歐丙俊 謝慧 游雁燕

腦的磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是通過(guò)一定的刺激使大腦皮層各功能區(qū)在磁共振設(shè)備上成像的方法,它結(jié)合了功能、影像和解剖三方面的要素,是一種在活體人腦定位各功能區(qū)的有效方法。fMRI是利用大腦功能區(qū)活動(dòng)時(shí),腦組織的活躍可引起局部順磁性的脫氧血紅蛋白生成減少,使局部腦組織T2或T2*弛像時(shí)間延長(zhǎng),從而獲得激活腦區(qū)的功能成像圖。其突出特點(diǎn)是應(yīng)用了平面回波(EPI)技術(shù)。近年來(lái),該技術(shù)已經(jīng)成功地運(yùn)用到了針刺研究的領(lǐng)域,在穴位特異性等方面展開(kāi)了研究,把針刺特點(diǎn)的觀察、研究和腦功能活動(dòng)進(jìn)行了有機(jī)的聯(lián)系。

1 fMRI的成像原理及成像技術(shù)

1.1 fMRI的成像原理

腦功能磁共振成像的基礎(chǔ)是因?yàn)檠簞?dòng)力學(xué)反應(yīng)與腦神經(jīng)活動(dòng)間存在著密切的聯(lián)系。腦組織被激活時(shí),同時(shí)伴隨著一系列的局部腦血流、腦血容量、氧攝取和局部腦葡萄糖利用的動(dòng)力學(xué)改變。如腦組織的活躍可引起局部腦血流量增加,局部葡萄糖利用仍與其匹配,但氧攝取量只有輕微的增加,故使血管內(nèi)的氧合血紅蛋白量增加,而脫氧血紅蛋白減少。脫氧血紅蛋白是順磁性物質(zhì),產(chǎn)生局部梯度磁場(chǎng),使質(zhì)子快速去相位,因此具有縮短T2的作用,而在腦區(qū)激活時(shí),脫氧血紅蛋白量減少,其縮短T2的作用亦減小,同靜息態(tài)相比,局部腦區(qū)的T2或T2*相對(duì)延長(zhǎng),在T2WI或T2*WI上腦激活區(qū)信號(hào)相對(duì)升高,通過(guò)磁共振成像系統(tǒng)采集到的圖像上可見(jiàn)到激活腦區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度增加,從而獲得激活腦區(qū)的功能成像圖。fMRI實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要采用“基線 baseline)-任務(wù)刺激”的OFF-ON減法模式,其相應(yīng)信號(hào)來(lái)自于激活條件的信號(hào)減去控制條件的信號(hào)。成像時(shí),將激活區(qū)高信號(hào)以不同顏色疊加于T1WI解剖圖像上,即可獲得相應(yīng)腦區(qū)的功能成像,這種方法又稱血氧水平依賴對(duì)比腦功能成像(BOLD-fMRI)。BOLD效應(yīng)與MR場(chǎng)強(qiáng)有關(guān),場(chǎng)強(qiáng)越大,該效應(yīng)越強(qiáng)。

1.2 fMRI的成像技術(shù)

fMRI大多采用梯度回波T2*加權(quán)像脈沖序列,單激發(fā)回波平面成像(EPI)。由于EPI在頻率編碼方向上采用了一系列反向梯度,可在一個(gè)TR間期內(nèi)獲得多 個(gè)回波信號(hào),即通過(guò)一次激發(fā)產(chǎn)生的信號(hào)包含有足夠重建一幅完整MR圖像所需的全部信息。因此,它是目前最快速的MR成像方法。fMRI技術(shù)對(duì)MR設(shè)備的要求大多是場(chǎng)強(qiáng)在1.5～2.0T以上。

2 腦功能成像技術(shù)在針刺特異性研究中的應(yīng)用

針刺對(duì)人體的調(diào)節(jié)作用與針刺刺激對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響和調(diào)整作用密切相關(guān)[1],針刺對(duì)外周神經(jīng)系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)(包括腦干、下丘腦、基底節(jié)、大腦皮層等)可產(chǎn)生多種不同的影響。腦功能成像技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)針刺引起哪些腦功能區(qū)發(fā)生變化,并且可以在一定程度上量化這些反應(yīng)區(qū)域的功能改變,為研究針灸穴位特異性提供了極好的手段。通過(guò)功能性腦成像技術(shù)發(fā)現(xiàn),給予穴位不同的刺激方式和刺激參數(shù)引起的腦功能變化是有差異的[2]。

針刺治療腦血管疾病、癡呆和抑郁癥等的fMRI、研究顯示,針刺效果與腦內(nèi)部分區(qū)域的功能變化有關(guān)[3-7]。李霽等[3]、賈少微等[4]的研究都表明,穴位針刺可以使正常人的多個(gè)腦區(qū)出現(xiàn)功能增高變化。針刺治療抑郁癥、老年性癡呆的腦成像研究[6-7]表明,與腦血管病的針刺效應(yīng)類似,針刺能夠增強(qiáng)某些腦區(qū)的功能活動(dòng)或局部血流量。這種疾病患者比正常人腦區(qū)反應(yīng)敏感、病變腦區(qū)比正常腦區(qū)反應(yīng)敏感的現(xiàn)象,說(shuō)明針刺治療具有選擇性調(diào)節(jié)作用,其效應(yīng)與人體的狀態(tài)和腦功能區(qū)的狀態(tài)有關(guān)。

2.1 經(jīng)絡(luò)腦功能成像研究

經(jīng)絡(luò)學(xué)說(shuō)是中醫(yī)學(xué)的核心基礎(chǔ)理論之一。 中醫(yī)認(rèn)為經(jīng)絡(luò)是運(yùn)行氣血、聯(lián)系臟腑、體表及全身各部的通道,是人體功能的調(diào)控系統(tǒng)。 有文獻(xiàn)[8]總結(jié)了沿著 9 條經(jīng)絡(luò)的 18 個(gè)穴位的腦功能成像研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)分布在相同經(jīng)絡(luò)的多個(gè)穴位,其誘導(dǎo)的腦激活和負(fù)激活模式存在相似性,如胃經(jīng)上分布的穴位,呈現(xiàn)了緣上回的激活,以及扣帶回后部、海馬和旁海馬區(qū)的負(fù)激活,這種現(xiàn)象是否為不同經(jīng)絡(luò)入腦后的解剖定位還有待更多研究證實(shí)。 另外,也有學(xué)者應(yīng)用腦功能成像技術(shù)研究經(jīng)絡(luò)理論?！懊婵诤瞎仁铡笔侵复碳ず瞎妊▽?duì)頭面五官部病癥有明顯的療效,是針灸經(jīng)絡(luò)理論之一。 有研究[9-10]發(fā)現(xiàn),針刺合谷穴能同時(shí)激活中央后回初級(jí)感覺(jué)皮層的手部投射區(qū)和面口部投射區(qū),同時(shí)激活了面口部的運(yùn)動(dòng)皮層,直接反映了合谷穴和面口部的密切聯(lián)系,為“面口合谷收”理論提供了客觀證據(jù)。或許今后一段時(shí)間內(nèi)揭示經(jīng)絡(luò)原理的功能成像將是重要的研究方向。

2.2 穴位腦效應(yīng)的腦功能成像研究

穴位也稱腧穴,是人體經(jīng)絡(luò)線上特殊的點(diǎn)或局部區(qū)域,其主要生理功能是輸注臟腑經(jīng)絡(luò)氣血,溝通體表與體內(nèi)臟腑的聯(lián)系。穴位效應(yīng)的腦功能成像研究,對(duì)照組設(shè)置方法十分重要,主要有2類:①假穴真刺激,國(guó)內(nèi)學(xué)者多采用這種方法;②真穴假刺激,即采用不刺入皮膚的穴位表皮觸覺(jué)刺激法,如粘貼于皮膚表面的針或纖毛機(jī)械刺激針等。 這類研究多集中于足三里穴、合谷穴、太沖穴。結(jié)果顯示,穴位刺激多可誘發(fā)第一二體感區(qū)、丘腦、島葉等部位的正激活邊緣葉系統(tǒng)為主腦區(qū)多為負(fù)激活,腦干、小腦蚓部可出現(xiàn)負(fù)激活或正激活現(xiàn)象,而對(duì)照組(假穴真刺激或真穴假刺激)則更多地正激活運(yùn)動(dòng)區(qū)和島蓋、島葉區(qū)。 不少研[11-21]發(fā)現(xiàn)刺激真穴比對(duì)照組出現(xiàn)較多的正激活區(qū)和較強(qiáng)而廣的負(fù)激活區(qū);刺激真穴誘發(fā)的腦功能網(wǎng)絡(luò)連接變化比刺激對(duì)照組更強(qiáng)、更廣;不同穴位之間出現(xiàn)相似的邊緣葉-旁邊緣葉-新皮層腦網(wǎng)絡(luò)的明顯負(fù)激活變化,但范圍強(qiáng)度有差異,還有其他腦區(qū)的不同,證明了刺激穴位腦效應(yīng)存在相對(duì)特異性。

3 不同針刺方案對(duì)腦功能成像的不同影響

3.1 fMRI在針刺單個(gè)穴位研究中的應(yīng)用

足三里穴,是“足陽(yáng)明胃經(jīng)”的主要穴位之一,也是臨床最常運(yùn)用的穴位之一,其具有明顯的整體調(diào)節(jié)作用,故對(duì)其的研究也較為深入。如吳志遠(yuǎn)等[22]針刺足三里發(fā)現(xiàn)右側(cè)的頂下小葉、中央前回、扣帶回、半球間結(jié)構(gòu)(A 處)及左側(cè)的額葉皮層下結(jié)構(gòu)和島葉區(qū)出現(xiàn)腦功能活動(dòng)的增加,而半球間結(jié)構(gòu)(B 處)、右側(cè)側(cè)腦室區(qū)、左側(cè)前扣帶回處出現(xiàn)腦功能活動(dòng)的降低。FANG等[23]也報(bào)道針刺足三里能激活中央后回及右側(cè)額下回,抑制雙海馬旁回、海馬、扣帶回、楔前葉及小腦。 綜上所述,針刺足三里可以相對(duì)集中地激活額葉、顳葉、視丘、室旁核,這可能是足三里具有整體調(diào)節(jié)作用的原因之一。與此同時(shí),其他單個(gè)穴位特異性的 f MRI 研究也有不少報(bào)道,如付平等[24]觀察了健康老年人和阿爾茨海默病(AD)患者,在針刺同一穴位內(nèi)關(guān)時(shí)fMRI腦功能成像的變化,探討了內(nèi)關(guān)穴的作用機(jī)制。結(jié)果表明,正常組兩側(cè)額葉及顳葉均被不同程度激活,AD組表現(xiàn)在額葉、顳葉和扣帶回、小腦等部位不同程度的激活,其他腦區(qū)無(wú)明顯激活。

以上研究表明經(jīng)穴與腦功能區(qū)之間存在特異性的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這些特異性關(guān)系的發(fā)現(xiàn)是對(duì)經(jīng)穴臟腑相關(guān)理論的有力佐證。

3.2 fMRI在穴位配伍效應(yīng)研究中的應(yīng)用

穴位配伍是指在選穴原則的指導(dǎo)下,針對(duì)疾病的病位、病因病機(jī)等,選取主治作用相同或相近,或?qū)τ谥委熂膊【哂袇f(xié)同作用的腧穴進(jìn)行配伍應(yīng)用的方法。 其作用有二,一是可以發(fā)揮協(xié)同作用,二是可以發(fā)揮疏通和溝通作用。

fMRI 在穴位的配伍作用機(jī)制研究方面的報(bào)道也很多,王葳等[25]發(fā)現(xiàn)針刺“四關(guān)穴”后激活了雙側(cè)小腦半球、小腦蚓部、左側(cè)額中回、雙側(cè)額下回、雙側(cè)中央旁小葉、雙側(cè)丘腦、后扣帶回和前扣帶回,且針刺“四關(guān)穴”所激活的腦區(qū)并非單獨(dú)針刺太沖穴和合谷穴所激活腦區(qū)的簡(jiǎn)單疊加。鄒明珠等[26]發(fā)現(xiàn)針刺中渚和陽(yáng)陵泉穴后均可引起雙側(cè)聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)相關(guān)大腦皮質(zhì)和雙側(cè)軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)大腦皮質(zhì)及小腦興奮,這可能是臨床治療相關(guān)病癥的中樞作用基礎(chǔ)。

以上研究表明針刺特定功能組穴的針刺效應(yīng)并不是激活單一腦區(qū),而是多個(gè)腦區(qū),是通過(guò)功能相互聯(lián)系的多個(gè)腦區(qū)相互作用、重新組合分配實(shí)現(xiàn)的,而并非組穴中各個(gè)單穴所對(duì)應(yīng)的腦功能區(qū)效應(yīng)變化的簡(jiǎn)單疊加。

3.3 fMRI 在穴位不同刺激方式作用研究中的應(yīng)用

鄒燕齊等[27]對(duì)外關(guān)配伍支溝分別進(jìn)行皮部淺刺激及常規(guī)深度針刺刺激,發(fā)現(xiàn)這兩種不同層次刺激對(duì)不同腦區(qū)的激活無(wú)顯著性差異,但二者有著作用傾向的不同,根據(jù)各腦區(qū)所主功能的不同推測(cè)出治療與運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)音、記憶和情緒有關(guān)的疾病應(yīng)多考慮淺刺,而治療與視覺(jué)、平衡、椎體外系相關(guān)運(yùn)動(dòng)疾病則應(yīng)考慮深刺。Kong等[28]運(yùn)用fMRI研究手針和電針對(duì)正常人腦的激活效應(yīng),針刺合谷穴電針組主要引起中央前回、中央后回、頂葉/殼核和島葉fMRI信號(hào)的增強(qiáng),與之形成對(duì)照的是手針組刺激引起扣帶回后部、顳上回和殼核、島葉的fMRI信號(hào)的顯著減弱,提示電針和手針刺激有不同的腦網(wǎng)絡(luò)參與,在手針和電針中有不同的腦機(jī)制被啟動(dòng)。

4 總結(jié)

隨著腦功能成像技術(shù)的飛速發(fā)展,很多問(wèn)題仍然沒(méi)有解決,不同實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果不完全相同,甚至出現(xiàn)相悖的結(jié)果,這可能與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有關(guān)。為了使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更嚴(yán)謹(jǐn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說(shuō)服力,研究者今后就需要進(jìn)一步探討如何消除各種干擾因素,如觀察對(duì)象的選擇、實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)定、介入方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)等因素,設(shè)計(jì)出更加完善的實(shí)驗(yàn)。