癲癇發作就像大腦中的風暴——異常放電活動的突然爆發，可能導致運動、行為、感覺和意識障礙。對於癲癇患者來說，不知道下一次發作何時到來會在心理上造成極大的打擊。加州大學舊金山分校的神經科醫生維克拉姆·拉奧說，臨床醫生無法告知癲癇患者，癲癇發作是否可能在五分鐘後、五週後或五個月後發生。“這讓人們處於一種揮之不去的不確定狀態。”
儘管癲癇發作看起來不可預測，但它們實際上可能並非隨機事件。與癲癇相關的週期性模式的暗示可以追溯到古代，當時人們認為癲癇發作與月亮的盈虧有關。雖然這種特殊的聯絡尚未得到明確證實，但科學家們已經確定了與癲癇發作相關的大腦活動模式。研究表明，癲癇發作更可能發生在一天中的特定時段，表明與睡眠-覺醒週期或晝夜節律有關。
2018年，拉奧和他的同事報告了長期癲癇相關腦節律的發現——最常見於 20 至 30 天的範圍內——他們稱之為“多日”（multiday）節律。透過檢查大腦活動中的這些節律，該小組現在已經證明，癲癇發作可以提前 24 小時預測——在某些患者中，甚至可以提前三天預測。他們的研究結果於 12 月 17 日發表在《柳葉刀神經病學》雜誌上，提出了最終為癲癇患者提供癲癇預測的可能性，該預測可以預測幾天後發生癲癇的可能性。
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在他們最新的研究中，拉奧小組對一項為期九年的臨床試驗期間收集的資料進行了回顧性分析，該試驗的參與者植入了一種食品和藥物管理局 (Food and Drug Administration) 批准的神經刺激裝置 NeuroPace，該裝置使用一種腦電圖 (EEG) 來監測癲癇發作和發作間期癇樣放電——癲癇發作之間發生的病理性腦活動尖峰。（該研究的作者之一托馬斯·滕 (Thomas Tcheng) 是 NeuroPace 臨床前研究高階主管。）
該團隊使用有關發作間期癇樣放電和過去癲癇發作的時間資料，開發了一種計算模型，該模型估計患者在隨後的幾小時或幾天內是否面臨癲癇發作的風險。瑞士伯爾尼大學的癲癇病學家和該研究的共同作者馬克西姆·博 (Maxime Baud) 解釋說，研究人員並非試圖準確預測下一次癲癇發作何時發生，而是要確定在給定時間段內發生癲癇發作的機率——類似於天氣預報如何提供給定日期下雨或晴朗的機率百分比。
當研究人員將他們的預測與 18 名參與者的實際癲癇發作情況進行比較時，他們發現其中 15 名參與者（83%）的演算法在提前 24 小時預測癲癇發作方面優於偶然。在其中兩名患者（11%）中，該演算法能夠提前三天預測癲癇發作。為了進一步驗證該模型，該團隊將其應用於另一個更大的資料集，其中包含 157 名參與者——這次，評估該演算法是否可以預測自我報告的癲癇發作，這是臨床評估中使用的主要工具。研究人員發現，該演算法可以在 103 名參與者（66%）中預測 24 小時後的癲癇發作，在 61 名參與者（39%）中預測三天後的癲癇發作。總的來說，當大腦活動的晝夜節律和多日節律都接近峰值時，癲癇發作的機率最高。
“先前的工作主要集中在預測癲癇發作前幾秒到幾分鐘到幾小時的時間。這個小組在多日週期的基礎上進行了研究，[引入了]一個多日預測器，”耶魯大學計算神經生理學教授希滕·扎韋裡說，他沒有參與這項研究。“[這項研究]顯然做得非常好，資料和觀察結果都很好。”
在更長的時間範圍內進行預測可以為癲癇患者帶來顯著的好處。癲癇基金會首席醫療和創新官、紐約大學神經學教授傑奎琳·弗倫奇說，最大的優勢之一是它可以幫助糾正現有療法的不足之處，她沒有參與這項研究。用於預防癲癇發作的主要療法之一，即一類稱為苯二氮卓類藥物的藥物，主要問題是如果連續服用，它們會失去療效。（長期使用也可能導致成癮。）弗倫奇說，將攝入量限制在人們癲癇發作高風險的日子裡可以使它們更有效。拉奧指出，癲癇發作預測也可能提高 NeuroPace 等裝置的功效，NeuroPace 可以監測大腦活動並在癲癇發作即將來臨時傳遞電脈衝，以試圖阻止事件發生。
然而，對於某些人來說，癲癇發作預測可能會比有幫助更令人沮喪。“如果我告訴你明天有 90% 的降雨機率，你帶了雨傘，但沒有下雨，你可能會因為不得不帶雨傘而感到沮喪。或者相反，如果我說明天有 5% 的降雨機率，你穿著短褲出門，結果下雨了，你可能會對我感到不滿，”拉奧說。拉奧補充說，這種困境是進行前瞻性試驗（即對參與者進行前瞻性隨訪，而不是對先前收集的資料進行分析）的原因之一。這樣的研究不僅可以提供更可靠的證據，證明癲癇發作預測確實可行，研究人員還可以評估參與者實際上如何使用這些資訊。迄今為止，只進行了一項關於癲癇諮詢系統的前瞻性研究：NeuroVista 試驗，該試驗表明可以提前幾分鐘預測癲癇發作的可能性。
拉奧和博的預測技術的一個關鍵限制是，它需要植入大腦才能記錄神經活動。但博認為，用於生成這些預測的發作間期癇樣放電可以透過將腦電圖電極放置在頭皮下（皮下腦電圖）這種侵入性較小的措施來拾取。下一步是嘗試使用這種方法來生成癲癇發作預測。
其他小組正在研究完全不同的措施來生成此類癲癇發作預測。澳大利亞墨爾本大學的研究員菲利帕·卡羅利和她的同事發現，心臟速率的多日週期也與患者的癲癇發作有關。（這些結果已釋出到 medRxiv 上，medRxiv 是一個託管尚未經過同行評審的論文的平臺。）“我們相信，我們可以不僅從大腦，而且還可以從心臟和生理學的其他方面測量這些潛在的生物週期，這些方面也受到驅動大腦週期相同觸發因素的影響，”卡羅利說。
癲癇發作預測的前景可能會改變臨床實踐。然而，諸如為什麼癲癇患者會存在大腦活動的多日週期等關鍵問題仍未解決。科學家推測，波動的激素可能起作用——或者它們可能與與癲癇相關的大腦潛在紊亂有關。多日節律也可能像晝夜節律一樣，是每個大腦功能的一個方面。“這是一個非常重要的問題，尚未得到解答，”博說。