功能性磁共振成象在针刺研究中的应用进展及所面临的问题

高大鹏,邹 伟

(黑龙江中医药大学,黑龙江哈尔滨 150040)

针灸作为中医重要的组成部分,用于治疗疾病已经有二千余年的历史,其临床疗效已逐渐被国际社会所公认。世界卫生组织(WHO)推荐 43种疾病适用于针灸治疗,但是一直以来针灸治疗疾病的作用机制尚未研究清楚,这成了针灸推广发展的主要障碍。因此,阐明针灸治疗疾病的机理是目前针灸研究迫切需要的一个环节。而功能性磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI)等现代神经影像技术的出现为我们研究人类大脑提供了一种全新的手段。这项技术近年来被广泛应用于针刺效应与大脑关系的一系列研究中。现将功能性磁共振成象原理及其在针刺研究中的应用进展综述如下。

1 功能性磁共振成象的基本原理

fMRI作为一种新的神经影像学成像技术在过去的十几年中已经取得了飞速的发展。1990年 Ogawa[1]首次描述了大脑皮层微血管中血氧变化时会引起局部磁场均匀性发生变化的血氧水平依赖(Blood oxygenation level dependent,BLOD)效应 ,即 ：当大脑受到刺激时,相应区域大脑皮层的血流量(region cerebral blood flow,rCBF)、血容积 (region cerebral blood volume,rCBV)及脱氧程度发生变化,从而导致该区域的磁化率发生改变。利用对磁化率敏感的快速高分辨梯度回波磁共振成像可以检测并显示这种变化的空间分布及动态过程,建立刺激与响应之间的联系,这样人体大脑思维活动时发生的变化就可以使用 MRI表现出来。

2 功能性磁共振在针灸研究中的应用进展

2.1 针灸穴位对大脑特定功能区的影响

2.1.1 针刺对大脑皮质运动区的影响 常时新等[2]在针刺肩髃、手三里、曲池、合谷穴治疗偏瘫患者时,发现受试者对侧的初级躯体感觉区、辅助运动区、运动前区等被激活。何扬子等[3]观察运用阳经穴位为主治疗缺血性卒中时,发现针刺对缺血性中风患者食指运动脑功能区有影响。患者对侧初级运动区、运动前区以及第一感觉区被激活。其他研究结果显示简单运动的激活区主要位于初级运动皮质,复杂运动的活动区位于对侧初级运动皮质、辅助运动区、运动前区皮质,偶尔可出现于同侧的相应部位;而想象复杂运动主要激发辅助运动区及运动前皮质,但信号强度较低。同时该研究还表明慢速运动对激发的活动强度也较低。大量 fMRI表明实验发现右侧运动皮层可以被左侧手指活动激活。而左侧运动皮层可以被双侧手指激活。证实了人脑功能的不对称性。

2.1.2 针刺对大脑语言区的影响 李洁巍等[4]对30名无语言障碍成年志愿者用 fMRI显示联合刺激通里和商丘两穴位时脑皮质功能区的激活情况。发现对照组激活了左侧中央前回、左侧中央后回、左侧枕叶及右侧枕叶。右侧组激活了左侧中央前回、左侧中央后回、左侧颞上回、左侧缘上回、左侧枕叶、左侧额极区、右侧枕叶、右侧缘上回及扣带回。左侧组激活了左侧中央后回、左侧颞上回、左侧枕叶、右侧颞上回、右侧枕叶、右侧中央前回、右侧中央后回、右侧缘上回、右侧额上回及扣带回。证明了电刺激通里和商丘与语言皮质功能区的激活具有相关性且其激活与肢体侧别相交叉。

2.1.3 针刺对大脑视觉皮质区的影响 邓振生等[5]在对 11名年轻健康的志愿者针刺临床上能够治疗眼疾的穴位时发现刺激膀胱经上的有关穴位不仅引起大脑枕区的激活与抑制,而且也引起额叶、顶叶、颞叶、扣带回和小脑的兴奋。针刺光明穴也可以看到相似的活化图案。这项研究结果为针灸穴位刺激导致相关的大脑区域的活化与去活化提供了进一步的证据。

2.1.4 针刺对小脑皮质的影响 刘华等[6]在对 37名健康志愿者针刺太冲、合谷时发现针刺这两个穴位激活了小脑的不同区域：针刺太冲的激活了对侧小脑前叶,同侧小脑后叶下半月小叶;针刺合谷激活了对侧小脑后叶下半月小叶及同侧小脑后叶上半月小叶。两穴位针刺均未引起小脑的去活化。证明了不同穴位引起的小脑激活区域的不同,提示小脑在针灸不同穴位作用机制中具有特异性;小脑后叶可能是不同穴位作用的共同神经通路。

2.2 功能性磁共振在针灸镇痛中的应用

从现代研究结果来看,人们普遍推测,针刺激发了人类复杂的本体感觉,调控着对疼痛的知觉和认知。针刺产生效应的基础可能与大脑和相关的中枢神经系统网络有关[7]。

吴氏等[8]在针刺镇痛的研究中发现高强度针刺刺激可以激活下丘脑和伏核,但同时也抑制了扣带回前部、杏仁核以及海马回的活动。与之相对的,低强度刺激可以激活辅助运动区、扣带回前部以及额叶和顶叶皮质。浅刺可以激活包括第一躯体感觉中枢、丘脑以及扣带回前部。这些部位可能都参与针灸镇痛的过程。惠氏等[9]在研究中发现针刺得气之后会抑制伏核、下丘脑、杏仁核、海马、海马旁回、豆状核、尾状核、颞叶和岛叶等区域的活动。在随后的研究中,他们发现心里与生理活动对中枢系统也有一定的影响。当受试者针刺后产生酸、麻、胀、重(即得气)的感觉时,额极、额叶眶面、扣带回、下丘脑以及网状结构等区域的活动受到抑制。而当受试者针刺后产生疼痛的感觉时,尾状核、壳核、丘脑前核的活动就被激活。当受试者既感觉到酸、麻、胀、重,又受到疼痛的刺激时,额极和基底节区将都被激活。这些发现提示了针刺感觉与疼痛在脑内有着相同的通路却产生相反的作用。作为这一假说的辅助证据,fMRI显示电针刺激可以改变寒、痛刺激在脑内产生的信号。

3 功能性磁共振成象在针刺研究中应用所存在的问题

3.1 有关去活化的问题

Florian Beissner[10]等人在文章中指出近年来,30%的有关功能性磁共振成象在针刺研究是通过针刺与视觉相关的穴位后,在 fMRI上显示出枕叶部分皮质受到去活化作用来作为其研究的结论。但是 fMRI能够显示皮质功能受到去活化作用的研究是近期才首次被证实[11]。Florian Beissner等人从数学的角度分析,这种去活化作用是由刺激时间和血氧水平依赖(BOLD)信号的负相关联产生的。他们认为可能存在两种解释,与基础状态相比较而言,脑内神经元的活动或被针刺激活而增强,或被针刺去活化而减弱。

3.2 有关基础状态的问题

大多数 fMRI研究都是以受试者“闭眼”时脑功能活动做为基础状态的标准,也就是让受试者闭着眼睛什么都不去想。在有些实验当中则要求受试者将注意力集中在针灸所带来的刺激上。然而,这些受试者的注意力水平并没有通过以上方法真正的受到控制。皮质在基础状态下的活动既没被界定,也没被限制[12]。研究发现,受试者在安静的状态下,脑功能活动并没有停止。相反,当受试者什么不做的时候,部分网状结构是被激活的[13]。Brandt[14]提出,在进行视觉和听觉的皮质功能试验中,仅仅闭着眼睛是会引起脑部功能活动进而影响实验结果的。

3.3 有关注意力控制的问题

在基础状态下,受试者闭眼时的注意力是完全不受控制的。他们会将注意力集中在针灸所带来的刺激上以及其他能感知到刺激。这种注意力的转变能够改变某些大脑皮质的兴奋或抑制的状态,例如视觉皮质[15]。在实验过程中,当受试者的注意力被吸引到针灸的刺激或者其它他们能感知到的事物上时,脑内的默认状态网络(default mode network DMN)就会被激活,DMN的主要作用是抑制某些脑功能的活动。孔氏等[16]认为在这种情况下获得 fMRI变化的结果是来自注意力的改变而非针灸刺激本身。

综上,fMRI为我们提供了一种可以无创、实时、活体的反应针刺过程中人体功能变化方法,改变了既往对针刺机理的研究多局限于动物或某一检测指标,难以说明人体的实际变化过程的窘境。fMRI结合了功能、影像和解剖 3方面的因素,能在活体人脑定位各功能区,具有较高的时间和空间分辨率、整体性、无创伤性等优点,因而在针灸研究中具有独特的优势。但同时也发现应用 fMRI技术进行针刺研究对实验控制的要求极其严格,因为受试者的状态和环境的影响是可以大大改变实验结果的。如何有效的进行实验控制,是未来研究中需要解决的问题。而且从目前实验结果来看,针刺穴位只是在某些中枢皮层得到兴奋信号,并没有找到穴位相对应的皮层区域。但是这种实验方法对未来的科学研究以及探测针灸对脑皮层的反应提供了一定的参考依据,对研究针灸穴位与中枢神经系统是否有相关性提供了有效的检测工具,对中医针灸学方面的研究提供可信赖的方法。

[1] Ogawa S,Lee TM,Nayak As,et al.Oxygenation—sensitive contrast in magnetlc resonance ima91ng of rodent brain at high magnetic fields[J].Magn Reson Med,1990,14：68-78

[2] 常时新,孔祥泉,李刚,等.多穴位联合点针刺激对卒中恢复期皮层功能变化的 fMRI检测[J].中国中西医结合影像学杂志,2003,1(1)：10

[3] 何扬子,王丽娜,黄力,等.针刺对缺血性中风患者食指运动激活脑功能区的影响[J].中国针灸,2006,26(5)：357

[4] 李洁巍,张云亭.刺激穴位激活语言皮质的 fMRI研究[J].临床放射学杂志,2005,24(12)：1039-1043

[5] 邓振生,丘茂林,Fitch—Sohn C,等.针灸刺激与视觉相关的穴位引起大脑功能区响应的 fMRI研究[J].实用放射学杂志,2005,21(12)：1240-1242

[6] 刘华,单保慈,高殿帅,等.针刺太冲、合谷两穴位引起的小脑响应的差异：f MRI研究[J].中国医学影像技术,2006,22(8)：1165-1167

[7] Rupalt P,Dhond,Norman.KeRner vitaly napadow neuroimnging acu—puncture effects in the human brain[J].The Joumal of Alternative and Complementary Medicine,2007,13(6)：603

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[10] Florian Beissner,Christian Henke.Methodological Problems in fMRI Studies on Acupuncture：A Critical Review With Special Emphasis on Visual and Auditory Cortex Activations[J].eCAM Advance Access published online on September 30,2009

[11] Shulman RG,Rothman DL,Hyder F.A BOLD search for baseline[J].Neuroimage,2007,36：277-81

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