針刺治療偏頭痛機制的靜息態(tài)fMRI 研究現(xiàn)狀及展望

張 岳，劉 波

（廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院 廣東省中醫(yī)院影像中心，廣東 廣州 510120）

針刺作為中華民族幾千年來優(yōu)秀傳統(tǒng)民族醫(yī)療方法的典型代表，以其有效、無創(chuàng)、安全又經(jīng)濟的獨特優(yōu)勢，在國內(nèi)外倍受認(rèn)可及推崇［1-4］，探索其背后確切的作用機制是該領(lǐng)域的熱點。利用fMRI 技術(shù)，可在活體無創(chuàng)、有效地觀察人腦活動的變化，這對揭示針刺作用機制起著重要作用。

目前，靜息態(tài)fMRI 已被廣泛應(yīng)用于針刺治療中樞機制的研究，但一定程度上仍存在研究不全面及不深入的缺點。本文僅以偏頭痛為例，從針刺腦功能研究思路及方法學(xué)的角度，對當(dāng)前的研究現(xiàn)狀進行總結(jié)，并對未來的研究方向提出一些展望及建議。

1 針刺治療偏頭痛中樞機制的fMRI 研究現(xiàn)狀及不足

當(dāng)前針刺治療偏頭痛中樞機制的fMRI 研究主要集中在針刺即時效應(yīng)、針刺治療效應(yīng)、不同穴位和組穴效應(yīng)的相關(guān)機制研究。

1.1 針刺即時效應(yīng)研究 采用fMRI 研究針刺鎮(zhèn)痛即時效應(yīng)的中樞機制，是進行針刺作用機制研究的一個良好契合點。如彭玉琳［5］采用組塊設(shè)計，比較針刺右側(cè)丘墟穴時32 例偏頭痛和18 例健康受試者全腦局部一致性（regional homogeneity，ReHo）的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)偏頭痛患者中央導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)、丘腦與中扣帶回的ReHo 值升高，而健康組則以腦島為主；組間對比結(jié)果顯示偏頭痛患者前額葉ReHo 值明顯降低。該研究采用較高效度的組塊設(shè)計，并排除了針感對試驗的影響，結(jié)果具有一定的指導(dǎo)意義，但存在未設(shè)立假針刺組的缺陷，且未進行針刺后多個時間點的動態(tài)觀察，以及針刺后效應(yīng)的時間界定。寧艷哲［6］納入19 例無先兆性偏頭痛（migraine without aura，MwoA）及18 例匹配健康受試者，前者施以雙足臨泣穴針刺刺激，發(fā)現(xiàn)MwoA 組較健康組感覺運動網(wǎng)絡(luò)及默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接降低，而右額頂網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接增高；針刺臨泣穴對MwoA 患者以上3個網(wǎng)絡(luò)異常的格蘭杰因果分析具有顯著調(diào)整作用。該研究從網(wǎng)絡(luò)的角度切入，但同樣存在未設(shè)立假針刺組的缺陷，且僅關(guān)注上述3 個網(wǎng)絡(luò)，未對大尺度網(wǎng)絡(luò)進行整體探索，且未關(guān)注網(wǎng)絡(luò)間的動態(tài)變化。

1.2 針刺治療偏頭痛療效的中樞機制研究 近年來，研究者多將研究焦點聚集在偏頭痛相關(guān)的單一異常功能網(wǎng)絡(luò)，以及針刺治療對其異常網(wǎng)絡(luò)（主要為額頂網(wǎng)絡(luò)及默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)）的調(diào)節(jié)作用，力圖從網(wǎng)絡(luò)的層面揭示針刺對其病理狀態(tài)的轉(zhuǎn)變規(guī)律。如Li 等［7］采用獨立成分分析（ICA）的方法，提取并比較了12 例MwoA 及12 例匹配健康受試者的右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)，結(jié)果顯示，與健康對照組相比，MwoA 組患者右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接明顯降低，且針刺治療可逆轉(zhuǎn)這種異常，針刺治療后右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)功能連接的增加與治療前后視覺模擬評分法（visual analogue scale，VAS）的改善呈明顯負(fù)相關(guān)。張勇［8］比較10 例MwoA 及10例匹配健康受試者的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)MwoA 存在雙側(cè)扣帶回、楔前葉、頂下小葉、內(nèi)側(cè)額葉、顳葉網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接的降低，針刺治療可明顯改善該下降的功能連接。Zou 等［9］采用相似的方法，發(fā)現(xiàn)較18 例匹配的健康志愿者，14 例慢性偏頭痛患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)左側(cè)前額上回、左側(cè)楔前葉功能連接明顯降低，針刺治療后下降的功能連接增加，且左側(cè)前額上回、左側(cè)楔前葉增加的功能連接與VAS 的均值呈負(fù)相關(guān)，左側(cè)楔前葉功能連接的增加值與患者急性發(fā)作期止痛藥的用量呈明顯負(fù)相關(guān)。

1.3 不同組穴、遠(yuǎn)近配穴治療偏頭痛中樞機制的fMRI 研究 不同組穴、遠(yuǎn)近配穴治療偏頭痛的機制研究，亦是針刺腦功能研究中非常重要的一個方面。董習(xí)林［10］比較不同組穴法針刺治療MwoA 的腦功能差異（治療組：19 例，針刺雙側(cè)風(fēng)池、外關(guān)、陽陵泉、丘墟；對照組：20 例，針刺雙側(cè)耳和髎、大陵、光明、太白），針刺治療后，2 組大腦前扣帶回和前額葉的ReHo 均增加，治療組腦干及丘腦ReHo 增加；2 組均有療效，然而所配伍的穴位完全不同，僅比較了各組組內(nèi)治療前后的變化，缺乏組間對比，使得該研究的結(jié)果可靠性低。王姿雯［11］探索遠(yuǎn)近配穴法（A 組：12 例，針刺近穴-雙側(cè)風(fēng)池穴+遠(yuǎn)穴-太沖穴，B 組：12例，針刺近穴-雙側(cè)風(fēng)池穴+遠(yuǎn)穴-內(nèi)關(guān)穴）治療月經(jīng)性偏頭痛的中樞機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)A 組針刺前楔前葉腦功能活動降低，治療后楔前葉腦功能活動升高，且與治療后偏頭痛特異性生活質(zhì)量問卷（migraine specific quality-of-life questionnaire，MSQ）、焦慮自評量表（self-rating anxiety scale，SAS）、抑郁自評量表（self-rating depression scale，SDS）的改善相關(guān)，B 組針刺前扣帶回低頻振幅值（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）升高，治療后降低，且與治療后SAS、SDS 的改善相關(guān)。該研究同樣未進行組間對比，未設(shè)立假針刺對照組，樣本量較小，且采用了較寬松的多層比較校正方法（高斯隨機場理論校正，體素水平P＜0.05，簇水平P＜0.05），此外，結(jié)果有意義的腦區(qū)的腦功能指標(biāo)改變值并不與VAS 評分、偏頭痛發(fā)作頻次等反映針刺鎮(zhèn)痛療效的主要指標(biāo)相關(guān)。Li 等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，MwoA 患者中央導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)（periagueductal grey，PAG）與右側(cè)前扣帶回喙部/內(nèi)側(cè)前額葉（疼痛下行調(diào)節(jié)系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點）的靜息狀態(tài)功能連接降低，經(jīng)組穴法針刺治療后，該功能連接明顯升高，且治療前后PAG 與右側(cè)前扣帶回及腹側(cè)紋狀體的靜息狀態(tài)功能連接變化與VAS 評分的改善明顯相關(guān)。該研究采用治療前患者與健康受試者對照、真實針刺與假針刺對照，具有較好的參考價值。

綜上所述，當(dāng)前偏頭痛的針刺即時效應(yīng)、治療效果的中樞機制相關(guān)研究普遍存在未設(shè)立假針刺對照組的缺陷。其中即時效應(yīng)研究大多僅關(guān)注皮質(zhì)及皮質(zhì)下的局部腦活動變化，而缺乏對腦干疼痛關(guān)鍵調(diào)控腦區(qū)，如藍(lán)斑核（去甲腎上腺環(huán)路）、中縫核（5-羥色胺環(huán)路）、PAG（疼痛下行抑制環(huán)路）等的關(guān)注，且研究多在患者偏頭痛間歇期，缺少偏頭痛不同周期的連續(xù)性與縱向性研究。治療效果的中樞機制研究，由于未設(shè)立假針刺對照組，因而無法說明病情改善是針刺效果，還是疾病病程的自然轉(zhuǎn)歸、安慰劑效應(yīng)，抑或是上述因素的綜合結(jié)果。不同組穴、遠(yuǎn)近配穴治療偏頭痛的相關(guān)研究，采用的方法過于單一，不夠深入，缺少對偏頭痛關(guān)鍵環(huán)路，即“疼痛中樞下行抑制系統(tǒng)［13-14］”“內(nèi)源性阿片類鎮(zhèn)痛環(huán)路［15］”“丘腦皮層環(huán)路［16-17］”等的相關(guān)針刺研究，以及缺少大腦大尺度網(wǎng)絡(luò)整體水平的研究。另一方面，由于多采用非常小的樣本量，較寬松的多重比較校正（體素水平P＜0.05，簇水平P＜0.05，部分甚至采用Alphasim 校正），增加了假陽性率，因此，其結(jié)論的可靠性及外推性值得商榷，在今后的研究中，須重視并改正。

2 針刺治療偏頭痛機制的fMRI 研究需重視的幾個研究方向

為了拓展研究的廣度及深度，針刺治療偏頭痛中樞機制的腦功能研究需重視以下幾個研究方向。

2.1 針刺調(diào)節(jié)偏頭痛腦干與重要疼痛環(huán)路的fMRI研究 “腦干疼痛下行抑制調(diào)節(jié)環(huán)路”為偏頭痛針刺鎮(zhèn)痛的關(guān)鍵環(huán)路，近年來逐漸成為研究熱點，其以PAG 為中樞，以延髓頭端腹內(nèi)側(cè)（rostral ventromedial medulla，RVM）為中繼站，經(jīng)脊髓背外側(cè)束，下至脊髓后角，激活時實現(xiàn)脊髓水平阻斷傷害性信息的上傳，而達到鎮(zhèn)痛的目的［14］。該過程主要受中縫核的5-羥色胺系統(tǒng)，以及藍(lán)斑核或網(wǎng)狀核的去甲腎上腺素系統(tǒng)所介導(dǎo)［14］。有學(xué)者［17］比較組穴取穴組與假針刺組，MwoA 患者RVM/TCC（三叉神經(jīng)頸復(fù)合體頭頸感覺信息的傳入中樞）環(huán)路的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)組穴針刺可逆轉(zhuǎn)MwoA 患者RVM/TCC 異常降低的ALFF，ALFF 升高的程度較假針刺組更明顯，且與患者基線狀態(tài)的VAS 評分呈負(fù)相關(guān)。有研究者［18］采用5 min Block 與8 min 持續(xù)刺激設(shè)計，探索耳穴迷走神經(jīng)刺激治療MwoA 的中樞機制，結(jié)果顯示：與假刺激相比，真刺激可引起腦干雙側(cè)藍(lán)斑核的明顯負(fù)激活，以此為種子點，在隨后8 min 持續(xù)刺激前后靜息態(tài)數(shù)據(jù)中，行全腦體素水平功能連接，發(fā)現(xiàn)與假刺激相比，真刺激可廣泛調(diào)節(jié)疼痛感覺及調(diào)控腦區(qū)/環(huán)路的功能連接，且雙側(cè)藍(lán)斑核-左側(cè)次級感覺運動皮質(zhì)功能連接的增加與患者疼痛發(fā)作頻次呈負(fù)相關(guān)。上述研究從不同角度闡述了針刺對腦干下行抑制性系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，而由于腦干解剖位置的特點，其信號易受腦脊液的干擾，且構(gòu)成核團均較小，因此多采用ROI 分析方法進行界定，研究仍較粗糙，而隨著7 T 高磁場MRI 的研發(fā)推廣［19］、Duvernoy’s 腦干模板與新的自動化解剖標(biāo)記（AAL_3）模板的出現(xiàn)，使得更精準(zhǔn)地探索針刺對該環(huán)路調(diào)節(jié)的機制成為現(xiàn)實。另外，在研究時也需注重動態(tài)因果模型及格蘭杰因果分析等方法的應(yīng)用，通過明確該系統(tǒng)中信息流動的方向，驗證重要的節(jié)點，可為針刺治療的精準(zhǔn)調(diào)控及個體化實施提供重要的理論指導(dǎo)。

2.2 重視結(jié)構(gòu)研究、多模態(tài)耦合，開展不同發(fā)病周期的fMRI 研究 腦結(jié)構(gòu)與功能相互依存，密切聯(lián)系，許多研究［20］也已揭示偏頭痛患者存在廣泛白質(zhì)纖維束的異常。值得注意的是，Planchuelo-Gomez 等［21］的研究發(fā)現(xiàn)：慢性偏頭痛早期就存在白質(zhì)纖維束軸突損傷，這為盡早發(fā)現(xiàn)偏頭痛慢性化傾向提供了重要角度。結(jié)構(gòu)協(xié)變連接最初為研究嬰兒和兒童發(fā)育的重要指標(biāo)，近年來，也開始應(yīng)用在偏頭痛相關(guān)研究中，用于揭示偏頭痛重要腦區(qū)間結(jié)構(gòu)共變中的規(guī)律［22］。此外，功能指標(biāo)中的耦合可為理解偏頭痛的發(fā)病機制提供一個嶄新的視角，如Hu 等［23］采用低頻振幅-動脈自旋標(biāo)記腦血流量（ALFF-CBF）耦合的指標(biāo)，用于評價偏頭痛患者微血管的血流與周圍腦組織代謝（神經(jīng)突觸及膠質(zhì)細(xì)胞）需求間耦合失衡的狀態(tài)，并可為偏頭痛慢性化提供一個較敏感的生物學(xué)標(biāo)記。而以上幾方面，當(dāng)前偏頭痛的針刺相關(guān)腦功能研究仍未涉及，在今后的研究中，可將功能連接與結(jié)構(gòu)協(xié)變連接相結(jié)合，探索異常功能及結(jié)構(gòu)的共性及異性，依據(jù)不同的假說或研究目的，進行不同功能、代謝及結(jié)構(gòu)指標(biāo)間的耦合，這對更深入地理解偏頭痛的發(fā)病機制、早期識別及針刺效應(yīng)中樞機制的探索，均有重要意義。

典型偏頭痛可分為間歇期、先兆期及發(fā)作期，而當(dāng)前的研究大多僅關(guān)注間歇期。值得注意的是，Stankewitz 等［24］在頭痛日臨近前，評估了偏頭痛患者鼻黏膜三叉神經(jīng)痛覺刺激引起的腦區(qū)失激活情況，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，偏頭痛患者三叉神經(jīng)脊髓核激活降低，且這種失激活有周期性的變化過程：在發(fā)作期間失激活顯著減少，在下一次發(fā)作之前逐漸恢復(fù)，這種周期性的行為可能反映了大腦對下一次發(fā)作的敏感性增加，對于理解偏頭痛發(fā)作的起始至關(guān)重要。Marciszewski 等［25］的研究也發(fā)現(xiàn)：偏頭痛患者腦干對疼痛的敏感性在發(fā)作間期增加，但在發(fā)作前急劇下降；內(nèi)源性疼痛調(diào)節(jié)回路靜息態(tài)功能連接在偏頭痛中發(fā)生增強或減弱的周期性變化，可能是偏頭痛腦干敏感性周期性變化的基礎(chǔ)。由此可見，偏頭痛不同時期的腦功能是一個連續(xù)的變化過程，因此，探索針刺療效的中樞機制，亦應(yīng)在其整個周期進行評價，不應(yīng)僅隔斷于某個時期的機制研究。

2.3 重視采用大尺度網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的整體網(wǎng)絡(luò)fMRI研究，并注意網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)變化 當(dāng)前許多fMRI 研究雖已證實，偏頭痛患者存在廣泛的結(jié)構(gòu)及功能的異常，針刺可逆轉(zhuǎn)該異常，使其趨向正?；?，但大多采用局部性的指標(biāo)，或關(guān)注于某一網(wǎng)絡(luò)針刺前后的變化。實際上，大腦是一個廣泛聯(lián)系、互相調(diào)節(jié)而又統(tǒng)一的整體，因此單純揭示局部腦區(qū)的活動變化、幾個腦區(qū)或體素與周圍相鄰體素間一致性、腦區(qū)間時間序列的同步性等研究明顯存在片面性。針刺治療相對來說是一種較柔和的治療方法，對其引起大腦功能變化實際上仍相對較輕微；當(dāng)前主流多采用非常嚴(yán)格的多重比較校正方法，因而造成許多研究常無陽性結(jié)果；而大尺度網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)反映的是大腦的拓?fù)渥兓追从吵鲞@一較細(xì)微的變化，可更敏感、更真實地揭示針刺的中樞機制。

在靜息態(tài)研究中，常假設(shè)腦功能的變化在功能相掃描期間是固定不變的，從而評估這段時間內(nèi)時間序列的平均變化，而實際上，大腦是人體最精密的組織，時刻保持著動態(tài)的平衡。因此，動態(tài)網(wǎng)絡(luò)相較于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，更能反映相關(guān)重要環(huán)路及大腦網(wǎng)絡(luò)屬性隨時間的動態(tài)變化，以及各模態(tài)的切換情況，更接近于真實的變化規(guī)律［26］。

2.4 重視機器學(xué)習(xí)在針刺治療偏頭痛中的相關(guān)應(yīng)用研究 在偏頭痛、針刺治療偏頭痛中樞機制研究，乃至整個腦功能研究中均存在著一個問題：大量的fMRI研究已揭示了大腦結(jié)構(gòu)及功能的異常，但其對臨床疾病診斷與治療的指導(dǎo)作用卻非常小，其中非常重要原因是當(dāng)前常規(guī)的fMRI 研究采用的是組水平的統(tǒng)計，其研究結(jié)果僅能揭示組水平的異常，而臨床醫(yī)師更關(guān)注的是個體水平的異常。機器學(xué)習(xí)，尤其是近年來引入的多變量模型分析，具有良好的個體診斷及預(yù)測能力，基于多變量的方法可非常敏感地呈現(xiàn)出大腦呈空間分布的、常規(guī)組分析無法檢測到的細(xì)微差異［27］，且可得到各體素對分類及預(yù)測的權(quán)重［28］。當(dāng)前已有少量相關(guān)研究，如Yu 等［29］采用獨立成分分析的方法，提取默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、突顯網(wǎng)絡(luò)與感覺運動網(wǎng)絡(luò)共10 個ROI，同時，從模板中提取雙側(cè)丘腦、PAG 及RVM，一共得到14 個ROI 及腦區(qū)，構(gòu)成一個14×14的功能連接矩陣，并進行Z 轉(zhuǎn)換，先進行2×2 的組間比較，提取組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的邊，并在基線狀態(tài)，采用多變量模型分析的方法，分別在真針刺組及假針刺組內(nèi)，以這些有意義的邊來預(yù)測原發(fā)性痛經(jīng)治療后VAS 評分的改善及改善率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，真針刺組具有較好的預(yù)測能力。Cao 等［30］將基線灰質(zhì)體積和ReHo 進行特征融合，采用新生成的指標(biāo)分別預(yù)測真實針刺、視頻引導(dǎo)下的針刺意象治療的止痛效果，結(jié)果顯示，2 種治療均有效，且均有較好的預(yù)測效果，前者反映針刺反應(yīng)變異性的腦區(qū)主要在基底神經(jīng)節(jié)，而后者主要位于前島葉。以上研究提示我們應(yīng)重視該技術(shù)的應(yīng)用，以期在治療前能較好地預(yù)測個體對治療的反應(yīng)，并根據(jù)療效進行個體分類，為各種針刺治療篩選較敏感的、具有潛在良好療效的患者，最終達到個體化治療、療效優(yōu)化的目的。此外，今后的研究還需注意加強探索腦功能指標(biāo)在特征層面或決策層面的多模態(tài)融合優(yōu)勢，提高預(yù)測性能，分析各個主要預(yù)測權(quán)重指標(biāo)的共性及異性，為更深入地揭示針刺治療偏頭痛的中樞機制提供理論依據(jù)。

3 針刺治療偏頭痛機制fMRI 研究的展望及建議

針對當(dāng)前存在問題，針刺治療偏頭痛機制fMRI研究的未來應(yīng)注重以下幾方面。

3.1 建設(shè)針刺治療偏頭痛機制fMRI 研究的共享平臺，建立大樣本偏頭痛腦功能數(shù)據(jù)庫 當(dāng)前針刺治療偏頭痛fMRI 的研究中，樣本量小是一個非常突出的問題，這使得當(dāng)前許多研究結(jié)論的真實性、可靠性及外推性非常有限，同時也是導(dǎo)致研究結(jié)果不一致及可重復(fù)性較差的一個重要原因。相關(guān)機器學(xué)習(xí)研究中，同樣存在樣本小與特征維度高的問題，導(dǎo)致模型過擬合，因此，建立一個標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、高質(zhì)量的研究共享平臺，提供大樣本的數(shù)據(jù)庫，是亟待解決的重要問題。

3.2 優(yōu)化偏頭痛針刺治療的參數(shù)，設(shè)立假針刺對照、組穴及遠(yuǎn)近配穴取穴的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，注重研究的可重復(fù)性 在針刺治療中，針刺類型、手法、深度、刺激量、受試者的針感，以及電針的不同頻率、組穴方法，均與針刺療效息息相關(guān)；另外，許多針刺治療偏頭痛的fMRI 研究未設(shè)立假針刺對照組，因此，優(yōu)化相關(guān)的參數(shù)，統(tǒng)一設(shè)立假針刺對照及各種組穴對照的標(biāo)準(zhǔn)，提高研究的可重復(fù)性及可對比性，是必須完成的重要課題。

3.3 探索針刺腦功能研究與動物實驗造模、基因沉默、分子影像學(xué)等學(xué)科的交叉融合 當(dāng)前的針刺fMRI研究多以臨床量表為最終評價標(biāo)準(zhǔn)，但疾病量表的評價（特別是自評量表）帶有明顯的主觀性，因此，腦功能的變化是否能真實表征偏頭痛病情的變化及針刺療效，其揭示的異常環(huán)路及網(wǎng)絡(luò)等是否正確，需進行多方面的驗證。將腦功能發(fā)現(xiàn)的環(huán)路或網(wǎng)絡(luò)，以動物建模、基因沉默甚至分子影像等多層面進行相互驗證，是去偽存真的最好方法，并最終實現(xiàn)腦科學(xué)基礎(chǔ)研究向臨床的轉(zhuǎn)化。

總之，當(dāng)前針刺治療偏頭痛中樞機制的fMRI 研究仍存在較多不足，同時也具有巨大的發(fā)展空間，我們應(yīng)不斷推進研究的深度及廣度，以臨床問題為導(dǎo)向，注重大尺度網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)及其動態(tài)性，重視格蘭杰因果分析、動態(tài)因果分析及機器學(xué)習(xí)等新方法的應(yīng)用，揭示其中樞機制，為實現(xiàn)個體化治療提供重要理論依據(jù)。