應(yīng)用REST分析靜息態(tài)下針刺心包經(jīng)經(jīng)穴對(duì)大腦低頻振幅信號(hào)的影響＊

韓紅艷，張 馳，閆 鑌，雷 煜，童 莉，楊海燕，周 斌，楊旭光，陳紅亮

(1.河南中醫(yī)學(xué)院針灸推拿學(xué)院、第三附屬醫(yī)院，鄭州 450008;2.中國人民解放軍信息工程大學(xué)，鄭州 450002;3.河南中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院，鄭州 136300)

心包生理功能和病理變化與人體的精神意識(shí)、思維活動(dòng)密切相關(guān)，手厥陰心包經(jīng)是臨床治療神志、精神疾病的重要經(jīng)脈。無論是基于任務(wù)還是靜息態(tài)的fMRI(functional magnetic image，fMRI)技術(shù)對(duì)該經(jīng)脈內(nèi)關(guān)穴研究結(jié)果表明［1，2］，針刺該穴后大腦中與情緒、記憶等功能相關(guān)的腦區(qū)被明顯激活，為該穴在臨床中治療上述高級(jí)認(rèn)知功能損害類疾病提供一定依據(jù)［3］。但先期研究側(cè)重于單穴，其結(jié)果對(duì)全面分析心包經(jīng)的中樞作用機(jī)制未提供充分證據(jù)，在此基礎(chǔ)上課題組對(duì)14名健康被試者心包經(jīng)全部經(jīng)穴(9個(gè))進(jìn)行靜息態(tài)針刺掃描，應(yīng)用REST軟件［4］對(duì)圖像進(jìn)行低頻振幅(Amplitude of Low Frequency Fluctuations，ALFF)信號(hào)分析，以期探索針刺該經(jīng)脈后中樞效應(yīng)，為針刺該經(jīng)脈腧穴防治情緒、記憶等高級(jí)認(rèn)知障礙類疾病提供理論依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

14名在讀非醫(yī)科類大學(xué)本科學(xué)生男女各7名，平均年齡(22.5±1.36)歲，身高(162.32±4.32)cm，體質(zhì)量(58.02±3.12)kg。右利手，飲食規(guī)律，不嗜煙、酒、茶、咖啡等，睡眠正常，體型適中，經(jīng)三甲醫(yī)院醫(yī)療體檢機(jī)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格體檢后確定健康者為被試對(duì)象。實(shí)驗(yàn)前均簽署知情同意書，方案獲河南中醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)后實(shí)施。

1.2 靜息態(tài)fMRI掃描

1.2.1 被試者在MRI檢查中心休息室安靜休息10 min，此期間針刺操作者在其左側(cè)上肢標(biāo)記心包經(jīng)9個(gè)經(jīng)穴位置。

1.2.2 被試者休息后步入掃描室內(nèi)，安靜仰臥于掃描臺(tái)上。掃描前塞入防噪耳塞，戴上耳機(jī)，用海綿墊填充頭部?jī)蓚?cè)空間，告知被試者在掃描過程中雙目注視頭頂標(biāo)注的“+”字標(biāo)記，不執(zhí)行任何任務(wù)，盡量保持靜止?fàn)顟B(tài)。

1.2.3 首先進(jìn)行T1結(jié)構(gòu)像掃描，采用T1W-3D-FFE序列，對(duì)無腦結(jié)構(gòu)異常者進(jìn)行第1次靜息態(tài)功能像掃描(Rest1，R1)。采用EPI-BOLD序列，掃描結(jié)束后由專業(yè)針灸師在被試者左側(cè)上肢已標(biāo)記腧穴處進(jìn)行常規(guī)消毒后，使用特制脫磁針灸針，依照經(jīng)絡(luò)循行路線從“天府”開始至“中沖”結(jié)束，依次對(duì)9個(gè)腧穴給予針刺刺激，受試者得氣后采取平補(bǔ)平瀉操作手法，依次在各穴位處給予捻轉(zhuǎn)刺激，頻率60次/min，捻轉(zhuǎn)角度為±180°，每穴操作1 min。

1.2.4 被試者留針并進(jìn)行靜息態(tài)掃描(Acupuncture，AP)，掃描序列及參數(shù)同 R1，取針后進(jìn)行T2結(jié)構(gòu)像掃描，采用T2-TSE序列，結(jié)束后進(jìn)行第2次靜息態(tài)功能像掃描(Rest2，R2)，掃描序列及參數(shù)同R1。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 預(yù)處理 應(yīng)用MRI Convert 2.0軟件對(duì)掃描過程中獲取的各序列圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換;應(yīng)用SPM8對(duì)轉(zhuǎn)化后圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括頭動(dòng)矯正、標(biāo)準(zhǔn)化、平滑、去漂移和濾波處理，濾波通過頻率為0.01～0.08 Hz。預(yù)處理后14名被試頭動(dòng)均未超過1.5 mm，全部數(shù)據(jù)進(jìn)行ALFF分析。

1.3.2 ALFF分析 分別對(duì)每個(gè)被試者R1、AP和R2序列ALFF進(jìn)行單樣本t檢驗(yàn)，選擇團(tuán)塊不少于100個(gè)體素，t＞4.437的體素(未校正P＜0.001)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的ALFF活躍腦區(qū)，對(duì)每個(gè)被試者R1、AP和R2序列腦內(nèi)ALFF進(jìn)行雙樣本配對(duì)t檢驗(yàn)，選擇團(tuán)塊不少于100個(gè)體素，t＞2.074的體素(未校正P＜0.05)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的ALFF差異活躍腦區(qū)。

2 結(jié)果

2.1 針刺前靜息態(tài)(R1)ALFF信號(hào)單樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

圖1、表1顯示，R1狀態(tài)ALFF信號(hào)減弱腦區(qū)為左側(cè)額上回、額中回、額內(nèi)側(cè)回、楔前葉，右側(cè)小腦前葉、小腦后葉、扣帶回、邊緣葉和海馬回，ALFF信號(hào)增強(qiáng)腦區(qū)為右側(cè)小腦后葉和枕下回。

表1 R1狀態(tài)ALFF信號(hào)變化腦區(qū)、峰值點(diǎn)坐標(biāo)及簇?cái)?shù)值表(n=14)

2.2 針刺過程中(AP)ALFF信號(hào)單樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

圖2、表2顯示，ALFF信號(hào)減弱腦區(qū)為左側(cè)額中回和右側(cè)邊緣葉、小腦前葉、扣帶回、扣帶后回、額下回、額內(nèi)側(cè)回，ALFF信號(hào)增強(qiáng)腦區(qū)為左側(cè)海馬回、邊緣葉、小腦前葉、額上回、雙側(cè)額內(nèi)側(cè)上回。

2.3 針刺后靜息態(tài)過程中(R2)ALFF信號(hào)單樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

圖3、表3顯示，R2狀態(tài)ALFF信號(hào)減弱腦區(qū)為左側(cè)小腦前、后葉，右側(cè)額中回、額內(nèi)側(cè)回，邊緣葉，R2狀態(tài)ALFF信號(hào)增強(qiáng)腦區(qū)為雙側(cè)額內(nèi)側(cè)上回、左側(cè)額內(nèi)側(cè)回。

表2 AP狀態(tài)ALFF信號(hào)變化腦區(qū)、峰值點(diǎn)坐標(biāo)及簇?cái)?shù)值表(n=14)

2.4 純靜息態(tài)(R1)與針刺靜息態(tài)(AP)腦區(qū)ALFF信號(hào)雙樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

圖4、表4顯示，ALFF信號(hào)減弱的差異腦區(qū)為左側(cè)扣帶后回、海馬回、邊緣葉、枕上回和枕中回;ALFF信號(hào)增強(qiáng)的差異腦區(qū)為雙側(cè)額上回、右側(cè)邊緣葉、扣帶回、額中回、額內(nèi)側(cè)回。

圖1 純靜息態(tài)(R1)ALFF信號(hào)活躍的腦區(qū)圖

圖2 針刺左內(nèi)關(guān)穴時(shí)ALFF信號(hào)活躍的腦區(qū)圖

圖3 針刺后靜息態(tài)(R2)ALFF信號(hào)活躍的腦區(qū)圖

圖4 純靜息態(tài)與針刺狀態(tài)ALFF信號(hào)差異活躍的腦區(qū)圖

表3 R2狀態(tài)ALFF信號(hào)變化腦區(qū)、峰值點(diǎn)坐標(biāo)及簇?cái)?shù)值表(n=14)

表4 R1、AP狀態(tài)ALFF信號(hào)差異腦區(qū)、峰值點(diǎn)坐標(biāo)及簇?cái)?shù)值表(n=14)

3 討論

靜息態(tài)是指被試者保持清醒、不接收任何外部刺激或執(zhí)行任何高級(jí)功能的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下人腦也存在著功能活動(dòng)區(qū)域即默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network，DMN)［5］，這些網(wǎng)絡(luò)包括扣帶回后部皮層、楔前葉、前額葉內(nèi)側(cè)皮層等區(qū)域。ALFF是靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)分析的主要方法之一，該方法以0.01～0.08 Hz內(nèi)所有頻率點(diǎn)上幅值的平均值來檢測(cè)1個(gè)體素自發(fā)活動(dòng)的強(qiáng)弱，從能量角度反映各個(gè)體素在靜息狀態(tài)下自發(fā)活動(dòng)水平的高低，從而表現(xiàn)為變化腦區(qū)振幅的增強(qiáng)或減弱［6］。該實(shí)驗(yàn)中，R1狀態(tài)ALFF信號(hào)變化的腦區(qū)主要分布在楔前葉、扣帶回、邊緣葉、海馬回皮質(zhì)及PFC內(nèi)側(cè)和腹側(cè)皮質(zhì)，與先期對(duì)本經(jīng)脈單穴(內(nèi)關(guān))研究發(fā)現(xiàn)的DMN腦區(qū)比較一致［2，3］。

單純靜息狀態(tài)DMN腦區(qū)所表現(xiàn)出的功能是自發(fā)和持續(xù)的，當(dāng)執(zhí)行定向任務(wù)時(shí)，這些自發(fā)活動(dòng)會(huì)被減弱，隨著任務(wù)難度增加，這些區(qū)域的功能則受到更加明顯的抑制［7］，處理資源越來越多地從靜息態(tài)發(fā)生的持續(xù)進(jìn)行的內(nèi)在處理轉(zhuǎn)移到任務(wù)相關(guān)區(qū)域，那么任務(wù)處理區(qū)域的ALFF信號(hào)則顯著增強(qiáng)。因此針刺后，靜息態(tài)DMN腦區(qū)功能活動(dòng)進(jìn)一步受到抑制(即ALFF信號(hào)減弱)，而與針刺作用效應(yīng)密切相關(guān)的腦區(qū)則表現(xiàn)為功能活動(dòng)相對(duì)活躍(即ALFF信號(hào)增強(qiáng))。先期對(duì)該經(jīng)脈內(nèi)關(guān)穴研究發(fā)現(xiàn)［2，3］，AP狀態(tài)下梭狀回、楔前葉、顳上回等DMN區(qū)域進(jìn)一步受到抑制。AP與R1配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果顯示，ALFF信號(hào)差異活躍的腦區(qū)(代表針刺內(nèi)關(guān)穴后真正效應(yīng)腦區(qū))主要位于扣帶回、額上回、額中回、小腦山坡等區(qū)域，推測(cè)針刺內(nèi)關(guān)穴治療情緒、記憶障礙類疾病的機(jī)理可能是針刺引起PFC和小腦皮質(zhì)ALFF信號(hào)的變化進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)腦區(qū)功能變化實(shí)現(xiàn)的，為內(nèi)關(guān)穴治療以情緒和記憶障礙類疾病提供了一定的理論依據(jù)。為全面考察該經(jīng)脈治療上述疾病的中樞效應(yīng)，該實(shí)驗(yàn)取心包經(jīng)全部腧穴按照經(jīng)脈循行路線依次針刺掃描發(fā)現(xiàn)，AP狀態(tài)下ALFF信號(hào)減弱腦區(qū)為左側(cè)額中回和右側(cè)邊緣葉、小腦前葉、扣帶回、扣帶后回、額下回、額內(nèi)側(cè)回，表明針刺心包經(jīng)全經(jīng)腧穴后上述腦區(qū)的內(nèi)部活動(dòng)被明顯抑制，左側(cè)海馬回、邊緣葉、小腦前葉、額上回以及雙側(cè)額內(nèi)側(cè)上回等腦區(qū)活動(dòng)在針刺后明顯增強(qiáng);對(duì)R1與AP進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，PFC(額內(nèi)側(cè)回/額上回/額中回)、邊緣葉/扣帶后回/海馬回是ALFF信號(hào)顯著增強(qiáng)的區(qū)域，證實(shí)針刺心包經(jīng)全經(jīng)經(jīng)穴后大腦皮層低頻振幅活動(dòng)的變化主要體現(xiàn)在PFC和邊緣系統(tǒng)，與先期單穴研究結(jié)果較一致。而上述兩部分腦區(qū)內(nèi)部ALFF活動(dòng)的增強(qiáng)則可能是針刺該經(jīng)脈腧穴治療情緒和記憶障礙類疾病可能的中樞機(jī)制。

隨著靜息態(tài)fMRI技術(shù)在針刺研究中的深入應(yīng)用，激活腦區(qū)的分析對(duì)穴位和經(jīng)脈中樞效應(yīng)的研究至關(guān)重要。Napodow等［8，9］肯定了針刺靜息網(wǎng)絡(luò)的存在，黃泳等［10］進(jìn)而提出在基于這個(gè)靜息網(wǎng)絡(luò)激活的腦區(qū)中，或者存在一個(gè)能夠直接影響其他腦區(qū)激活的關(guān)鍵腦區(qū)，進(jìn)而形成基于這一關(guān)鍵腦區(qū)而激活的整個(gè)功能連接網(wǎng)絡(luò)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PFC(額內(nèi)側(cè)上回/額上回)、邊緣葉/海馬回/扣帶回區(qū)域是針刺心包經(jīng)全經(jīng)腧穴后ALFF信號(hào)變化的主要區(qū)域。PFC結(jié)構(gòu)和功能比較復(fù)雜，其外側(cè)中部以及額上回主要接受感覺皮層具體的信號(hào)，主要負(fù)責(zé)認(rèn)知、執(zhí)行功能，腹側(cè)內(nèi)面、胼胝體膝部以下部分、眼眶表面的中間部分則主要負(fù)責(zé)與自我有關(guān)情緒信息的加工［11］，同時(shí)該區(qū)域還與杏仁核有著十分緊密的聯(lián)系，而杏仁核在情緒調(diào)控中發(fā)揮著重要作用［12］。邊緣系統(tǒng)在學(xué)習(xí)和記憶的建立中起重要作用。邊緣旁聯(lián)合皮質(zhì)包括扣帶回、海馬旁回、顳極和眶額皮質(zhì)等發(fā)出傳出纖維至杏仁核、海馬、嗅周皮質(zhì)，傳入的感覺信息則經(jīng)過邊緣旁聯(lián)合皮質(zhì)的處理，對(duì)情緒、記憶的發(fā)生起重要作用［13］。手厥陰心包經(jīng)與心包的生理功能和病理特征正與上述特異性腦區(qū)情感活動(dòng)、記憶等高級(jí)認(rèn)知功能相吻合，為該經(jīng)脈治療以情緒、記憶功能損害類疾病提供一定的臨床依據(jù)。

停止針刺后繼續(xù)存在的效應(yīng)稱為針刺后效應(yīng)，理論上這種后效應(yīng)在拔針后還將持續(xù)數(shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí)［14］。較早關(guān)于針刺后效應(yīng)的fMRI研究顯示，拔針后14min腦活動(dòng)仍然出現(xiàn)興奮或者抑制［15］。繼而1項(xiàng)靜息態(tài)研究顯示，ALFF顯著增高腦區(qū)在拔針后10 min和25 min數(shù)量最多，拔針后45 min和60 min逐漸減少，且拔針后對(duì)DMN腦區(qū)活動(dòng)影響較為顯著，因此認(rèn)為拔針后10 min和25min可能成為針刺后效應(yīng)的重要時(shí)間變化點(diǎn)［16］。本實(shí)驗(yàn)中AP與R2雙樣本配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(結(jié)果未列出)，且R2狀態(tài)ALFF信號(hào)增強(qiáng)腦區(qū)為雙側(cè)額內(nèi)側(cè)上回和左側(cè)額內(nèi)側(cè)回，說明拔針后8min 6sec至16 min 12sec期間后效應(yīng)區(qū)域仍然在PFC，與AP狀態(tài)下ALFF信號(hào)增強(qiáng)腦區(qū)、R1與AP雙樣本t檢驗(yàn)結(jié)果后ALFF信號(hào)增強(qiáng)的差異腦區(qū)均較一致，即進(jìn)一步推測(cè)該區(qū)域可能為針刺心包經(jīng)全經(jīng)腧穴的特異性腦區(qū)，關(guān)于針刺后效應(yīng)持續(xù)時(shí)間也與先期研究結(jié)果比較一致。

Rest分析軟件是對(duì)靜息態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的專用軟件，運(yùn)用該軟件對(duì)針刺心包經(jīng)全經(jīng)腧穴數(shù)據(jù)進(jìn)行ALFF分析的結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證，該經(jīng)脈治療以情緒、記憶等認(rèn)知障礙為主的精神、神經(jīng)疾病的效應(yīng)機(jī)制，可能是通過激活PFC和邊緣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，為該經(jīng)脈中樞效應(yīng)的研究及針刺后效應(yīng)時(shí)間點(diǎn)提供了一定的理論依據(jù)。鑒于Rest軟件在功能連接分析中的優(yōu)勢(shì)［17］，在此研究結(jié)果基礎(chǔ)上，將對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)一步選擇相關(guān)種子點(diǎn)為感興趣區(qū)域進(jìn)行功能連接分析，以期對(duì)該經(jīng)脈中樞效應(yīng)機(jī)制進(jìn)行深入研究。

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