代軼楠 鄭 蘇 廖 旭 李明芬 彭 力

(1 湖北中醫(yī)藥大學(xué)針灸骨傷學(xué)院,武漢,430061; 2 十堰市太和醫(yī)院醫(yī)務(wù)處,十堰,442000; 3 十堰市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院康復(fù)針灸中心,十堰,442000; 4 十堰市太和醫(yī)院神經(jīng)康復(fù)中心,十堰,442000; 5 湖北中醫(yī)藥大學(xué)附屬十堰市中醫(yī)醫(yī)院,十堰,422012)

腦卒中(中風(fēng))屬于急性腦血管病,為腦血循環(huán)障礙病因?qū)е碌耐话l(fā)局限性或彌散性神經(jīng)功能缺損的腦部疾病的總稱[1]。世界衛(wèi)生組織將其列為世界上第一大致殘?jiān)?在腦卒中后遺癥中,存在運(yùn)動(dòng)功能障礙患者約占70%[2]。腦卒中后的運(yùn)動(dòng)功能障礙嚴(yán)重影響患者生命質(zhì)量,使患者不能獨(dú)立生活,對(duì)患者、家屬及社會(huì)造成極大的痛苦及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。有Meta分析發(fā)現(xiàn)針灸在幫助患者盡早打破異常運(yùn)動(dòng)模式、提高肢體運(yùn)動(dòng)功能和生命質(zhì)量方面安全有效[3]。腦卒中后,運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)及其下行通路局灶性損傷,大腦的幸存部分通常會(huì)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的結(jié)構(gòu)和功能重組,神經(jīng)可塑性為腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)提供了基礎(chǔ),針灸在促進(jìn)神經(jīng)可塑性方面發(fā)揮了作用[4]。磁共振成像作為一種無(wú)創(chuàng)、高分辨率的技術(shù),具有提供重復(fù)的全腦測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)多模態(tài)成像技術(shù)的介入將該領(lǐng)域引入可視化方向,磁共振成像技術(shù)的進(jìn)步使得在活體內(nèi)對(duì)大腦結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行系統(tǒng)水平的監(jiān)測(cè)成為可能,功能可塑性可以通過(guò)大腦區(qū)域之間功能相互作用強(qiáng)度的變化來(lái)檢測(cè)。靜息態(tài)功能磁共振成像(Resting-state Functional Magnetic Resonance Imaging,rs-fMRI)根據(jù)顱內(nèi)血氧水平依賴性(Blood Oxygenation Level Dependent,BOLD)信號(hào)的低頻波動(dòng)評(píng)估內(nèi)源性或自發(fā)性大腦活動(dòng),從而發(fā)現(xiàn)某些潛在連接體系的變化,繼而產(chǎn)生對(duì)比的一種磁共振技術(shù)[5]。氧合血紅蛋白含量在大腦區(qū)域激活后隨之增加,最終導(dǎo)致BOLD信號(hào)增強(qiáng),通過(guò)這種方式,BOLD-fMRI可以反映大腦內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)變化,可以直觀地描針灸治療所導(dǎo)致的大腦皮質(zhì)的功能變化,使其成為網(wǎng)絡(luò)水平大腦可塑性縱向研究的理想選擇。BOLD-fMRI數(shù)據(jù)處理方法從功能分化和功能整合2個(gè)角度研究大腦活動(dòng),前者強(qiáng)調(diào)單個(gè)靜息態(tài)功能磁共振信號(hào)的特點(diǎn),如通過(guò)局域一致性、低頻振幅等方法;后者則研究多個(gè)靜息態(tài)功能磁共振時(shí)間序列信號(hào)之間的相互作用,主要包括種子點(diǎn)相關(guān)分析、獨(dú)立成分分析等方法[6]。局域一致性、低頻振幅方法著眼于大腦局部腦區(qū)功能異常。種子點(diǎn)相關(guān)分析、獨(dú)立成分分析方法則注重大腦皮質(zhì)在各感興趣區(qū)、各網(wǎng)絡(luò)之間功能連接的改變,這些都強(qiáng)調(diào)各腦區(qū)功能的定位,著重于描述大腦的局部網(wǎng)絡(luò);基于圖論的方法主要研究從單個(gè)神經(jīng)元到大腦腦區(qū)等不同的空間尺度上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改變,著重于描述全腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。體素鏡像同倫連通性從大腦整體雙側(cè)性角度探討同倫區(qū)域功能連接。本文就目前基于rs-fMRI技術(shù)研究針刺治療腦卒中腦變化的研究方法予以論述。

1 功能分化

1.1 局域一致性在針灸治療腦卒中腦變化中的應(yīng)用 局域一致性(Regional Homogeneity,ReHo)由ZANG等[7]首先提出,是一種揭示大腦局部功能活動(dòng)的方法。該方法使用肯德爾相關(guān)系數(shù),以體素方式度量給定體素的時(shí)間序列與其最近鄰的時(shí)間序列的相似度,反映局部腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)的同步性。ReHo值改變反映局部腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)情況。ReHo值下降提示大腦局部神經(jīng)元活動(dòng)同步性降低,提示該腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)異常,升高則表明神經(jīng)元活動(dòng)在時(shí)間上趨于同步。付彩紅等[8]觀察對(duì)腦卒中偏癱患者予以針刺干預(yù)后大腦皮質(zhì)ReHo值變化情況,發(fā)現(xiàn)腦卒中偏癱患者ReHo值在多個(gè)運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)下降,而針刺后上述腦區(qū)的ReHo值呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì),提示針刺可以促進(jìn)大腦神經(jīng)功能重塑。CHEN等[9]運(yùn)用對(duì)側(cè)針刺方法,針刺左側(cè)偏癱患者健側(cè)肢體曲池、足三里,發(fā)現(xiàn)右側(cè)中央前回和額上回ReHo信號(hào)升高,右頂上小葉降低,左側(cè)梭形回和左側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)降低,認(rèn)為針刺一側(cè)可刺激雙側(cè)區(qū)域,但是激活區(qū)域不對(duì)稱,對(duì)側(cè)針刺可以激活與腦卒中后運(yùn)動(dòng)恢復(fù)有關(guān)的腦回。

ReHo處理方法有3點(diǎn)不足:1)對(duì)環(huán)境要求較高,易受時(shí)間噪聲和空間噪聲影響;2)由于反映的是局部腦區(qū)神經(jīng)活動(dòng),因此不能科學(xué)、全面反映大腦的神經(jīng)活動(dòng)及疾病的病理特征;3)難以反映神經(jīng)元活動(dòng)的強(qiáng)弱,只能反映神經(jīng)元活動(dòng)的同步性。但是其對(duì)樣本分布沒有具體要求,并且對(duì)大腦局部區(qū)域的功能同步性具有較高的敏感性,可以精確定位神經(jīng)元活動(dòng)異常腦區(qū)。

1.2 低頻振幅在針灸治療腦卒中腦變化中的應(yīng)用 低頻振蕩振幅(Amplitude of Low Frequency Fluctuation,ALFF)也是揭示大腦局部功能活動(dòng)的方法,將全腦體素信號(hào)強(qiáng)度的時(shí)間序列經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換,計(jì)算0.01～0.08 Hz下BOLD信號(hào)的功率譜的均方根,其主要側(cè)重于探索單個(gè)體素水平的神經(jīng)活動(dòng)性[10]。靜息態(tài)下低頻振蕩信號(hào)可以被分成5個(gè)頻段,分別是:slow-6(0～0.01 Hz)、slow-5(0.01～0.027 Hz)、slow-4(0.027～0.073 Hz)、slow-3(0.073～0.198 Hz)、slow-2(0.198～0.25 Hz)。研究認(rèn)為slow-5和slow-4頻段內(nèi)低頻振蕩信號(hào)與神經(jīng)元活動(dòng)相關(guān)性最大,因此目前主要從這2個(gè)頻段進(jìn)行ALFF的研究[11]。ZOU等[12]在2008年提出低頻振幅分?jǐn)?shù)(FractionalAmplitude of Low Frequency Fluctuation,fALFF),是ALFF的一種改良方法,計(jì)算方法是低頻功率譜與整個(gè)頻率譜的比率。fALFF對(duì)環(huán)境要求不高,優(yōu)點(diǎn)在于可以降低生理性噪聲,提高fALFF方法的準(zhǔn)確性。

歐芳元等[13]研究發(fā)現(xiàn)治療前腦卒中患者與健康人相比,左側(cè)中央前回和左側(cè)中央旁小葉、左側(cè)丘腦等運(yùn)動(dòng)相關(guān)的腦區(qū)fALFF值下降,可能是腦梗死運(yùn)動(dòng)功能損壞的神經(jīng)基礎(chǔ);左側(cè)直回,右側(cè)背外側(cè)額上回,雙側(cè)眶額回,雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回,雙側(cè)楔葉fALFF比健康人顯著升高,可能是對(duì)運(yùn)動(dòng)功能區(qū)腦細(xì)胞活動(dòng)減弱的一種代償。趙澄等[14]研究也證實(shí)腦卒中致運(yùn)動(dòng)功能受損后,健側(cè)部分腦區(qū)激活是功能代償性機(jī)制。針刺治療后卒中組與健康人相比,fALFF存在差異的腦區(qū)數(shù)量減少,提示針刺治療后患者大腦腦區(qū)活動(dòng)出現(xiàn)了改變。LIU等[15]采用頭針治療腦卒中后偏癱患者,觀察其ALFF變化,發(fā)現(xiàn)主要在左側(cè)BA39區(qū)及鄰近的顳上回和顳中回低頻振幅值升高,認(rèn)為頭針可以促進(jìn)腦卒中患者康復(fù),其機(jī)制可能與感覺統(tǒng)合、語(yǔ)言加工、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)等局部功能活動(dòng)的特殊變化有關(guān)。左側(cè)顳中回及其延伸至BA37,左側(cè)BA40、角回及其延伸至Ba7腦區(qū)的ReHo值均升高。

ALFF和fALFF的局限性在于不能分析全頻域信號(hào),只能選擇特定頻率0.01～0.08 Hz進(jìn)行分析,以此評(píng)估特定腦區(qū)神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)的程度。ALFF反映局部腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)的強(qiáng)度,局域一致性反映局部腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)的同步性,將二種研究方法相結(jié)合能更全面地反映局部腦功能的活動(dòng)情況。在檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)異常腦區(qū)時(shí),若一個(gè)腦區(qū)的ALFF和ReHo值同時(shí)改變,說(shuō)明大腦功能活動(dòng)在此處有較重的損害。LIANG等[16]研究發(fā)現(xiàn)在亞急性腦卒中患者中,較低的ALFF和ReHo值主要集中在與運(yùn)動(dòng)功能和認(rèn)知功能相關(guān)的腦區(qū),反映了亞急性腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能障礙可能是由大腦的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)異常引起的。

2 功能整合

功能整合研究不同腦區(qū)BOLD信號(hào)之間相互關(guān)系,包括功能連接和有向連接2種形式,而腦網(wǎng)絡(luò)連接能夠有效地揭示腦功能的組織和整合。功能連接通過(guò)關(guān)聯(lián)大腦不同腦區(qū)活動(dòng)來(lái)檢測(cè)區(qū)域之間的神經(jīng)交互,從而量化不同大腦區(qū)域的功能整合。有效連接指的是功能上相連的腦區(qū)之間的信息傳遞,反映一個(gè)腦區(qū)受其他腦區(qū)的影響而改變的程度。

2.1 種子點(diǎn)相關(guān)分析法在針灸治療腦卒中腦變化中的應(yīng)用 種子點(diǎn)相關(guān)分析法[17](Seed-based Correlation Analysis,SCA)是第1個(gè)在臨床環(huán)境中廣泛使用的功能連接(Functional Connection,FC)測(cè)量方法。SCA使用1個(gè)預(yù)定義的“種子”區(qū)域,提取該區(qū)域的時(shí)間序列,然后計(jì)算其與整個(gè)大腦皮質(zhì)內(nèi)各個(gè)體素的功能連接強(qiáng)度,進(jìn)而可以獲得種子區(qū)功能連接網(wǎng)絡(luò)圖。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖中的每一個(gè)腦區(qū)均與種子點(diǎn)具有明顯相關(guān)性,由此得到一個(gè)靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)。這為臨床科研人員提供了1個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x取感興趣區(qū),然后通過(guò)計(jì)算該區(qū)域與剩余的全腦體素之間的功能連接強(qiáng)度,得到1個(gè)可靠的靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò),最后探究干預(yù)措施可能的中樞神經(jīng)系統(tǒng)治療機(jī)制。

LIU等[18]以左側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)為種子點(diǎn),發(fā)現(xiàn)頭針治療大腦中動(dòng)脈急性梗死患者后,左小腦中葉、左小腦后葉、小腦蚓體、梭形回、舌回、枕下回、楔前葉、BA7、BA18和BA19等腦區(qū)功能連接增加。以左側(cè)海馬旁回為種子點(diǎn),頭針治療后,左側(cè)楔前、頂下回、中央旁小葉、BA5、BA6、BA7和BA40、右側(cè)正中扣帶回、楔前回、BA19、BA23和BA31等腦區(qū)功能連接增加。提示頭針可以調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)半球大腦中動(dòng)脈急性梗死患者的腦功能聯(lián)系,特異性地加強(qiáng)視覺、認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)控制和計(jì)劃相關(guān)腦區(qū)之間的聯(lián)系,這可能是針刺改善運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知恢復(fù)的潛在機(jī)制。易小琦等[19]以雙側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)為種子點(diǎn),發(fā)現(xiàn)腦卒中患者雙側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的全腦功能連接(Functional Connectivity,FC)顯著弱于對(duì)照組,且出現(xiàn)FC減弱的腦區(qū)基本對(duì)稱,這稱為腦的功能同倫性。在腦卒中發(fā)生早期,雙側(cè)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)主要FC減弱,提示腦卒中后腦損傷影響了雙側(cè)半球間運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的交流與合作,這可能是導(dǎo)致腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能障礙的神經(jīng)基礎(chǔ)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)左側(cè)額上回功能連接增強(qiáng),提示病灶周圍腦區(qū)腦卒中后發(fā)生功能重塑,對(duì)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)起到促進(jìn)作用。針刺治療后,卒中組健側(cè)大腦半球FC增強(qiáng),患側(cè)大腦半球FC減弱,提示針刺治療主要通過(guò)增強(qiáng)鏡像區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)促進(jìn)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)。

SCA是評(píng)估腦功能連接常用的方法。它的局限性在于這種方法嚴(yán)重依賴于種子點(diǎn)個(gè)數(shù)、位置等先驗(yàn)信息選擇,并且種子選擇中的微小差異可能導(dǎo)致顯著不同的結(jié)果。然而,由于種子點(diǎn)的確立需要先驗(yàn)知識(shí),常會(huì)優(yōu)先考慮選用本方法,因?yàn)樗鼤?huì)使組間比較更容易。該方法通過(guò)已知功能連接探索未知腦網(wǎng)絡(luò),靈敏度較高,適用于檢驗(yàn)一個(gè)明確的先驗(yàn)假設(shè)。總之,SCA對(duì)種子區(qū)域內(nèi)的連通性變化高度敏感,但結(jié)果的可靠性在很大程度上取決于擁有正確的模型和假設(shè)。

2.2 獨(dú)立成分分析法在針灸治療腦卒中腦變化中的應(yīng)用 獨(dú)立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)法[20]最早在20世紀(jì)80年代提出,但直到1994年,ICA這項(xiàng)技術(shù)才逐漸被人們知道。ICA是一種多元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析方法,原理是從1組測(cè)量的混合信號(hào)中提取有用的源信號(hào)。它將全腦信號(hào)分解成相互獨(dú)立的成分,然后直接將同一時(shí)間序列中具有較高貢獻(xiàn)程度的體素集合構(gòu)成1個(gè)網(wǎng)絡(luò)。它使用多變量的方法將整個(gè)數(shù)據(jù)集分解成時(shí)間上連貫的、空間上獨(dú)立的“分量”和相關(guān)的時(shí)間進(jìn)程[20]。ICA不是識(shí)別與感興趣區(qū)域相關(guān)的激活區(qū)域,不需要特定的先驗(yàn)假設(shè),而是識(shí)別整個(gè)大腦中獨(dú)立的空間激活輪廓。ICA可以識(shí)別多個(gè)靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)(Resting-state Network,RSN),研究網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間的FC[21]。

HAN等[22]研究發(fā)現(xiàn)針刺干預(yù)后,腦卒中患者運(yùn)動(dòng)前皮質(zhì)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)與緣上回之間的功能連接性較健康對(duì)照組增強(qiáng),提示針刺可調(diào)節(jié)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的腦可塑性。ZHANG等[23]也發(fā)現(xiàn)針刺重組了運(yùn)動(dòng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò),包括初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、運(yùn)動(dòng)前皮質(zhì)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、額頂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò),認(rèn)為針刺治療可以調(diào)節(jié)腦卒中后的功能和結(jié)構(gòu)可塑性。以前的研究主要關(guān)注靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的功能連通性變化,包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或網(wǎng)絡(luò)間的功能連接。FU等[24]研究首次關(guān)注靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)的相互作用上。研究采用格蘭杰因果分析法,發(fā)現(xiàn)與健康受試者相比,腦卒中偏癱患者在靜息狀態(tài)下多個(gè)腦網(wǎng)絡(luò)之間顯示出更復(fù)雜的因果關(guān)系。在這些因果流中,感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和額頂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是因果樞紐,感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)輸出大部分信息到其他網(wǎng)絡(luò),而額頂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從其他網(wǎng)絡(luò)輸入大部分信息。提示針刺可能通過(guò)調(diào)制多個(gè)網(wǎng)絡(luò),在左額頂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之間傳遞信息,以默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)作為中繼站來(lái)整合有效的連接網(wǎng)絡(luò)。

ICA有3點(diǎn)優(yōu)勢(shì):1)可以良好地分離去除噪聲干擾;2)是一種不需要先驗(yàn)假設(shè)或者先驗(yàn)知識(shí)的數(shù)據(jù)處理方法;3)從大腦靜息態(tài)功能磁共振信號(hào)中分離出相互獨(dú)立的成分,最終形成擁有相似功能的腦功能網(wǎng)絡(luò)。但是獨(dú)立成分分析處理方法有4點(diǎn)不足:1)無(wú)法分離實(shí)驗(yàn)所需的功能信號(hào);2)不能確定分離出來(lái)的源信號(hào)個(gè)數(shù);3)由于這種分析方法與特定的認(rèn)知功能無(wú)特異的相關(guān)性,缺乏明確的生理學(xué)意義,對(duì)研究結(jié)果的解釋較困難;4)無(wú)法關(guān)注全腦網(wǎng)絡(luò),未能揭示腦區(qū)內(nèi)部的相互關(guān)系。

種子相關(guān)分析法和獨(dú)立成分分析的方法都可以揭示某一大腦網(wǎng)絡(luò),在某種程度上以上2種方法是相同的。

3 基于“圖論”研究在針灸治療腦卒中腦變化中的應(yīng)用

圖論是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析的一種方法,反映全腦腦區(qū)間的連接功能。腦卒中后大腦皮質(zhì)的重組有助于運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。然而,大部分研究更多地關(guān)注運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的重組,而忽略了運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)過(guò)程中全腦網(wǎng)絡(luò)的變化。2005年,SPORNS等[25]提出”人腦連接組”概念,認(rèn)為可以從3個(gè)尺度進(jìn)行腦網(wǎng)絡(luò)的研究:以單個(gè)神經(jīng)元和突觸水平為研究對(duì)象的微尺度,以神經(jīng)集群為研究對(duì)象的中尺度以及以人腦腦區(qū)為研究對(duì)象的大尺度。由于目前技術(shù)水平有限,而且神經(jīng)元和神經(jīng)集群數(shù)量大,關(guān)系復(fù)雜,因此從微尺度、中尺度層面構(gòu)建腦網(wǎng)絡(luò)難度較大,難操作。相比而言,人腦腦區(qū)數(shù)量較少,因此以腦區(qū)為研究對(duì)象構(gòu)建腦網(wǎng)絡(luò)研究大腦重塑機(jī)制可行。2005年SALVADOR等[26]借助rs-fMRI技術(shù)構(gòu)建大尺度的全腦功能網(wǎng)絡(luò),這是人類第一次嘗試并應(yīng)用圖論分析計(jì)算該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì)。圖論將大腦建模為由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)通過(guò)邊連接構(gòu)成的腦網(wǎng)絡(luò)[27]。在該網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)代表大腦區(qū)域,而邊代表節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系,如功能連接性。經(jīng)過(guò)腦網(wǎng)絡(luò)建模后,各種圖論屬性指標(biāo)可以揭示腦網(wǎng)絡(luò)的組織機(jī)制。圖論研究方法的優(yōu)勢(shì)在于不僅將大腦所有元素之間整體連接模式可視化,還可以定量地描述全腦的全局組織特征。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩钥捎脕?lái)評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)特征。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩灾悼煞譃?大類,一類稱全局網(wǎng)絡(luò)指標(biāo),包括小世界屬性值、網(wǎng)絡(luò)全局效率、網(wǎng)絡(luò)局部效率、同配性系數(shù);另一類稱節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo),包括介數(shù)中心性、度中心性、節(jié)點(diǎn)效率、節(jié)點(diǎn)局部效率[28]。WATTS和STROGATZ[29]于1998年最早提出“小世界網(wǎng)絡(luò)”?？坍嬓∈澜缇W(wǎng)絡(luò)的常用網(wǎng)絡(luò)度量是聚類系數(shù)、特征路徑長(zhǎng)度。聚類系數(shù)表達(dá)的是某一節(jié)點(diǎn)的鄰接節(jié)點(diǎn)之間相互連接的程度,聚類系數(shù)越高,反映腦網(wǎng)絡(luò)對(duì)于信息“模塊化”處理能力越強(qiáng)。特征路徑長(zhǎng)度則是指2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間所有可能通路中的最優(yōu)路徑。網(wǎng)絡(luò)的特征路徑長(zhǎng)度越短,則該網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間的信息處理與傳遞速率越快,網(wǎng)絡(luò)的總體效率越高。聚類系數(shù)和特征路徑長(zhǎng)度分別量化網(wǎng)絡(luò)的局部信息處理效率和全局信息傳輸效率。網(wǎng)絡(luò)效率是評(píng)價(jià)該網(wǎng)絡(luò)整體信息傳遞速率的主要指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)局部效率是評(píng)價(jià)該網(wǎng)絡(luò)整體信息傳遞容錯(cuò)率的主要指標(biāo)。

HAN等[30]研究發(fā)現(xiàn)與健康人相比,腦卒中患者靜息狀態(tài)下的小世界屬性值、網(wǎng)絡(luò)全局效率、網(wǎng)絡(luò)局部效率均降低。針刺可改善患者的聚類系數(shù)和網(wǎng)絡(luò)局部效率,但對(duì)小世界屬性值、網(wǎng)絡(luò)全局效率無(wú)明顯影響。腦卒中后全腦網(wǎng)絡(luò)效率降低。以上結(jié)果提示基于圖論屬性的全腦網(wǎng)絡(luò)功能分析可敏感反映腦卒中患者腦網(wǎng)絡(luò)重塑變化。陳蕊等[31]研究腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)過(guò)程中大腦功能網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩宰兓?guī)律,選取連接數(shù)、全局效率、平均度、聚類系數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn),在患病前期,連接數(shù)和全局效率與病情負(fù)相關(guān),隨著病情好轉(zhuǎn),連接數(shù)與全局效率下降。40 d以后,腦功能網(wǎng)絡(luò)參數(shù)呈上升趨勢(shì)。這可能與腦卒中患者在患病初期健側(cè)腦半球過(guò)分激活而患側(cè)腦半球過(guò)分抑制有關(guān),這提示我們可以根據(jù)全腦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)觀察轉(zhuǎn)折點(diǎn)的時(shí)間。積極利用大腦的恢復(fù)期,及早治療,適當(dāng)訓(xùn)練,都可以提高患者恢復(fù)程度。同時(shí)發(fā)現(xiàn)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的連接數(shù)在前期明顯減少,后期相應(yīng)的聚類系數(shù)變大,而輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)等局部區(qū)域聚類系數(shù)前期增大,轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后又逐漸減小。局部與全局聚類系數(shù)改變不同可能是因?yàn)樵谡Ｇ闆r下,輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)等區(qū)域參與運(yùn)動(dòng)功能作用很小。當(dāng)腦卒中損傷主要的運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)后,輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)等區(qū)域會(huì)功能重塑,由于代償作用,出現(xiàn)聚類系數(shù)變大;隨著病情逐漸好轉(zhuǎn),這些區(qū)域的運(yùn)動(dòng)激活逐漸減小,聚類系數(shù)變小。由此可知,全局參數(shù)、局部輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)、健側(cè)M1區(qū)域的參數(shù)某種程度上可以評(píng)估運(yùn)動(dòng)功能。

基于圖論的復(fù)雜腦網(wǎng)絡(luò)分析不需要根據(jù)腦圖譜劃分腦區(qū)探究腦功能網(wǎng)絡(luò),從而排除了因?yàn)椴煌X圖譜導(dǎo)致構(gòu)建腦網(wǎng)絡(luò)存在差異的可能性。這是其較上述方法最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。同時(shí),圖論可以反映各個(gè)腦區(qū)的相互聯(lián)系,并且揭示某個(gè)腦網(wǎng)絡(luò)與全腦網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系。人類大腦信息的功能分離和功能整合對(duì)應(yīng)“小世界”網(wǎng)絡(luò)特性,圖論是闡明腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一個(gè)重要的工具。但是,基于圖論的方法尚不能構(gòu)建動(dòng)態(tài)的腦功能網(wǎng)絡(luò),未能構(gòu)建反映神經(jīng)纖維連接及活動(dòng)方向性的腦網(wǎng)絡(luò),這些都是需要在今后的研究工作中繼續(xù)探索的。

4 體素鏡像同倫連通性在針灸治療腦卒中腦變化中的應(yīng)用

功能同倫,即幾何上對(duì)應(yīng)的半球間(即同倫)區(qū)域之間自發(fā)活動(dòng)的高度同步性,是大腦內(nèi)在功能結(jié)構(gòu)的一個(gè)基本特征。研究已經(jīng)表明兩大腦半球間同倫連接是腦功能構(gòu)架的基本原理,是整合認(rèn)知、行為、意識(shí)這些腦功能的基礎(chǔ)。體素-鏡像同倫連接是基于體素的內(nèi)源性功能連接數(shù)據(jù)處理方法,是用來(lái)描述左右大腦半球相同起源的神經(jīng)元內(nèi)源性自發(fā)活動(dòng)高度相似性的方法[32]。作為大腦固有功能結(jié)構(gòu)的一個(gè)基本特征,功能同倫反映了每個(gè)半球幾何對(duì)應(yīng)(即同倫)區(qū)域之間自發(fā)活動(dòng)的高度同步性,可以用靜息狀態(tài)功能連通性方法進(jìn)行研究。體素鏡像同倫連通性(Voxel-mirrored Homotopic Connectivity,VMHC)方法探索一個(gè)半球中的每個(gè)體素的時(shí)間序列與其在另一個(gè)半球中的對(duì)應(yīng)體素的時(shí)間序列之間的靜止?fàn)顟B(tài)功能連接。體素鏡像同倫連接已經(jīng)廣泛應(yīng)用于評(píng)估病理狀況下同倫區(qū)域功能連接情況,涉及的有腦卒中、神經(jīng)運(yùn)動(dòng)障礙、精神分裂癥、抑郁癥、成癮等多項(xiàng)相關(guān)的疾病[33,36]。在腦卒中偏癱的康復(fù)過(guò)程中,局部梗死總是影響遠(yuǎn)程大腦功能,不僅涉及感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò),還涉及認(rèn)知和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)?；谌X的功能連接方法VMHC將比其他數(shù)據(jù)處理方法提供更多的全局信息[37]。腦功能重組和結(jié)構(gòu)重塑與腦卒中康復(fù)預(yù)后密切相關(guān)。大腦雙側(cè)調(diào)節(jié)和協(xié)作對(duì)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)有顯著影響。從生理上講,人類活動(dòng)的每一項(xiàng)成就都是左右半球控制的資源分配和執(zhí)行的過(guò)程。VMHC方法的應(yīng)用將增加對(duì)皮層下梗死后雙側(cè)同位區(qū)域功能變化的了解,將使我們對(duì)針刺誘導(dǎo)的腦功能恢復(fù)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。

SHAN等[38]比較橋腦梗死患者急性期和健康對(duì)照者之間相關(guān)大腦區(qū)域的變化,發(fā)現(xiàn)VMHC增高的區(qū)域有中央前回、中央后回、楔前葉、扣帶后回,VMHC降低的區(qū)域有海馬、杏仁核和額極。然后選取VHMC有顯著性差異的腦區(qū)為種子點(diǎn),研究發(fā)病6個(gè)月內(nèi)VMHC值的變化。研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)病后14～30 d,與健康對(duì)照組相比,中央前回、中央后回、楔前葉、扣帶后回的VHMC連接強(qiáng)度均降低,90 d后,中央前回、中央后回VHMC連接強(qiáng)度逐漸恢復(fù)正常,但是楔前葉、扣帶后回的VHMC連接強(qiáng)度始終低于正常水平。海馬、杏仁核和額極VMHC連接強(qiáng)度均高于健康對(duì)照組。同時(shí)發(fā)現(xiàn)海馬、杏仁核和額極與FMA評(píng)分負(fù)相關(guān)關(guān)系。TANG等[39]應(yīng)用VMHC分析方法來(lái)探究腦卒中患者同源區(qū)域之間的功能連接情況,發(fā)現(xiàn)雙側(cè)中央前回、中央后回、顳中回、額下回、距狀隱回、丘腦、小腦前葉和小腦后葉皮層VMHC降低。說(shuō)明慢性腦卒中患者大腦半球間的功能協(xié)調(diào)受損。同時(shí)將小腦后葉皮層的VMHC值與Fugl-Meyer評(píng)價(jià)(Fugl-Meyer Assessment,FMA)評(píng)分、病程做相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)與FMA評(píng)分正相關(guān),與病程顯著負(fù)相關(guān)。提示了小腦后葉皮層可作為腦梗死后手部活動(dòng)康復(fù)的目標(biāo)區(qū)域。上述研究結(jié)果說(shuō)明雙側(cè)半球同倫功能連接在偏癱患者運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)中具有重要作用。LIU等[40]對(duì)急性期缺血性腦卒中功能障礙患者行頭針治療,探討患者大腦半球間功能連接變化,研究發(fā)現(xiàn)雙側(cè)BA6、BA8為主的腦區(qū)VMHC值增強(qiáng)。BA6和BA8共同構(gòu)成運(yùn)動(dòng)前皮質(zhì)區(qū)。運(yùn)動(dòng)前區(qū)具有廣泛的脊髓纖維投射,且與胼胝體有廣泛接觸,因此更有利于控制雙側(cè)運(yùn)動(dòng)[41]?？梢酝茰y(cè)頭針可能是通過(guò)加強(qiáng)雙側(cè)額葉運(yùn)動(dòng)調(diào)控相關(guān)腦區(qū)的連通性,促進(jìn)大腦半球之間代償性運(yùn)動(dòng)通路的形成、腦功能的重組,最終促進(jìn)患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)[40]。江瀾[42]研究發(fā)現(xiàn),針刺治療前,腦卒中偏癱患者在雙側(cè)小腦為主的腦區(qū)VMHC減弱;針刺治療后,腦卒中偏癱患者在雙側(cè)海馬附近區(qū)域、雙側(cè)基底節(jié)區(qū)、雙側(cè)丘腦、雙側(cè)扣帶回及雙側(cè)中央旁小葉為主的腦區(qū)VMHC減弱。以上說(shuō)明針刺可能通過(guò)調(diào)節(jié)脊髓小腦的功能而促進(jìn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行功能整合。針刺可以通過(guò)調(diào)節(jié)雙側(cè)半球的同倫功能,促進(jìn)運(yùn)動(dòng)功能的變化。

VMHC反映了大腦兩半球間溝通和協(xié)調(diào)功能以及疾病病理生理狀況,用來(lái)分析兩側(cè)腦半球間的協(xié)作活動(dòng),可以量化每個(gè)體素的功能連通性,是一種新穎的研究大腦同倫功能關(guān)系的數(shù)據(jù)處理方法。其局限性在于不能分析局部腦區(qū)功能活動(dòng),在大腦同源功能連接方面優(yōu)勢(shì)明顯。

5 基于體素水平的度中心性在針灸治療腦卒中腦變化中的應(yīng)用

度中心性(Degree Centrality,DC)在圖論和網(wǎng)絡(luò)分析中用以衡量節(jié)點(diǎn)在連通圖或網(wǎng)絡(luò)中的重要性。DC可以反映腦區(qū)在全腦中的重要程度。將某個(gè)節(jié)點(diǎn)(腦區(qū))作為中心點(diǎn),使各節(jié)點(diǎn)(腦區(qū))有機(jī)地連接起來(lái),形成一個(gè)完整的腦網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的度中心性增加時(shí),代表該節(jié)點(diǎn)與周圍節(jié)點(diǎn)建立了更多的連接,即神經(jīng)元的“重塑”;當(dāng)節(jié)點(diǎn)的度中心性減少時(shí),代表該節(jié)點(diǎn)與周圍節(jié)點(diǎn)的連接切斷,甚至變成孤立節(jié)點(diǎn),即神經(jīng)元的“損傷”。是評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)重要性的指標(biāo)。該方法使腦網(wǎng)絡(luò)連接更完整、快捷,更加有效地利用信息資源,從而更好地體現(xiàn)大腦功能的改變[43]。目前利用DC方法研究針刺對(duì)腦卒中后康復(fù)的腦功能重塑機(jī)制的報(bào)道相對(duì)較少。

JIANG等[44]研究腦橋(Pons,PS)和放射冠(Corona Radiata,CR)局灶性缺血性卒中患者腦區(qū)度中心性值變化情況,發(fā)現(xiàn)PS或CR腦卒中患者在雙側(cè)扣帶回的前后部、額眶下回DC值增加,在雙側(cè)楔葉、距骨核和楔前葉DC值減少。說(shuō)明腦橋或放射冠局灶性缺血性腦卒中導(dǎo)致功能網(wǎng)絡(luò)中樞的廣泛改變,也許這些異常的腦區(qū)與腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)機(jī)制緊密相關(guān),為臨床制定康復(fù)計(jì)劃提供參考信息。

DC以圖論為基礎(chǔ)度量腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),反映腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接的情況,不需要預(yù)先設(shè)定種子點(diǎn)或者選擇特定腦區(qū),可以避免任何選擇偏倚。該方法可評(píng)估某個(gè)腦區(qū)在全腦中的重要性、功能上分離的腦區(qū)間整合信息的重要性,被認(rèn)為是最可靠的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)指標(biāo)。中心度分析方法為全腦功能網(wǎng)絡(luò)的功能連接的模式及復(fù)雜程度提供一種新穎的視角。

6 fMRI研究局限性

目前,fMRI研究存在一定的局限性:1)因目前技術(shù)水平的限制,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的選擇以體素或者腦區(qū)為主,僅僅局限在大腦不同區(qū)域之間的聯(lián)系,而無(wú)法揭示深層神經(jīng)元或神經(jīng)元集群的連接關(guān)系,使得針刺中樞機(jī)制研究仍停留在較大尺度水平上,難以解釋針刺在更細(xì)微的神經(jīng)元之間是如何進(jìn)行效應(yīng)傳遞;2)大部分是基于小樣本、橫斷面研究設(shè)計(jì),某些研究結(jié)論之間互相矛盾,大部分研究結(jié)論有待進(jìn)一步驗(yàn)證;3)有效連接能夠反映2個(gè)節(jié)點(diǎn)有向的因果效應(yīng),但該類研究相對(duì)較少。未來(lái)倡導(dǎo)多學(xué)科并舉,傳統(tǒng)理論與現(xiàn)代技術(shù)交叉融合,將以fMRI為代表的多模態(tài)影像技術(shù)融合應(yīng)用于針刺研究并構(gòu)建出針刺治療中風(fēng)的特異性腦效應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

7 小結(jié)

針灸治療腦卒中后偏癱機(jī)制復(fù)雜,rs-fMRI為探索卒中患者大腦內(nèi)部活動(dòng)提供了豐富的信息,處理分析這些信息的方法層出不窮,從不同的角度揭示腦卒中患者腦功能的變化,有助于闡明腦卒中后神經(jīng)重塑性的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制。

利益沖突聲明:無(wú)。