针刺治疗偏头痛机制的静息态fMRI 研究现状及展望

张 岳，刘 波

（广州中医药大学第二附属医院 广东省中医院影像中心，广东 广州 510120）

针刺作为中华民族几千年来优秀传统民族医疗方法的典型代表，以其有效、无创、安全又经济的独特优势，在国内外倍受认可及推崇［1-4］，探索其背后确切的作用机制是该领域的热点。利用fMRI 技术，可在活体无创、有效地观察人脑活动的变化，这对揭示针刺作用机制起着重要作用。

目前，静息态fMRI 已被广泛应用于针刺治疗中枢机制的研究，但一定程度上仍存在研究不全面及不深入的缺点。本文仅以偏头痛为例，从针刺脑功能研究思路及方法学的角度，对当前的研究现状进行总结，并对未来的研究方向提出一些展望及建议。

1 针刺治疗偏头痛中枢机制的fMRI 研究现状及不足

当前针刺治疗偏头痛中枢机制的fMRI 研究主要集中在针刺即时效应、针刺治疗效应、不同穴位和组穴效应的相关机制研究。

1.1 针刺即时效应研究 采用fMRI 研究针刺镇痛即时效应的中枢机制，是进行针刺作用机制研究的一个良好契合点。如彭玉琳［5］采用组块设计，比较针刺右侧丘墟穴时32 例偏头痛和18 例健康受试者全脑局部一致性（regional homogeneity，ReHo）的差异，结果发现偏头痛患者中央导水管周围灰质、丘脑与中扣带回的ReHo 值升高，而健康组则以脑岛为主；组间对比结果显示偏头痛患者前额叶ReHo 值明显降低。该研究采用较高效度的组块设计，并排除了针感对试验的影响，结果具有一定的指导意义，但存在未设立假针刺组的缺陷，且未进行针刺后多个时间点的动态观察，以及针刺后效应的时间界定。宁艳哲［6］纳入19 例无先兆性偏头痛（migraine without aura，MwoA）及18 例匹配健康受试者，前者施以双足临泣穴针刺刺激，发现MwoA 组较健康组感觉运动网络及默认网络的网络内功能连接降低，而右额顶网络的网络内功能连接增高；针刺临泣穴对MwoA 患者以上3个网络异常的格兰杰因果分析具有显著调整作用。该研究从网络的角度切入，但同样存在未设立假针刺组的缺陷，且仅关注上述3 个网络，未对大尺度网络进行整体探索，且未关注网络间的动态变化。

1.2 针刺治疗偏头痛疗效的中枢机制研究 近年来，研究者多将研究焦点聚集在偏头痛相关的单一异常功能网络，以及针刺治疗对其异常网络（主要为额顶网络及默认网络）的调节作用，力图从网络的层面揭示针刺对其病理状态的转变规律。如Li 等［7］采用独立成分分析（ICA）的方法，提取并比较了12 例MwoA 及12 例匹配健康受试者的右侧额顶网络，结果显示，与健康对照组相比，MwoA 组患者右侧额顶网络的网络内功能连接明显降低，且针刺治疗可逆转这种异常，针刺治疗后右侧额顶网络功能连接的增加与治疗前后视觉模拟评分法（visual analogue scale，VAS）的改善呈明显负相关。张勇［8］比较10 例MwoA 及10例匹配健康受试者的默认网络，发现MwoA 存在双侧扣带回、楔前叶、顶下小叶、内侧额叶、颞叶网络内功能连接的降低，针刺治疗可明显改善该下降的功能连接。Zou 等［9］采用相似的方法，发现较18 例匹配的健康志愿者，14 例慢性偏头痛患者默认网络内左侧前额上回、左侧楔前叶功能连接明显降低，针刺治疗后下降的功能连接增加，且左侧前额上回、左侧楔前叶增加的功能连接与VAS 的均值呈负相关，左侧楔前叶功能连接的增加值与患者急性发作期止痛药的用量呈明显负相关。

1.3 不同组穴、远近配穴治疗偏头痛中枢机制的fMRI 研究 不同组穴、远近配穴治疗偏头痛的机制研究，亦是针刺脑功能研究中非常重要的一个方面。董习林［10］比较不同组穴法针刺治疗MwoA 的脑功能差异（治疗组：19 例，针刺双侧风池、外关、阳陵泉、丘墟；对照组：20 例，针刺双侧耳和髎、大陵、光明、太白），针刺治疗后，2 组大脑前扣带回和前额叶的ReHo 均增加，治疗组脑干及丘脑ReHo 增加；2 组均有疗效，然而所配伍的穴位完全不同，仅比较了各组组内治疗前后的变化，缺乏组间对比，使得该研究的结果可靠性低。王姿雯［11］探索远近配穴法（A 组：12 例，针刺近穴-双侧风池穴+远穴-太冲穴，B 组：12例，针刺近穴-双侧风池穴+远穴-内关穴）治疗月经性偏头痛的中枢机制，结果发现A 组针刺前楔前叶脑功能活动降低，治疗后楔前叶脑功能活动升高，且与治疗后偏头痛特异性生活质量问卷（migraine specific quality-of-life questionnaire，MSQ）、焦虑自评量表（self-rating anxiety scale，SAS）、抑郁自评量表（self-rating depression scale，SDS）的改善相关，B 组针刺前扣带回低频振幅值（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）升高，治疗后降低，且与治疗后SAS、SDS 的改善相关。该研究同样未进行组间对比，未设立假针刺对照组，样本量较小，且采用了较宽松的多层比较校正方法（高斯随机场理论校正，体素水平P＜0.05，簇水平P＜0.05），此外，结果有意义的脑区的脑功能指标改变值并不与VAS 评分、偏头痛发作频次等反映针刺镇痛疗效的主要指标相关。Li 等［12］的研究发现，与正常对照组相比，MwoA 患者中央导水管周围灰质（periagueductal grey，PAG）与右侧前扣带回喙部/内侧前额叶（疼痛下行调节系统的关键节点）的静息状态功能连接降低，经组穴法针刺治疗后，该功能连接明显升高，且治疗前后PAG 与右侧前扣带回及腹侧纹状体的静息状态功能连接变化与VAS 评分的改善明显相关。该研究采用治疗前患者与健康受试者对照、真实针刺与假针刺对照，具有较好的参考价值。

综上所述，当前偏头痛的针刺即时效应、治疗效果的中枢机制相关研究普遍存在未设立假针刺对照组的缺陷。其中即时效应研究大多仅关注皮质及皮质下的局部脑活动变化，而缺乏对脑干疼痛关键调控脑区，如蓝斑核（去甲肾上腺环路）、中缝核（5-羟色胺环路）、PAG（疼痛下行抑制环路）等的关注，且研究多在患者偏头痛间歇期，缺少偏头痛不同周期的连续性与纵向性研究。治疗效果的中枢机制研究，由于未设立假针刺对照组，因而无法说明病情改善是针刺效果，还是疾病病程的自然转归、安慰剂效应，抑或是上述因素的综合结果。不同组穴、远近配穴治疗偏头痛的相关研究，采用的方法过于单一，不够深入，缺少对偏头痛关键环路，即“疼痛中枢下行抑制系统［13-14］”“内源性阿片类镇痛环路［15］”“丘脑皮层环路［16-17］”等的相关针刺研究，以及缺少大脑大尺度网络整体水平的研究。另一方面，由于多采用非常小的样本量，较宽松的多重比较校正（体素水平P＜0.05，簇水平P＜0.05，部分甚至采用Alphasim 校正），增加了假阳性率，因此，其结论的可靠性及外推性值得商榷，在今后的研究中，须重视并改正。

2 针刺治疗偏头痛机制的fMRI 研究需重视的几个研究方向

为了拓展研究的广度及深度，针刺治疗偏头痛中枢机制的脑功能研究需重视以下几个研究方向。

2.1 针刺调节偏头痛脑干与重要疼痛环路的fMRI研究 “脑干疼痛下行抑制调节环路”为偏头痛针刺镇痛的关键环路，近年来逐渐成为研究热点，其以PAG 为中枢，以延髓头端腹内侧（rostral ventromedial medulla，RVM）为中继站，经脊髓背外侧束，下至脊髓后角，激活时实现脊髓水平阻断伤害性信息的上传，而达到镇痛的目的［14］。该过程主要受中缝核的5-羟色胺系统，以及蓝斑核或网状核的去甲肾上腺素系统所介导［14］。有学者［17］比较组穴取穴组与假针刺组，MwoA 患者RVM/TCC（三叉神经颈复合体头颈感觉信息的传入中枢）环路的调节作用，发现组穴针刺可逆转MwoA 患者RVM/TCC 异常降低的ALFF，ALFF 升高的程度较假针刺组更明显，且与患者基线状态的VAS 评分呈负相关。有研究者［18］采用5 min Block 与8 min 持续刺激设计，探索耳穴迷走神经刺激治疗MwoA 的中枢机制，结果显示：与假刺激相比，真刺激可引起脑干双侧蓝斑核的明显负激活，以此为种子点，在随后8 min 持续刺激前后静息态数据中，行全脑体素水平功能连接，发现与假刺激相比，真刺激可广泛调节疼痛感觉及调控脑区/环路的功能连接，且双侧蓝斑核-左侧次级感觉运动皮质功能连接的增加与患者疼痛发作频次呈负相关。上述研究从不同角度阐述了针刺对脑干下行抑制性系统的调节作用，而由于脑干解剖位置的特点，其信号易受脑脊液的干扰，且构成核团均较小，因此多采用ROI 分析方法进行界定，研究仍较粗糙，而随着7 T 高磁场MRI 的研发推广［19］、Duvernoy’s 脑干模板与新的自动化解剖标记（AAL_3）模板的出现，使得更精准地探索针刺对该环路调节的机制成为现实。另外，在研究时也需注重动态因果模型及格兰杰因果分析等方法的应用，通过明确该系统中信息流动的方向，验证重要的节点，可为针刺治疗的精准调控及个体化实施提供重要的理论指导。

2.2 重视结构研究、多模态耦合，开展不同发病周期的fMRI 研究 脑结构与功能相互依存，密切联系，许多研究［20］也已揭示偏头痛患者存在广泛白质纤维束的异常。值得注意的是，Planchuelo-Gomez 等［21］的研究发现：慢性偏头痛早期就存在白质纤维束轴突损伤，这为尽早发现偏头痛慢性化倾向提供了重要角度。结构协变连接最初为研究婴儿和儿童发育的重要指标，近年来，也开始应用在偏头痛相关研究中，用于揭示偏头痛重要脑区间结构共变中的规律［22］。此外，功能指标中的耦合可为理解偏头痛的发病机制提供一个崭新的视角，如Hu 等［23］采用低频振幅-动脉自旋标记脑血流量（ALFF-CBF）耦合的指标，用于评价偏头痛患者微血管的血流与周围脑组织代谢（神经突触及胶质细胞）需求间耦合失衡的状态，并可为偏头痛慢性化提供一个较敏感的生物学标记。而以上几方面，当前偏头痛的针刺相关脑功能研究仍未涉及，在今后的研究中，可将功能连接与结构协变连接相结合，探索异常功能及结构的共性及异性，依据不同的假说或研究目的，进行不同功能、代谢及结构指标间的耦合，这对更深入地理解偏头痛的发病机制、早期识别及针刺效应中枢机制的探索，均有重要意义。

典型偏头痛可分为间歇期、先兆期及发作期，而当前的研究大多仅关注间歇期。值得注意的是，Stankewitz 等［24］在头痛日临近前，评估了偏头痛患者鼻黏膜三叉神经痛觉刺激引起的脑区失激活情况，发现与对照组相比，偏头痛患者三叉神经脊髓核激活降低，且这种失激活有周期性的变化过程：在发作期间失激活显著减少，在下一次发作之前逐渐恢复，这种周期性的行为可能反映了大脑对下一次发作的敏感性增加，对于理解偏头痛发作的起始至关重要。Marciszewski 等［25］的研究也发现：偏头痛患者脑干对疼痛的敏感性在发作间期增加，但在发作前急剧下降；内源性疼痛调节回路静息态功能连接在偏头痛中发生增强或减弱的周期性变化，可能是偏头痛脑干敏感性周期性变化的基础。由此可见，偏头痛不同时期的脑功能是一个连续的变化过程，因此，探索针刺疗效的中枢机制，亦应在其整个周期进行评价，不应仅隔断于某个时期的机制研究。

2.3 重视采用大尺度网络、复杂网络的整体网络fMRI研究，并注意网络的动态变化 当前许多fMRI 研究虽已证实，偏头痛患者存在广泛的结构及功能的异常，针刺可逆转该异常，使其趋向正常化，但大多采用局部性的指标，或关注于某一网络针刺前后的变化。实际上，大脑是一个广泛联系、互相调节而又统一的整体，因此单纯揭示局部脑区的活动变化、几个脑区或体素与周围相邻体素间一致性、脑区间时间序列的同步性等研究明显存在片面性。针刺治疗相对来说是一种较柔和的治疗方法，对其引起大脑功能变化实际上仍相对较轻微；当前主流多采用非常严格的多重比较校正方法，因而造成许多研究常无阳性结果；而大尺度网络、复杂网络反映的是大脑的拓扑变化，更易反映出这一较细微的变化，可更敏感、更真实地揭示针刺的中枢机制。

在静息态研究中，常假设脑功能的变化在功能相扫描期间是固定不变的，从而评估这段时间内时间序列的平均变化，而实际上，大脑是人体最精密的组织，时刻保持着动态的平衡。因此，动态网络相较于静态网络，更能反映相关重要环路及大脑网络属性随时间的动态变化，以及各模态的切换情况，更接近于真实的变化规律［26］。

2.4 重视机器学习在针刺治疗偏头痛中的相关应用研究 在偏头痛、针刺治疗偏头痛中枢机制研究，乃至整个脑功能研究中均存在着一个问题：大量的fMRI研究已揭示了大脑结构及功能的异常，但其对临床疾病诊断与治疗的指导作用却非常小，其中非常重要原因是当前常规的fMRI 研究采用的是组水平的统计，其研究结果仅能揭示组水平的异常，而临床医师更关注的是个体水平的异常。机器学习，尤其是近年来引入的多变量模型分析，具有良好的个体诊断及预测能力，基于多变量的方法可非常敏感地呈现出大脑呈空间分布的、常规组分析无法检测到的细微差异［27］，且可得到各体素对分类及预测的权重［28］。当前已有少量相关研究，如Yu 等［29］采用独立成分分析的方法，提取默认网络、突显网络与感觉运动网络共10 个ROI，同时，从模板中提取双侧丘脑、PAG 及RVM，一共得到14 个ROI 及脑区，构成一个14×14的功能连接矩阵，并进行Z 转换，先进行2×2 的组间比较，提取组间差异有统计学意义的边，并在基线状态，采用多变量模型分析的方法，分别在真针刺组及假针刺组内，以这些有意义的边来预测原发性痛经治疗后VAS 评分的改善及改善率，结果发现，真针刺组具有较好的预测能力。Cao 等［30］将基线灰质体积和ReHo 进行特征融合，采用新生成的指标分别预测真实针刺、视频引导下的针刺意象治疗的止痛效果，结果显示，2 种治疗均有效，且均有较好的预测效果，前者反映针刺反应变异性的脑区主要在基底神经节，而后者主要位于前岛叶。以上研究提示我们应重视该技术的应用，以期在治疗前能较好地预测个体对治疗的反应，并根据疗效进行个体分类，为各种针刺治疗筛选较敏感的、具有潜在良好疗效的患者，最终达到个体化治疗、疗效优化的目的。此外，今后的研究还需注意加强探索脑功能指标在特征层面或决策层面的多模态融合优势，提高预测性能，分析各个主要预测权重指标的共性及异性，为更深入地揭示针刺治疗偏头痛的中枢机制提供理论依据。

3 针刺治疗偏头痛机制fMRI 研究的展望及建议

针对当前存在问题，针刺治疗偏头痛机制fMRI研究的未来应注重以下几方面。

3.1 建设针刺治疗偏头痛机制fMRI 研究的共享平台，建立大样本偏头痛脑功能数据库 当前针刺治疗偏头痛fMRI 的研究中，样本量小是一个非常突出的问题，这使得当前许多研究结论的真实性、可靠性及外推性非常有限，同时也是导致研究结果不一致及可重复性较差的一个重要原因。相关机器学习研究中，同样存在样本小与特征维度高的问题，导致模型过拟合，因此，建立一个标准统一、高质量的研究共享平台，提供大样本的数据库，是亟待解决的重要问题。

3.2 优化偏头痛针刺治疗的参数，设立假针刺对照、组穴及远近配穴取穴的统一标准，注重研究的可重复性 在针刺治疗中，针刺类型、手法、深度、刺激量、受试者的针感，以及电针的不同频率、组穴方法，均与针刺疗效息息相关；另外，许多针刺治疗偏头痛的fMRI 研究未设立假针刺对照组，因此，优化相关的参数，统一设立假针刺对照及各种组穴对照的标准，提高研究的可重复性及可对比性，是必须完成的重要课题。

3.3 探索针刺脑功能研究与动物实验造模、基因沉默、分子影像学等学科的交叉融合 当前的针刺fMRI研究多以临床量表为最终评价标准，但疾病量表的评价（特别是自评量表）带有明显的主观性，因此，脑功能的变化是否能真实表征偏头痛病情的变化及针刺疗效，其揭示的异常环路及网络等是否正确，需进行多方面的验证。将脑功能发现的环路或网络，以动物建模、基因沉默甚至分子影像等多层面进行相互验证，是去伪存真的最好方法，并最终实现脑科学基础研究向临床的转化。

总之，当前针刺治疗偏头痛中枢机制的fMRI 研究仍存在较多不足，同时也具有巨大的发展空间，我们应不断推进研究的深度及广度，以临床问题为导向，注重大尺度网络、复杂网络及其动态性，重视格兰杰因果分析、动态因果分析及机器学习等新方法的应用，揭示其中枢机制，为实现个体化治疗提供重要理论依据。