0.05; Fig. 6D); (ii) activity across dorsal attention and frontoparietal control systems (sperm =0.31 and 0.33, respectively; both PFDR=0.0007; Fig. 6E); and (iii) task signal across intermediate and transmodal gradient sections (all PFDR< 0.01, sperm range: 0.24–0.31; Fig. 6F). Similar patterns were evidenced for correlations between verbal 2 Back task performance scores (in the scanner) and verbal working memory fMRI activity across (i) dorsal attention/frontoparietal control systems (ρperm =0.23/0.21, PFDR=0.020/0.027); and (ii) intermediate-to-transmodal gradient segments (PFDR<0.05, ρperm range: 0.20–0.23).

Untuk 2-1 Memori kerja visual belakang fMRI, skor prestasi tugas visual 2 Back (dalam pengimbas) berkorelasi positif dengan (i) pengaktifan frontoparietal dua hala pada tahap voxel (PFWE<0.05); (ii) activity across dorsal attention and frontoparietal control systems (ρperm =0.37 and 0.39; both PFDR<0.0001); and (iii) task signal across intermediate and transmodal gradient sections (all PFDR< 0.05, ρperm range: 0.20–0.36).

Rajah 6 Korelasi ukuran pengimejan berfungsi dengan prestasi kognitif. Paparan otak dan bahagian di sebelah kiri memaparkan peta statistik regresi berbilang bukan parametrik yang menyelidik perkaitan antara fMRI bahasa (penjanaan kata kerja) dan skor penamaan (A), dan antara memori kerja fMRI (tugas lisan) dan skor rentang digit (D). Skala warna sejuk/panas merujuk kepada perkaitan negatif/positif, masing-masing. Peta ditunjukkan di P< 0.005 uncorrected, with an extent threshold of 10 voxels applied for display purposes; colour bars indicate corresponding t-score scales. ^Scatterplots highlight data distribution for the peak voxel within areas highlighted with a black circle; for illustration purposes, we used age- and sex-adjusted (residualized) contrast estimates (β) as measures of task effect. MNI coordinates and P-values are provided in the Supplementary material. The spider plots (B and E) and gradient plots (C and F) show correlation coefficients for associations between cognitive measures (naming/digit span) and task effects (verb generation/verbal working memory) across each system or gradient bin. Example scatterplots highlight data distribution for correlations at the level of one given system or bin; for analyses of systems: ***PFDR<0.01; **PFDR<0.05; *uncorrected P< 0.05; for analyses along the gradient: *PFDR<0.05; ∇uncorrected P<0.05.

For more information:1950477648nn@gmail.com