磁共振脑功能成像在针刺研究中的质量控制

韦懿宸，梁玲艳，段高雄，邓德茂

广西医学科学院/广西壮族自治区人民医院放射科，广西 南宁530000

针刺作为我国中医学的重要组成部分，已有2 000 余年历史。至今已经发展出了多种针刺方式及刺激方法，并已应用于多种疾病的治疗，其疗效也得到了国际上的认可。而其对人体的作用机制，目前仍是值得深入研究的科学问题。MRI 脑功能成像作为一种新兴的检查技术，因其无创、无辐射、经济的优点，已经应用在了多种疾病的研究中；而静息态fMRI 作为其中一个重要的技术手段，在脑功能的研究中也取得了丰硕的成果。两者结合使得针刺疗效的机制有可能以可视化及量化的结果呈现。但由于人脑活动是动态变化的，以及针刺治疗的方式及手法也不尽相同，有可能导致部分同类型研究的结果一致性不佳。因此，为了保证研究结果的可重复性及可靠性，对此类研究过程中变量因素的控制显得尤为重要。故本文将从被试者的纳入、导致静息态脑功能改变的因素及针刺方式方法三大方面对针刺MRI 脑功能成像研究的质量控制进行浅述，以期为其研究的深入开展提供参考。

1 被试者的纳入

神经影像学研究通常情况下样本量相对较小，因此个体的差异性是一个无法完全避免的因素。被试者的一般情况，如年龄、性别、社会心理因素、健康状态均可导致其脑功能状态出现改变。因而，最大程度地保证同组中被试者的同质性，成为一个需要关注的科学问题。

1.1 年龄

对人脑而言，其功能是从一个不完善到完善再到退变的一个变化的过程。脑功能随着不同的生命阶段而有着相应的改变。默认网络作为静息态下最重要的脑功能网络之一，已成为各种疾病脑功能的研究热点，其不仅在疾病状态下会发生改变，在不同的生命阶段，也是动态变化的。有研究发现，老年人的默认网络活动弱于年轻成人，即默认网络的活跃度与年龄呈负相关趋势［1］；同时有研究表明，在青年至老年的过程中，默认网络所在脑区的灰质随年龄的增长而减少［2］。不仅如此，众多针对人脑语言功能的研究也发现了与年龄相关的脑功能动态变化的现象。Kennedy 等［3］研究发现，在简单的是与否的语义判断任务中，人脑相应脑区的激活度与年龄呈正相关，即在整个生命周期中，其相应脑区的激活度随着年龄的增加而增加，且未观察到激活度减低的情况；而在复杂语义任务中，随着任务难度的提升，人脑将通过调节机制调配更多的资源用于任务的执行，而这种调配资源的能力自青年（20～39 岁）至中年（40～59 岁）有所增强；此后，随着年龄的增长（60～89 岁），这种调配能力将逐渐减弱；这种变化趋势在中年（40～59 岁）至老年（60～79 岁）之间最显著，而在青年至中年、老年至非常老年（80～89 岁）的变化趋势相对平缓。Xie［4］等也研究发现，静息态fMRI 的信号变异性与大脑全局性功能连接随着年龄的增加而呈现出相应相关性的改变，且在老年组（＞60 岁）这种趋势愈加明显。而这种趋势在年轻组（20～39 岁）及中年组（40～59 岁）相对平缓。可见，对受试者的年龄跨度进行控制十分必要。在针对成人的研究中，应考虑年龄跨度的问题，尤其需关注中年至老年这一年龄跨度。

1.2 性别

不同性别的区别不仅表现在躯体上，在行为、神经心理特征及脑功能上也得到了证实［5-6］。此外，由于女性特殊的生理周期，处在月经周期不同阶段的女性，其脑功能也会发生变化，尤其是黄体期。有研究表明，经前期综合征、经前期焦虑障碍女性在黄体期时会出现一系列的脑功能及脑结构的改变［7-9］。同样，女性在围绝经期，由于激素水平的波动等原因，也会导致脑功能的改变；Lu 等［10］研究发现与绝经前女性相比，围绝经期女性的右侧眶回与右侧额上回中部、左侧岛叶与右侧额上回功能连接降低，且与血清催乳素水平呈负相关。

不同性别在对针刺的反应上也有区别。Li 等［11］在对健康志愿者针刺梁丘、内膝眼、犊鼻、血海的研究中发现，针刺使得男性和女性的中央后回、楔前叶、颞叶和枕叶激活增加。除此之外，与女性相比，男性在右侧额中回、额下回、右侧楔前叶、右侧顶叶上小叶、左侧小脑前叶脑激活增加，在右额叶的激活减低；与男性相比，女性右侧额叶、右侧顶叶和右侧颞中回激活增加，双侧内侧额叶激活减低。由此可见，性别的差异不仅体现在受试者的基线状态，也体现在针刺对脑功能的响应上。

可见，在研究时需关注性别间的脑功能差异及对针刺反应的差异。在相关研究中还需注意育龄期女性处于不同月经周期及围绝经期女性脑功能的变化。

1.3 社会心理因素

社会心理因素包括社会因素和自身心理因素对人的影响。不良的社会心理因素主要是负性生活事件造成的负性情绪的影响，其不仅会对人的身心健康造成影响，也可使脑功能发生改变。

Fernández-Alcántara 等［12］研究发现，与对照组相比，在近18 个月内有至亲去世的人群中，当他们执行死亡相关图片的任务后，杏仁核、壳核、下丘脑、额中回和前扣带皮质的激活程度明显高于对照组。Yoshino 等［13］研究正常人在不同情绪图片刺激后对疼痛评分的影响中发现，观看负性情绪相关的图片后，正常人的疼痛评分明显高于中性情绪及愉悦情绪图片，且在此过程中前扣带回与杏仁核的功能连接增加。由此可见，在对疼痛相关的研究中，负性情绪可能会通过影响前扣带回与杏仁核的功能连接进一步影响结果的可靠性。

尽管这是2 项任务态研究，但也从侧面说明了生活负性事件、负性情绪可导致人脑对外来刺激的反应发生改变；而对针刺而言，其本身就是一项外来刺激。因此，负性事件及负性情绪影响下的针刺脑效应也可能异于常人，从而对研究结果产生一定的影响，在研究中需避免。

1.4 健康状态

当人体处于长期的非健康状态时，脑功能也会发生相应的改变。其中常见的非健康状态包括BMI超标（超重/肥胖）、糖尿病、高血压、慢性疼痛等。

1.4.1 BMI 随着物质生活的丰富，肥胖、糖尿病、高血压已成为一个重大的健康问题。Jastreboff 等［14］对BMI 超标人群的研究中发现，与对照组相比，BMI 超标者表现出了更高的焦虑及应激状态，这导致其腹侧纹状体处于高于常人的激活状态，且其空腹血糖、胰岛素及瘦素水平均高于对照组，并与BMI 呈正相关；而较高焦虑状态、空腹血糖水平也与腹侧纹状体的异常激活存在相关性。异常的腹侧纹状体激活和高焦虑状态也会导致大脑的奖励/激励回路受损和功能异常，从而促进不良的进食行为发生，进一步使BMI 升高，形成恶性循环。Doucet 等［15］的研究也得出了相似结果，其研究还表明BMI 超标人群的默认网络、中央执行网络、感觉运动网络、视觉网络及其组成模块的功能连接出现了不同程度的异常。

1.4.2 糖尿病及高血压 失控的肥胖状态也可导致高血压及糖尿病的发生。临床前研究和临床实践均证明，高血压对心脏、肾脏、血管和大脑等多种目标器官具有巨大影响［16］。Carnevale 等［17］发现，高血压患者脑背侧注意网络与感觉运动网络、视觉网络的功能连接增加，而与额顶网络之间的功能连接降低，从而导致了认知功能的损害。另一项研究也表明，高血压会破坏人脑的额顶网络的完整性，并使执行功能受损［18］。糖尿病作为最常见的代谢病之一，其也会对全身多个器官造成损害。Chen 等［19］在对糖尿病脑损害的研究中，发现与健康对照相比，糖尿病患者右侧颞中回、左侧舌回、左侧枕中回、左侧中央前回与后扣带回的功能连接降低，左侧小脑后叶、右侧额上回、右侧额中回与后扣带回功能连接增强。同时，糖尿病也会导致一些与认知功能相关的脑网络损伤，如默认网络［20］。

1.4.3 慢性疼痛 慢性疼痛被定义为持续3 个月以上的疼痛。一般人群发病率约为46.5%，以老年人为主；最常见的表现为腰背痛、关节炎疼痛及其他损伤所致的慢性疼痛［21］。其不仅会引起躯体疼痛，同样也会引起脑功能及结构的改变。Brandl 等［22］的研究表明，慢性疼痛患者默认网络内的连通性降低，且内侧颞叶的灰质体积增大。Loggia 等［23］研究发现，慢性疼痛者的默认网络与前扣带回、左顶下小叶和右侧岛叶的功能连接增加。因此，长期疼痛也会导致脑功能的改变。

可见，被试者在长期的非健康状态下，脑功能也会出现明显变化，因此健康状态在被试者纳入过程中也是一个需关注的问题。

2 导致静息态脑功能改变的因素

静息态fMRI 作为一种重要的检测脑功能活动的重要手段，已被广泛应用于脑功能的研究中。静息状态指的是被试者在放松的状态下，眼睛闭着并且尽量避免任何有结构的思维活动的状态。因此，在静息态序列临扫描时，被试者静息态的保持显得尤为重要。一些日常因素，如睡眠状况、饮食因素及其他日常活动均会影响这种状态。

2.1 睡眠

睡眠剥夺会严重影响各种认知和情感功能，包括警觉、注意力、感知觉、情感和长期记忆等。Dai 等［24］在研究长时睡眠剥夺对人脑的影响中发现，在72 h 睡眠剥夺后，默认网络出现异常，主要表现在右顶下小叶与左侧楔前叶/后扣带回功能连接降低，左侧梭状回与右侧颞中/颞下回的功能连接增强。Tamm 等［25］研究发现，人脑在部分睡眠剥夺（仅3 h 睡眠）之后，梭状回激活减低，表现为对愤怒的感受增强，对快乐的感受减低；与年轻人相比，这种改变在老年人中更明显。而单次睡眠剥夺对人脑的影响也并非一个短期效应，Eide 等［26］研究发现，睡眠剥夺24 h 后，人脑的分子清除率明显下降，且在睡眠剥夺之后的24 h不受限制的睡眠并不能改变这种状态，且这种影响在之后4 周内都无法完全消除。因此，睡眠状态对脑功能的影响不仅在被试者纳入时需关注，在被试者纳入后的临扫描前也需得到关注；当扫描前出现短期睡眠剥夺时，需将相关试验延缓进行。

2.2 饮食因素

当人体处于饥饿或进食状态时，脑功能也会出现相应的变化。Al-zubaidi 等［27］研究发现处于饥饿状态时，后扣带回和楔前叶的fALFF 值增加。而当人闻到食物的气味后，嗅觉和奖励相关区域将被激活，其中包括内侧前额叶、双侧前扣带回、双侧眶额叶皮质、双侧梨状皮质、杏仁核及海马［28］。

此外，日常生活中一些常见的饮品也会引发脑功能的改变，如茶、咖啡的摄入。Wang 等［29］研究发现在摄入绿茶后，被试者额顶枕叶的ReHo 值增加，左楔叶及左舌回的ReHo 值降低，默认网络、体感、视觉皮质和顶额区的功能连接下降，而与记忆相关的脑区的功能连接增强。Li 等［30］对习惯性饮茶的老年人研究也发现了长期饮茶可改变默认网络的功能连接，并能改善与年龄相关的大脑衰退。Magalhaes 等［31］研究发现，习惯性摄入咖啡者的躯体感觉和边缘网络功能连接下降，且在与躯体感觉、运动和情绪处理相关的皮质下和后脑区域组成的网络中也显示出功能连通性下降；非咖啡惯用者在饮用咖啡后也会出现类似改变。可见，无论是短期摄入茶、咖啡或是习惯性摄入，均会对脑功能造成一定影响。这一因素在静息态脑功能的研究中也需注意。

2.3 其他日常活动

在扫描前，其他一些日常的活动也可能引起脑功能的改变，如听音乐［32］、阅读［33］、书写［34］、短暂的情绪波动［12-13］等。因此，在扫描前，需尽量避免被试者进行此类日常活动，以减少对静息态脑功能的影响。

3 针刺的方式方法

3.1 针刺种类

针刺刺激的种类繁多，目前研究中应用较多的是手针及电针，两者均可引起脑功能的改变从而发挥疗效。在手针操作中，因针灸师的经验不同，在采用不同的操作手法时，操作幅度、频率及作用时间都有所差异［35］。这就有可能引起不同的脑功能改变。而电针中因电流刺激的频率不同所产生的脑效应也有所不同。且由于刺激方式的不同，大脑对手针及电针响应也有所不同。Napadow 等［36］在对比手针及不同频率电针（2、100 Hz）对双侧足三里刺激的研究中发现，与手针相比，电针更能引起大脑更大范围的fMRI 信号改变，而这一效应在低频时更显著。这种由于电针刺激频率的不同所引发的不同脑效应的结果在后来Qiu 等［37］的研究中也得到了证实。

由于手针手法的个体化差异及电针不同刺激频率的差异的存在，因此在针刺脑功能研究中，保证针灸师手法的相对一致性及保证电刺激强度、频率的一致性是保证研究结果质量的关键之一。

3.2 针刺的安慰针刺对照

目前，应用较多的针刺对照的方法是假穴（非经非穴）对照，以及同一穴位体表定位针刺的深浅程度（深刺、浅刺及非侵入表皮刺激）对照，其各有优缺点。

刘波等［38］应用真穴/非穴对照对针刺双侧足三里的研究发现，穴位和非穴位所引发脑功能连接改变的脑区大部分相同，但穴位组在脑内脑功能连接改变的强度总体上高于非穴位组。这与Lewith 等［39］的研究结果相似，即针刺研究中使用的非穴针刺可能出现40%～50%有效率，即非穴针刺也可出现一定的治疗效果。此方法的好处是保证了被试者得到了同样的针刺感受，但不可避免非穴刺激带来的治疗效应。

Napadow 等［40］在对内关穴深刺（1.5 cm）对比非侵入表皮刺激的研究中发现两者在大脑中引发的改变具有较大相似性，即均表现为运动感觉系统的激活及默认网络的失活。但假刺激的感觉与感觉运动相关脑区的更大激活及默认网络的更大失活有关，而真刺激的感觉与更大的认知相关脑区（背内侧/外侧前额叶）的激活有关，并认为这可能是理解大脑对针刺感觉处理的关键改变。此方法优点是可以避开非穴针刺激的脑效应的影响，但不适用于长周期刺激的研究，因为缺乏得气感或无针眼可能引起有针刺经历的被试者质疑。而被试者的心理预期也会对针刺的脑效应产生一定影响［41］，即安慰剂效应。

可见在针刺的研究中，不同安慰针刺的对照方法均可导致脑功能的改变，且由于方式不同，所产生的结果也不同，其各有优缺点；故目前在针刺研究中，安慰针对照的设定仍没有一种两全其美的方法，因此需根据自身临床特点进行相应的研究设计。

3.3 针刺的安慰剂效应

Kong 等［41］在研究心理预期对针刺的阵痛效果的研究中发现，对于从未经历针灸的被试者来说，不论在真针刺还是非侵入表皮安慰针中，针刺的阵痛效果在心理预期积极的被试者中好于消极心理预期的被试者；并通过fMRI 发现双侧前扣带回前部/内侧前额叶、左侧眶额叶和背外侧前额叶等脑区参与此过程。而这一现象并不是反映了针灸治疗并不起作用，而是表明心理预期在治疗过程中的重要性。因此，在针刺MRI 脑功能研究中，需在施针的过程中保证双盲，尤其是针对有过针刺治疗经历的被试者。当被试者不知道其接受的针刺是否是用作对照的情况下，或许能够消除一部分心理预期带来的影响。

综上可见，针刺MRI 脑功能研究已取得了丰硕的成果，fMRI 使得针刺疗效的机制能有机会以可视化及量化的结果呈现出来。但由于被试者的年龄、性别、社会心理因素、健康状态的不同会导致不同的脑功能改变；被试者临扫描前的状态不同也会导致脑功能发生改变；由于针刺方式方法的多样性，且不同安慰针对照各有优缺点，这些因素同样会导致针刺的脑功能响应结果不一。在这些多变因素的影响下，同类研究结果会出现一致性不佳的情况。故对此类研究进行严格的质量控制，对于提高结果的可重复性尤为关键。