《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将“脑科学与认知科学”列为八大科学前沿之一, 脑科学研究已迎来黄金时代。针灸是中华民族传承几千年的绿色非药物疗法, 疗效肯定, 并以其独特的魅力和优势, 在世界上183个国家和地区获得应用, 针灸脑科学研究也必将成为医学研究领域的热点内容[1]。
功能磁共振成像 (Functional magnetic resonance imaging, f MRI) 作为一种无创、非侵入、高时空分辨率的动态监测技术, 结合丰富的后处理软件, 可有效的反映人脑局部功能活动变化情况以及脑神经结构网络的拓扑属性, 已广泛应用于针灸脑效应的研究[2]。静息态功能磁共振成像 (Resting state functional f MRI, rsf MRI) 指的是受试者在清醒、闭眼、放松且无特定思维活动的休息状态下接受扫描, 由于其具有操作简单、分析方法多、更符合针灸效应的优点, 迅速成为针灸脑效应研究的热点。本研究现就rs-f MRI在针灸脑效应研究中的应用进展作一综述。
1 静息态扫描模式在针灸脑效应研究中的优势
传统针灸脑效应的f MRI研究数据采集多为任务相关设计[3,4], 此设计虽曾广泛应用于针灸脑效应研究, 但其得出的脑激活结果, 仅显示了针灸的即刻效应, 时间短暂。而大量研究显示, 针灸存在持续效应, 其效应甚至可能在针灸结束后较长时间才达到峰值[5,6]。且有研究认为, 针刺的持续效应影响基线状态的图像信号, 使传统的通过刺激状态减去基线状态算法得到的结果不再可靠[7]。另一方面, 由于现在的针灸脑效应研究多针对患者展开, 其对任务的配合存在困难, 对结果的准确性也会产生影响。
由于任务相关设计模式的不足, 越来越多的研究者采用静息态扫描模式。静息态扫描模式与传统设计相比, 主要有两点区别:首先是数据采集方式的不同, rs-f MRI数据是在受试者清醒、闭眼、放松且无特定思维活动的休息状态下进行采集的;其次, 任务相关设计多强调与任务相关的即时因果关系, rs-f MRI则反映任务结束后大脑静息状态下的实际自发活动情况。静息态扫描模式在针灸脑效应研究中, 相对于传统设计模式, 主要有以下优势: (1) rs-f MRI扫描操作简单, 不需要进行复杂的任务刺激, 患者配合程度高, 避免了因任务完成情况不同而出现的结果偏倚; (2) rs-f MRI数据分析方法更多, 研究结果丰富, 应用价值大, 在针灸中枢机制研究中有着特别的优势; (3) rs-f MRI相对于任务态设计更适应针灸效应的特点, 其多在针灸结束后较长的一段时间内进行采集, 此时大脑处于静息状态, 更能够真实反映机体由于针刺效应而产生的脑功能变化。
2 rs-f MRI在针灸脑效应研究中的应用现状
2.1 生理状态
2.1.1 穴位特异性研究
以健康受试者为研究对象, 利用针灸刺激体表穴位, 借助rs-f MRI技术观察其中枢神经网络响应情况, 探究腧穴的特异性。钟治平等[8]针刺足三里发现, 拔针后25 min受试者额叶、颞叶、枕叶及扣带回等脑区局部一致性发生特异性改变, 为足三里镇痛、胃肠运动调节等作用的中枢神经网络机制提供了影像学依据。Liu等[9]利用rs-f MRI观察针刺阳陵泉对健康受试者脑功能区局部一致性的影响, 发现针刺后前扣带回、左颞回和右下顶叶等脑区局部一致性特异性增强, 阳陵泉治疗效应的中枢机制是大脑网络综合作用的结果。
2.1.2 针感相关研究
针感, 又称作“得气”“气至”, 一直在针灸临床中备受关注, 大量研究[10]表明, 针感与针灸疗效密切相关。张贵峰等[11]利用rs-f MRI探究内关配外关针刺的中枢响应, 发现内关配外关得气能够特异性激活脑默认网络相关脑区, 且这些脑区与内关、外关的主治作用密切相关。李腊梅等[12]利用rs-f MRI低频振幅分析方法探究不同敏感体质人群针刺镇痛效应的中枢机制, 发现易得气人群的针刺镇痛效果最好, 不同体质对针刺镇痛效应存在不同的脑网络调控机制。
2.2 病理状态
2.2.1 针灸治疗神经系统疾病研究
基于rs-f MRI技术的针灸脑效应研究多针对神经系统疾病, 这可能与神经系统疾病发病部位多位于脑, 且针灸治疗神经系统疾病的疗效确切, 应用广泛有关。付彩红[13]利用多元Granger因果分析法从多个静息态脑网络层面探究针刺阳陵泉改善卒中偏瘫的中枢响应机制, 结果发现卒中患者的脑功能网络内及网络间均存在异常变化, 针刺能够改善高级认知网络及运动感觉网络间的信息传递, 促进脑功能的重新整合, 改善卒中偏瘫症状。Li等[14]基于rs-f MRI观察针刺对无先兆偏头痛患者自发脑功能活动的影响, 发现无先兆偏头痛患者延髓头端腹内侧区/三叉神经颈复合体低频振幅值异常降低, 针刺治疗能够调整异常变化的脑功能活动, 使其趋于正常。Zheng等[15]的研究发现, 阿尔兹海默病患者海马功能连接与临床表现密切相关, 针刺合谷、太冲能够改善患者海马与中央回的功能连接。
2.2.2 针灸治疗精神及行为障碍疾病研究
由于精神药物大多存在较严重的不良反应, 针灸治疗此类疾病有着良好的疗效, 在精神及行为障碍疾病治疗中广泛应用[16]。郑成强等[17]观察电针对创伤后应激障碍患者静息态脑功能连接网络的影响, 结果显示电针能够调控海马区功能连接, 其改善创伤后应激障碍可能与增强海马-顶叶功能连接及抑制海马-海马旁回功能连接有关。Yi等[18]利用静息态低频振幅探究针刺太冲治疗抑郁症的机制及其与额叶的关系, 结果发现肝经与额叶功能具有广泛的相关性, 这可能是针刺太冲改善抑郁症状的机制。
2.2.3 针灸治疗消化系统疾病研究
虽然当前rsf MRI在卒中等器质性疾病的针刺研究中应用较多, 但有研究者[19]认为, 针灸自身效能的特性决定其在功能性疾病研究中更具优势, 针对功能性疾病的rs-f MRI研究具有广阔的前景。李静[20]的研究发现, 调神健脾针法能够对腹泻型肠应激综合征患者内脏痛觉网络、情绪调控网络产生良性调节作用, 这可能是其肠道、情绪症状兼治的中枢机制。
2.2.4 针灸镇痛效应研究
针灸镇痛功效卓著, 对其研究从未间断, 大都从分子生物学、基因组学、神经生理学等领域展开, 针对针灸镇痛效应的rs-f MRI研究大有空间。Zhang等[21]利用rs-f MRI比较针刺同侧和对侧条口穴改善慢性肩痛的中枢响应机制, 发现前扣带皮层可能在对侧针刺中发挥直接作用, 而脑干-丘脑皮层的通路可能会在同侧针刺中发挥作用。宋云娥等[22]发现, 艾灸关元穴能够引起原发性痛经患者的多个疼痛相关脑区低频振幅值的变化, 这可能是其镇痛效应的中枢机制。
3 基于rs-f MRI的针灸脑效应研究常见问题探讨
3.1 样本量的选择
样本量大小对rs-f MRI研究结果的影响十分明显, 但由于rs-f MRI图像数据采集及分析的复杂性和特殊性, 其样本量无法按照一般的临床试验样本量估算的方法来计算, 大都在6～50例不等[23,24]。有研究者[25,26]对此展开研究, 发现要想得到有统计学意义的结果样本量至少需要12例。Mayer的研究团队[27]指出, 进行简单的探索性效应分析时, 样本量至少需要5例, 而如果进行随机效应分析时通常需要12～18例才能得到客观的结果。徐春生等[28]研究发现, rs-f MRI研究的样本量在20例左右时已可获得较可靠的结果。在进行方案设计时, 样本量应尽量大以减小研究结果的偏倚。
3.2 数据分析方法的选择
rs-f MRI相较于传统图像采集方式的一个优势即是其分析方法众多, 研究结果丰富。当前对于针灸脑效应rs-f MRI研究的数据大多从功能分化和功能整合这两个角度来进行解读。功能分化主要用来描述局部脑区的信号特点, 包括低频振幅、比率低频振幅法及局部一致性等方法;功能整合则强调不同脑区间的相互作用, 包括功能连接和有向连接两种形式。功能连接主要研究不同脑区时间上的同步性, 包括种子点分析及独立成分分析;有向连接强调不同脑区的因果交互作用, 可利用格兰杰因果分析、结构方程模型、多变量自回归模型、动态因果分析等方法进行研究。上述的分析方法仍局限于局部脑网络, 而现在大多学者认为利用复杂脑网络进行全脑网络研究是趋势所在, 更符合人脑活动的规律。分析当前基于rs-f MRI的针灸脑效应研究发现, 低频振幅、局部一致性及种子点分析等数据分析方法应用最多, 其他的方法较为少见, 今后当重视其他数据分析方法的应用, 从不同角度、不同层面对rs-f MRI信号进行解读, 以更好地认识大脑的本质。
3.3 对照组的设置
在针灸脑效应研究中, 对照组的设置是能否取得阳性结果的关键, 关系到整个试验的质量。在当前基于rs-f MRI的针灸脑效应研究中, 健康对照和假针刺对照应用最多[13,14]。设置健康人群作为对照, 不仅有助于揭示疾病的神经影像学机制, 还能从一定程度上反映针灸激发人体自我调节能力, 实现疾病转归使人体“趋于正常”的治疗效能。假针刺对照的设置一直是针灸临床科研无法回避的话题, 高质量的针灸临床对照试验和假针刺。但当前还没有一种完美的假针刺方法, 这就要求我们在研究中应尽可能利用严谨、合理的试验设计, 最小化假针刺的治疗效应, 以更好地验证针灸的治疗效应, 获得客观可靠的结果。在进行方案设计时, 应综合考虑各研究要素、刺激部位、刺激方法以及人体状态等因素, 尤其要注意根据研究目的审慎选择对照组[29], 如验证针灸治疗效力时可选择假针刺对照, 验证针灸治疗特性时可选择阳性干预对照。
3.4 图像采集时间点的选择
虽然相较于传统的组块设计模式, rs-f MRI对图像采集时机的要求更为宽松, 但其时间点的选择仍会对结果的解读产生较大的影响。分析当前针灸脑效应研究, 发现对图像采集时间点并无明确的标准, 大都选择在针刺治疗前、后进行2次扫描, 对针刺治疗前的时机要求相对宽松, 于针刺前完成即可;而治疗后, 因考虑针刺应激效应对脑效应的影响, 对采集时机的选择更为审慎, 争议也较多, 从针刺后15 min～1周不等[20,30]。我们在开展研究之前, 应根据患者的状态、刺激穴位、刺激方式选择合适的采集时机, 尽量做好预试验, 最小化针刺应激对rs-f MRI数据的影响, 力求获得的脑功能变化符合临床疗效的解释。
4 小结
rs-f MRI作为一种无创、非侵入的动态监测技术, 凭借其操作简单、分析方法多且更符合针灸治疗效能等优势, 在针灸脑效应研究中有着广阔的应用前景。然而现在针灸脑效应的rs-f MRI研究仍存在一些不足, 机遇与挑战并存。首先, 当前的研究由于数据采集、试验设计及分析方法等的差异, 普遍存在重复性差的问题, 使得研究的结果大多难以推广。进行多中心、大样本的针灸脑科学研究势在必行, 目前国内多个研究团队已相继发起多中心研究计划, 如左西年教授发起的国际信度与可重复性联盟, 但针灸脑科学研究的多中心平台尚属空白。其次, 许多研究者对研究结果的解读往往存在以偏概全的误区, 仅凭几个脑区或者脑网络的变化, 即得出针灸疗效的机制, 对结果进行孤立的揭示, 忽视了全脑网络是一个相互影响的、复杂的整体。最后, 针灸疗效的复杂性决定其脑效应研究必将是一个不断探索、去伪存真的漫长过程。而rs-f M-RI技术存在其局限性, 研究获得的脑网络数据是经过多种后处理软件统计分析得出的数学模型, 其与真实的脑网络的差异尚不得而知。在今后的研究中, 当综合运用多种成像方法进行多模态研究, 同时还应当结合神经递质、内分泌激素水平、代谢组学及细胞分子生物学等多学科、多层次分析手段, 更全面地对针灸脑效应进行科学的阐释。
来源：针灸临床杂志 作者：王东岩 何雷 宋晶 杨海永