針刺支溝穴對健康人腦內(nèi)以額下回為種子點(diǎn)功能連接網(wǎng)絡(luò)時變效應(yīng)的差異影響?

韓紅艷，張 馳，胡逸聰，王文獻(xiàn)，王柯柯，高 輝，閆 鑌

(1. 河南中醫(yī)藥大學(xué)，鄭州 450008； 2. 中國人民解放軍信息工程大學(xué)， 鄭州 450002)

基于靜息態(tài)功能性磁共振成像(functional magnetic image, fMRI) 技術(shù)的腦功能連接網(wǎng)絡(luò)分析，為更深入地探究針刺后中樞響應(yīng)腦區(qū)協(xié)同工作機(jī)制提供重要依據(jù)[1-2]。在既往相關(guān)研究中，針刺后留針時間及拔針后數(shù)據(jù)采集時間均較短，對針刺后腦區(qū)隨留針時間不同所發(fā)生時變效應(yīng)的動態(tài)變化分析不足。為更精確地研究靜息態(tài)下針刺支溝穴后各腦區(qū)動態(tài)化的時變效應(yīng)特征，課題組在對健康被試者左側(cè)支溝穴進(jìn)行針刺前后fMRI掃描時，增加留針狀態(tài)和拔針后的掃描時間，且在上述2種狀態(tài)內(nèi)設(shè)置多個時間區(qū)間對留針及拔針后狀態(tài)進(jìn)一步細(xì)化分時，結(jié)果發(fā)現(xiàn)被試者在針刺后多個時間序列內(nèi)額下回低頻振幅比率(fractional amplitude of low frequency fluctuation，fALFF)信號呈顯著性激活效應(yīng)。為深入探討針刺該穴對健康被試者與額下回功能連接網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)響應(yīng)腦區(qū)的影響，本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)分析針刺前后各時間序列內(nèi)以額下回為感興趣區(qū)種子點(diǎn)功能連接網(wǎng)絡(luò)的時變效應(yīng)差異特征。

1 對象與方法

18名健康志愿者，其中男10名，女8名，平均年齡(24.89±1.811)歲，身高(167.39±8.045)cm，體質(zhì)量(60.44±12.433)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。既往無嚴(yán)重軀體病史、腦部外傷史、精神病史、藥物依賴史及酒精成癮史，近期無嚴(yán)重感染、手術(shù)等，頭顱MRI常規(guī)掃描未發(fā)現(xiàn)任何器質(zhì)性病變。掃描前1周由同一專業(yè)針灸師通過針刺應(yīng)答排除無針刺反應(yīng)者或過度針刺反應(yīng)者。

1.2 倫理審查

試驗(yàn)方案獲河南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號2017HL-020)，并通過國家臨床試驗(yàn)注冊(注冊號ChiCTR-OOC-17011452)，受試者試驗(yàn)前均簽署知情同意書。

1.3 靜息態(tài)fMRI掃描

1.3.1 掃描設(shè)備及參數(shù) 采用河南中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院SIEMENS SKYRA 3.0T MRI設(shè)備。T1結(jié)構(gòu)像采用T1-mprage-tra-p2-iso-1.0序列，F(xiàn)OV=230 mm×230 mm，Matrix=256×256，Slices=104，Slice thickness=1.3 mm，Gap=0.7 mm，TR=2200 ms，TE=2.48 ms，持續(xù)時間5 min 06 sec。功能像采用ep2d-bold-moco-p2-2 mm序列，F(xiàn)OV=192 mm×192 mm，Matrix=64×64，Slices=35，Slice thickness=3 mm，Gap=0.8 mm，TR=2000 ms，TE=30 ms，采集次數(shù)120次，掃描時間4 min 08 sec。

1.3.2 掃描流程 (1)被試者在MRI檢查中心休息室安靜休息20 min，期間由針刺操作者在所測試被試者左側(cè)前臂標(biāo)記支溝穴位置，穴位定位參照《針灸學(xué)》教材[3]；(2)被試者休息后步入掃描室內(nèi)，被試者耳內(nèi)被塞入一次性消音耳塞，標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈固定后安靜仰臥于掃描床，掃描前被告知在掃描過程中盡量保持清醒、閉目、不執(zhí)行任何任務(wù)、不做任何動作的靜止?fàn)顟B(tài)；(3)首先進(jìn)行T1結(jié)構(gòu)像掃描，對無腦結(jié)構(gòu)異常者行第1次靜息態(tài)功能像掃描(Rest1，R1)；(4)R1結(jié)束后，將被試者退出掃描倉暫停掃描，針刺操作者步入掃描室內(nèi)對被試者進(jìn)行針刺操作，常規(guī)消毒后使用特制脫磁針灸針(0.3 mm×40 mm)在被試者左側(cè)前臂支溝穴處給予針刺刺激，針刺操作者感覺手下得氣，被試者訴有酸、麻、沉、脹等針感后，采用平補(bǔ)平瀉手法均勻捻轉(zhuǎn)，捻轉(zhuǎn)幅度±180°，頻率60次/min，操作1 min，結(jié)束后將被試者送入掃描倉繼續(xù)掃描；(5)被試者留針期間分別進(jìn)行4個時間序列的靜息態(tài)掃描即R2、R3、R4、R5，各序列掃描時間均為4 min 08 sec(R6、R7同)；(6)上述掃描結(jié)束后拔針，進(jìn)行2個時間序列的靜息態(tài)掃描即R6、R7。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

(1)預(yù)處理：采用MRI Convert 2.0軟件對采集圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換，采用MATLAB 7.6.0平臺下的SPM8對轉(zhuǎn)化后圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括頭動矯正、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18例被試者各序列頭動均未超過1.5 mm，數(shù)據(jù)合格全部進(jìn)入分析；(2)功能連接分析：應(yīng)用REST軟件對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行功能連接分析，提取全腦信號并去除協(xié)變量，將6個頭動參數(shù)和全腦信號作為協(xié)變量用REST進(jìn)行去除。ROI種子點(diǎn)生成：使用FSL 5.0中Juelich histological atlas生成額下回感興趣區(qū)種子點(diǎn)，功能連接分析，分別對每個被試者R2-R7功能連接結(jié)果減去R1結(jié)果，選擇P<0.01、簇數(shù)值≥5個體素的團(tuán)塊為有統(tǒng)計學(xué)意義的功能連接差異腦區(qū)。

注：圖(a)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)為(-60，-18，-21)的差異腦區(qū)；圖(b)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)為(-63，-6，15)的差異腦區(qū)；圖(c)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)為(51，-9，39)的差異腦區(qū)；圖(d)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)為(45，-12，57)的差異腦區(qū)；圖(a、d)中紅色十字交叉區(qū)域即為R1狀態(tài)下未出現(xiàn)，R2狀態(tài)下與額下回功能連接變化差異腦區(qū)圖1 R2減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)圖

2 結(jié)果

2.1 R2減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)

圖1表1顯示，該差異狀態(tài)下左側(cè)顳下回、顳中回、中央后回，右側(cè)中央前回與額下回功能連接顯著減弱。

2.2 R3減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)

圖2表1顯示，該差異狀態(tài)下左側(cè)顳下回、顳中回、中央前回與額下回功能連接顯著減弱；右側(cè)額中回與額下回功能連接顯著增強(qiáng)。

注：圖(a)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(-60，-18，-18)的差異腦區(qū)；圖(b)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(39，51，9)的差異腦區(qū)；圖(c)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(-36，-15，48)的差異腦區(qū)；圖(a、c)中紅色十字交叉區(qū)域即為R1狀態(tài)下未出現(xiàn)，R3狀態(tài)下與額下回功能連接變化差異腦區(qū)圖2 R3減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)圖

2.3 R4、R5減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)

圖3表1顯示，R4減 R1差異狀態(tài)下右側(cè)中央前回與額下回功能連接顯著減弱。

R5減 R1差異狀態(tài)下右側(cè)頂上回與額下回功能連接顯著減弱, 左側(cè)額上回、額中回與額下回功能連接顯著增強(qiáng)。

注：圖(a)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(45，-6，57)的差異腦區(qū)，圖中紅色十字交叉區(qū)域即為R1狀態(tài)下未出現(xiàn)，R4狀態(tài)下與額下回功能連接變化差異腦區(qū)；圖(b)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(21，-69，51)的差異腦區(qū)；圖(c)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(-24，33，51)的差異腦區(qū)；圖(b、c)中紅色十字交叉區(qū)域即為R1狀態(tài)下未出現(xiàn)，R5狀態(tài)下與額下回功能連接變化差異腦區(qū)圖3 R4、R5減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)圖

注：圖(a)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(0，-15，69)的差異腦區(qū)；圖中紅色十字交叉區(qū)域即為R1狀態(tài)下未出現(xiàn)，R6狀態(tài)下與額下回功能連接變化差異腦區(qū)；圖(b)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(-33，-36，-27)的差異腦區(qū)；圖(c)為峰值點(diǎn)坐標(biāo)(60，-54，-18)的差異腦區(qū)；圖(b、c)中紅色十字交叉區(qū)域即為R1狀態(tài)下未出現(xiàn)，R7狀態(tài)下與額下回功能連接變化差異腦區(qū)圖4 R6、R7減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)圖

2.4 R6、R7減 R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)

圖4表1顯示，R6減 R1差異狀態(tài)下右側(cè)額上回、額中回，左側(cè)旁中央小葉與額下回功能連接顯著減弱。R7減 R1差異狀態(tài)下左側(cè)小腦前、后葉，右側(cè)顳中回、顳下回與額下回功能連接顯著減弱。

3 討論

額下回是人腦內(nèi)重要的語言功能區(qū)，其在語言加工中的作用在多項(xiàng)研究文獻(xiàn)中均得以證實(shí)[4]。支溝穴為手少陽三焦經(jīng)的重要經(jīng)穴，臨床主治病證廣泛?！侗怡o神應(yīng)針灸御龍經(jīng)》總結(jié)為：“傷寒結(jié)胸，氣攻脅肋，同治：傷寒小便不通，一切游走氣攻胸脅疼痛，語言、咳嗽難，不可轉(zhuǎn)側(cè)”[5]，其中提到針刺該穴具有治療語言功能的效應(yīng)?！夺樉募滓医?jīng)》對其這一功能有更詳細(xì)記載：“口噤不可開，支溝主之”“暴喑不能言，支溝主之”[6]。以額下回為感興趣區(qū)種子點(diǎn)冀從腦網(wǎng)絡(luò)活動層面深入探索針刺支溝穴干預(yù)語言功能的中樞響應(yīng)機(jī)制。

表1 R2-R7狀態(tài)減R1狀態(tài)下與額下回功能連接差異腦區(qū)

相對于單純靜息態(tài)(R1)而言，針刺刺激相當(dāng)于給予受試者一個相關(guān)任務(wù)，接收到該刺激任務(wù)信息后，其腦內(nèi)暫時的動態(tài)平衡網(wǎng)絡(luò)被打破，各腦區(qū)之間功能連接網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)行調(diào)整。本試驗(yàn)中，對R2-R7分別與R1時間序列的差異腦區(qū)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以額下回為感興趣區(qū)種子點(diǎn)的功能連接網(wǎng)絡(luò)也隨時間序列處于動態(tài)變化之中。具體表現(xiàn)為，健康受試者接受針刺左側(cè)支溝穴4min08sec內(nèi)(R2)，左側(cè)顳中回、顳下回、左側(cè)中央后回、右側(cè)中央前回與額下回形成負(fù)激活效應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)；留針4min08sec至8min16sec內(nèi)(R3)，左側(cè)顳中回、顳下回與額下回形成負(fù)激活效應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)，右側(cè)額中回與額下回形成正激活效應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)；留針8min16sec至12min24sec內(nèi)(R4)，右側(cè)中央前回與額下回形成負(fù)激活效應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)；留針12min24sec至16min32sec內(nèi)(R5)，右側(cè)頂上回與額下回形成負(fù)激活效應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)；拔針后4min08sec內(nèi)(R6)，左側(cè)旁中央小葉與額下回形成負(fù)激活效應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)，拔針后4min08sec至8min16sec內(nèi)(R7)，左側(cè)小腦前、后葉與額下回形成負(fù)激活效應(yīng)的連接網(wǎng)絡(luò)。

作為主要的運(yùn)動語言中樞，額下回與語言的加工深度密切相關(guān)，其作為語義加工的一個中央監(jiān)控區(qū)域，能夠敏感地反映語義加工深度的變化[7-8]。在上述以額下回為種子點(diǎn)的各時間序列功能連接網(wǎng)絡(luò)激活腦區(qū)中，顳中回、顳下回與語義激活和語義加工都有直接關(guān)系，其在涉及多義詞語義加工的腦成像研究中也出現(xiàn)了特異性激活效應(yīng)[9-11]。額中回參與漢字視空間分析與語音或語義分析的協(xié)調(diào)與整合過程，以及工作記憶和認(rèn)知資源的協(xié)調(diào)[12]，額中回是影響漢字閱讀的主要腦區(qū)[13]。有研究對語音加工和語義加工激活腦區(qū)進(jìn)行了精確定位，發(fā)現(xiàn)額中回背側(cè)后部區(qū)域在押韻任務(wù)中產(chǎn)生了更強(qiáng)的激活，額中回腹側(cè)前部在語義任務(wù)中產(chǎn)生更強(qiáng)的激活[14]，均表明額中回與漢字視空間分析與語音或語義分析的協(xié)調(diào)與整合過程有密切聯(lián)系。中央前回和中央后回與額下回、額中回及左側(cè)顳上回在參與漢語動作成語語義理解方面顯示出特異性激活效應(yīng)[15]，頂上小葉在完成手部動作的語義生成任務(wù)時，與額上回、額中回、額下回共為特異性激活腦區(qū)[16]。推測上述腦區(qū)在各時間序列內(nèi)與額下回所形成的功能連接網(wǎng)絡(luò)即為針刺該穴調(diào)節(jié)語言功能的可能中樞機(jī)制。

此外，額下回在參與記憶、思維等認(rèn)知功能方面也具有重要作用，不僅參與新舊知識整合思維加工，還可能是行為抑制和注意控制功能的關(guān)鍵區(qū)域[17-18]。而本實(shí)驗(yàn)激活腦區(qū)中的小腦前、后葉與大腦皮質(zhì)有廣泛神經(jīng)纖維聯(lián)系，除協(xié)調(diào)運(yùn)動外還參與高級認(rèn)知功能[19]，顳中回、顳下回、額中回等腦區(qū)也具有調(diào)節(jié)高級認(rèn)知功能方面的重要作用。

綜上所述，結(jié)合支溝穴臨床功效和額下回功能，推測本實(shí)驗(yàn)中左側(cè)顳中、下回、中央后回、中央旁小葉、小腦前、后葉，右側(cè)中央前回、頂上回，雙側(cè)額中、上回為針刺健康人左側(cè)支溝穴后以額下回為種子點(diǎn)所形成的隨時間序列變化的功能連接網(wǎng)絡(luò)的重要響應(yīng)腦區(qū)。這一結(jié)論可能是臨床針刺支溝穴治療語言及思維等高級認(rèn)知功能障礙的中樞效應(yīng)機(jī)制。