针刺与中枢:可以从静息的大脑中获取什么?——以静息态的脑默认网络功能影像来分析针刺治疗作用的中枢效应

李霁,汤伟军,董竞成



针刺与中枢:可以从静息的大脑中获取什么?——以静息态的脑默认网络功能影像来分析针刺治疗作用的中枢效应

李霁,汤伟军,董竞成

(复旦大学附属华山医院,上海 200040)

针刺;中枢;脑功能影像

在传统医学中作为一种治愈疾病的物理疗法和在西方医学中作为一种替代疗法的针刺疗法,当其机制还不清楚时,短期或长期镇痛治疗广泛用于治疗许多疾病和症状,并认为针刺镇痛效果在针刺后其作用仍持续存在[1]。临床上,一个针刺治疗包括以针刺入穴位的即时效应,留针、行针(手法或电针+留针)时的效应和拔针后的持续效应。脑功能影像评价针刺的临床疗效,应是基于针刺治疗前后的脑影像变化(包括一次或多次针刺治疗后的脑fMRI反应)。

1 针刺中枢效应的功能成像惯例研究

以往针刺脑功能影像(blood oxygenation level dependent fMRI,血氧水平依赖的fMRI)的研究表明了针刺行针状态时与中枢神经激活的关系。这种BOLD- fMRI研究是采用模块(block)设计或任务事件相关 (event-raleted)设计,研究中所显示的脑激活是由“任务状态”与“无任务状态”的对照相比较后得出的[2]。引用到针刺效应的fMRI研究中,是行针任务状态减去留针无特定任务状态所得数据信号,即=[(手法或电针＋留针)－留针]效应。它反映了与该针刺特定手法或电针刺激状态相关的脑神经细胞活动,是短暂的激活,一旦行针停止就无法测得。在fMRI研究中,这种把针刺留针状态作为一种静息状态(无特定任务状态)来用作基线对照标准(“零”状态)研究针刺的中枢效应。没有对进针前和单纯留针状态时的脑活动进行分析,也无法涉及到观察脑对针刺治疗后持续效应的反应。

所谓的静息状态是指受试者清醒,静息平卧于检查床,闭眼,平静呼吸获得fMRI数据。然而清醒状态下,大脑并不能够真正进入无任何意识活动的休息状态。显然这种基线状态并不是真正的“零”状态,而存在一定其他活动,那么这种活动会影响针刺脑效应显示的正确性及对这些结果解释的可能性。

因此了解静息状态脑区活动的本质与规律,才能科学地进行针刺治疗(镇痛)作用的中枢机制的实验设计。为了更好地认识针刺与中枢神经系统的关系,那么必须认识大脑静息意味着什么?

2 静息态的大脑存在默认网络活动

PET及fMRI发现,人脑在静息状态下,一些脑区发生着有组织的神经活动,以低频范围呈现一种时间相关的同步性,及内在、固有的“功能连接”性[3-4]。在静息状态时这种活动高于平均脑活动,而在执行外在任务时这种活动低于平均脑活动,产生负激活。参与活动的脑区有前额叶中内侧、扣带回前后部、双侧顶下小叶等,共同组成了一个特定的功能性神经网络,这就是Raichle提出的脑默认活动网络(default mode network,DMN)[5-6],它与维持静息状态下的脑功能活动密切相关,与自我认知和情感、记忆相关[7]。

DMN实质是静息状态的脑功能连接,描述脑区之间的一种同步性工作模式,体现一种并列的相互关系。相对解剖连接的稳定性,功能连接是动态的。功能连接的度量,体现脑区间有否存在连接关系及连接关系的强弱[8]。这可能与疼痛程度与疼痛调节有关[9]。一些疾病中,脑DMN活动被打扰,存在着异常的功能连接[10-15]。

3 默认网络研究针刺治疗作用

静息态的默认网络功能连接使针刺中枢效应的功能影像学研究,以往只注意到针刺激活指向性的脑区的局部解剖构成的反应,现在可以将空间上分离的脑区从时间上相关性反映脑区间结构连接,动态地观察这个针刺效应的持续性,也就是从脑DMN的角度来研究整个针刺过程的效应。

利用这个DMN学说和近年来发展起来一种“概率性独立成分分析”(probabilisic independent component analysis,PICA)技术,一种数据处理方法,充分地利用了像素间的时间和空间联系,不需要那种先验的感性区作为参考区域(主观因素的数据分析),能够提取静息状态的脑DMN活动fMRI数据,同时能够更好地分离或/和去除生理(呼吸、心跳)引起的低频噪声的影响,能够从网络角度分析功能连接性及针刺对其改变。在没有任务(针刺)状态时脑功能区也存在默认活动,为针刺治疗前后效应的脑功能成像评价研究提供了可依据的方法,即针刺治疗前后静息状态脑DMN活动的最后改变,即功能连接的度量变化,判断针刺持续性疗效,来反映治疗作用。

此外,一个模糊的概念常常存在于fMRI针刺效应的影像学研究中,无法区分针刺效果成分——来自同样的针刺激下,躯体(穴位)感觉刺激和针刺治疗效果导致的同时出现的脑活动。通过观察拔针后(不存在躯体感觉刺激)静息状态的DMN活动变化,就能得到针刺治疗效果的影像学改变。如再与假针刺对照,就能得到真针刺的治疗效果。

4 生理状态下针刺调节默认网路

静息态的DMN研究的针刺效应已成为热点,它对以往的针刺效应的脑功能成像研究的一些结果提出了挑战。针对静息状态的DMN的fMRI针刺研究,主要见于2008年Dhond RP[16]和2009年和Hui KKS[17]等人的报道。发现了针刺能够增强与抗痛、记忆、感情相关的脑DMN区域的功能连接,肯定了生理状态下针刺调节DMN活动。但病理状态下的研究很少见到报道。

5 默认网络反映慢性疼痛及可能被针刺镇痛改变

慢性疼痛[18]是一个波动但持续的痛感觉,使得慢性疼痛患者的大脑永不真正地休息,有理由推断他们的大脑在静息状态中DMN改变[19]。

近年研究报道了慢性疼痛患者和正常人DMN的不同性,当实施一个相等视觉刺激任务时,在患者的DMN脑区中显示减少的“负激活”,正常情况下是增加的“负激活”,证明了慢性疼痛会影响DMN功能[20],同样在一个视觉注意的任务中,急性疼痛[21]和针刺[22]被认为能够在DMN脑区中诱导负激活,而慢性疼痛却很少能如此[9]。相关的研究进一步证实,慢性疼痛患者DMN的改变与症状有关(不仅仅是痛),还包括认知与情感行为[23]。

进一步利用静息状态的脑DMN活动的特点,在无任何任务状态存在脑区的功能连接及功能连接是否和连接的强弱,能够从功能上反映疼痛及其强度,并能反映针刺镇痛后的疼痛缓解程度,尤其是研究自发的慢性疼痛及被临床针刺的治疗作用。

认识了大脑静息状态意味着DMN的存在,能够从影像学的角度提供有益于针刺镇痛(尤其是慢性疼痛)的疗效研究,及可能的中枢机制,也是评价针刺疗效的一种新的思路和方法。

病理状态下DMN的变化特点,DMN研究相关慢性疼痛的针刺治疗机制,值得开展和研究。

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2012-12-20

上海市卫生局科研基金资助项目(2009013)

李霁(1968 - ),男,副教授,硕士,硕士生导师

汤伟军(1971 - ),男,副教授,博士

1005-0957(2013)06-0515-03

R2-03

A

10.3969/j.issn.1005-0957.2013.06.515