遺伝性てんかんの定量的脳波バイオマーカーと神経学的転帰との関連性

背景と目的：脳波検査（EEG）は、遺伝性てんかんを有する小児の診断と管理において不可欠な役割を果たす。しかしながら、遺伝性てんかんと神経学的転帰の間で定量的EEG特徴がどのように異なるかは、依然としてほとんど解明されていない。本研究では、-関連、-関連、および-関連の小児てんかんおよび関連する神経学的転帰における定量的EEGバイオマーカーを同定することを目的とした。

方法：フィラデルフィア小児病院から臨床用頭皮EEGを遡及的に収集した。EEGからアーチファクト、過剰ノイズまたは変性状態のエポックを除去後、スペクトル特徴量を抽出した。前処理パイプラインの妥当性を検証するため、自動検出された後頭優位リズム（PDR）を臨床EEG報告書の注釈と比較した。次に、病的な減速の粗い指標として、健常者と異なる遺伝性てんかん患者群間のα-δバンドパワー比を比較した。その後、局所化されたスペクトル特徴を用いてランダムフォレストモデルを訓練し、より広範なコホートにおいて、およびの診断予測、発作頻度の推定、運動機能の評価を行った。結果：病原性変異を有する個人（95 EEG、n = 20；女性40％；平均年齢3.98歳）、（154 EEG、n = 68；女性51％；平均年齢6.24歳）、および（46件のEEG、n=21；女性57％；平均年齢6.97歳）の病原性変異保有者ならびに神経典型的対照群（847件のEEG、n=806；女性55％；平均年齢7.08歳）のEEGを評価した。自動計算されたPDRと臨床EEG報告書の注釈との間には強い一致が認められた（ = 0.75）。関連てんかん患者は、全年齢層において対照群と比較して有意に低いアルファ-デルタ比を示した（全年齢層におけるCohenのη = -0.95, P < 0.001）。モデルは対照群および相互比較において、てんかんの診断（曲線下面積［AUC］＝0.92）、てんかん（AUC＝0.86）、てんかん（AUC＝0.85）を正確に予測した（精度＝0.74）。これらのモデルから、それぞれ[疾患名1]、[疾患名2]、[疾患名3]に関連する前頭部、後頭部、頭頂部の電極におけるα-θ比など、高度に相関するバイオマーカーを抽出した。モデルは発作頻度を予測できなかった（AUC = 0.53）。モデルは年齢ベースのヌルモデルよりも運動スコアを有意に良く予測した（P < 0.001）。

考察：これらの結果は、一部の遺伝性てんかんと機能的転帰指標が明確な定量的脳波シグネチャを有することを示唆している。さらに、脳波スペクトル特性は特定の機能的転帰指標を予測しうる。臨床脳波の大規模な遡及的定量解析は、新規バイオマーカーの発見や、発達段階における個々の疾患進行の定量化・追跡の可能性を秘めている。