基于脑功能影像技术的针刺机制研究探讨

孙传铸 ，白丽君 ，牛 璇 ，张宇辰 ，王 姗 ，郝弄萧 ，博 克 ，郭又天 ，张 明 ，陈红艳 ，陈 鹏 ，劳力行

（1.西安交通大学生命科学与技术学院，生物医学工程系，生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049；2.西安交通大学第一附属医院，陕西 西安 710061；3.首都医科大学附属北京天坛医院放射科，北京 100050；4.首都医科大学附属北京中医医院针灸中心，北京 100010；5.香港大学中医药学院，香港 999077；6.美国马里兰大学医学院结合医学中心，巴尔的摩，21201，美国）

针灸作为一种古老的中医治疗方法，与中草药一起，成为中医体系最重要的2种治疗方法。近几十年来，针灸作为西医的补充治疗或替代治疗得到了推广［1-4］。中医与现代医学﹑生物科学之间相互渗透，2种不同医学体系的界限逐步被打破，脑影像学技术的迅速发展加速了这一过程。现代神经成像技术为研究穴位-大脑-器官之间的相互作用提供了可视化的资料。目前针刺机制的影像学研究主要集中在针刺镇痛机制的传导通路、穴位功能特异性的神经表象，以及多模态成像技术结合等3个方面。

1 针刺脑中枢神经加工机制的特征

研究表明［5-8］，针刺常用穴位时，整个中枢神经系统都可获得不同程度的调节，其中包括具有内源性镇痛作用的边缘系统（扣带回、脑岛和下丘脑），以及负责认知和情感控制的更高一级控制中心——前额叶皮质和颞叶中部（杏仁核和海马）。Wu等［5］发现，刺激合谷穴（LI4）和足三里穴（ST36），可使下丘脑与伏隔核产生的信号强度增强，同时前扣带回皮质的缘部、杏仁核、海马产生的信号强度减弱，表明针灸可调制疼痛下行抑制通路。此外，Hui等［9］报道，刺激足三里穴可诱发边缘系统更广泛的负激活信号改变，从而提出了针刺发挥作用依赖的大脑边缘系统负激活理论。另外，这种负性激活的神经响应活动只出现在那些经历得气感的实验对象中。得气是指针灸时进针后使针刺部位产生经气感应的手法，实际是经络的气血集中在被针灸穴位处的一种表现。临床上认为“得气感”的获得与否与针刺能否发挥疗效密切相关。得气在针灸治疗效果中起着关键性作用［10-11］，这种边缘-小脑网络的信号广泛降低可能是针灸过程中的一个主要特征。以上表明，针灸可调节广泛分布的皮质及皮质下区域（脑干、边缘系统及小脑）。这些负责内源性镇痛机制和部分疼痛神经的大脑区域，可能是通过调节自主神经系统的平衡、改变对疼痛处理的情感和认知过程的维度来提高针刺的治疗效果［12-13］。

2 针灸持续效应及其实验设计模式的转变

以往的研究重点是关注针刺引起大脑功能皮层的空间响应分布［5-6］，但这一思路有待拓展。近来，国内外研究者在穴位特异性的神经表现、穴位与大脑功能区空间分布的对应关系等方面，取得了丰富的研究成果。但目前针刺机制影像学的研究尚处起步阶段，研究模式和研究方法存在一定的局限性，导致研究结论的一致度较低，结果较难重复。大多数神经影像学研究主要关注针灸的即时效应，采用一般线性模型进行分析。对于一个多组块fMRI实验设计模式，传统的任务可同时追踪多个被激活的核团，一般线性模型可预测当时BOLD信号的变化，符合实验者设计的“开-关”详细设计规范，即激活响应取决于对血流动力学函数卷积多组块设计所形成的假设函数的逼近程度。大量的临床研究表明，针刺具有持续性效应，即在刺激停止后相当一段时间内依然存在，甚至缓慢上升到最大值［14］。 Zhang 等［15］在行为学方面的分析同样表明，针刺的镇痛疗效可能在针刺结束后很长时间才达到峰值。由于持续性效应的存在，BOLD信号对针刺的时变响应方面可能会违背多组块实验设计的一般线性模型的预测（图1）。因此，在初始针刺刺激后的静息状态，BOLD信号不太可能立刻回归到刺激前的基线水平。独立成分分析的研究［15］也直接表明了针刺的持续性效应，在多组块实验设计模式中，间隔的静息阶段也包含针刺效应。由于针刺时变描述趋势存在缓慢的上升和下降的现象，为了更准确地研究针刺实际存在的效应，设计模式和数据模型有待改进。

图1 ［4］ 多组块实验设计模式下，针刺足三里穴后不同时期大脑区域的激活模式（P＜0.005，非校正，核团大小＞3个体素）

如何区分针刺刺激所引发的大脑激活响应与针刺结束后持续性效应仍是多组块实验设计分析面临的难题。Qin等［16］提出了一种全新的实验设计模式，非重复事件相关的fMRI实验设计，目的是探讨针刺在静息状态下复杂脑网络的持续性作用。与非经非穴部位的针刺相比，针刺足三里穴后杏仁核相关脑网络呈现出更高水平的相关性。这个网络主要包括边缘区域（前扣带回及脑岛）和脑干。同样，针刺足三里穴也可增强包括内侧颞叶、导水管周围灰质及辅助运动区在内的默认网络和辅助运动区脑网络的内部连通性。另外，结果还显示，只有在针刺刺激后，海马与默认网络的连通性才会与副交感神经输出呈显著的相关性。这表明针刺可能是通过自主神经系统的调控而发挥作用的，也有其他证据［17-19］表明针刺的镇痛作用与自主神经系统的参与有关。虽然证据不够充分，但也反映了针刺对静息状态下的大脑具有特定的神经调节作用。

Qin等［16］研究发现，针刺刺激及其持续性效应阶段，针刺的特异性通过动态重新配置复杂的神经网络而产生效果，且针刺2个视觉相关穴位（如GB37、BL60）和1个视觉非相关穴（KI8）都可产生大脑空间分布的动态响应，且都集中位于后扣带回与楔前叶。进一步表明，针刺刺激前后存在不同的神经调控通路。视觉相关静息脑网络中，在针刺后表现为不同于针刺前的以后扣带回与楔前叶为核心的脑网络连接模式。更深一层说明，在针刺视觉相关穴位后，针刺的持续性效应表现为对特定相关脑网络的调节作用（如GB37、BL60），表明针刺持续性效应存在特异性的时空编码机制。

3 fMRI和脑磁图结合使用的成像模态

fMRI、脑磁图（magnetoencephalography，MEG）等因其无创、可实时反映大脑特定功能区域对外部刺激的活动状态特性，成为研究人脑高级皮层功能活动的重要手段。fMRI的时间分辨力一般仅能达到数秒级，缺乏实时捕捉神经元信号活动的能力，需借助具备毫秒级时间分辨力的MEG成像模态的方法。MEG可在时间维度更精细地反映针刺对大脑功能的特异性调节机制［9］。但MEG空间分辨力不如fMRI，仅能到达数十毫米。采用fMRI和MEG成像模态相融合的方法，可在时间维度和空间维度更全面、完整地反映针刺对大脑功能的特异性调节机制，揭示大脑神经信号的加工机制。例如，作为大脑静息态下的网络核心，针刺足三里穴位与旁开假穴对PCC的调节作用具有显著差异：针刺旁开假穴后，PCC的作用无显著变化，在MEG的5个频段下依然是默认网络的中枢节点；而针刺足三里穴位后，PCC仅在delta和gamma频段内继续发挥默认网络中枢的作用，在theta、alpha和beta 3个频段内，PCC不再是网络中枢节点。

综上所述，本文简要地回顾了现代功能神经影像学技术在探究针刺潜在神经生理学机制方面的最新进展。大量研究表明，在一个良好的疾病模型中评价针刺的主次效果，可能会最终帮助临床确定针刺各种神经机制产生的特有的临床效果。临床也可借助神经影像技术，对心电图、瞳孔及皮肤电活动等生理指标联合同步采集，寻求针刺相关的神经响应与自主神经系统功能之间的关系。相信随着现代神经影像技术的不断发展，我们能够进一步探索针刺方法的潜在机制，并使其在临床得到更加广泛的应用。

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