基于EEG技术探讨针刺效应中枢机制的应用研究*

张旭龙，王明威，白 秀，沈亚亭，谢西梅

(陕西省西安市中医医院，陕西 西安 710021)

近年来，随着电生理学技术的快速发展，脑电图(Electroencephalogram,EEG)技术在针刺研究中也得到不断创新与拓展，特别是脑电信号的采集、提取及分析方面，充分利用机器学习法、多线性分析和非线性动力学复杂性分析等一系列新方法，可实现在不同条件下、不同研究应用中，探讨针刺对EEG频率、波形、波幅以及不同脑电波相应脑功能区特征性定量分析和脑功能状态的影响，极大地推动了EEG在针刺效应研究中的应用。因此，笔者就近10年EEG技术在针刺腧穴效应特异性、针刺得气效应、针刺时间效应与针刺效应影响因素特异性等方面概以归纳总结，从而为针刺效应研究提供客观依据。

1 EEG技术的原理及应用特点

脑电图是利用大脑皮层不同层面神经元产生节律性与非节律性的生物电活动，将几个电极置于人体头部表面，经过一定的放大记录系统，描述出具有一定波形、波幅、频率和相位的电活动生物图形[1]。其基本原理依据电极放置位置的不同可分为头皮电极脑电图、颅内电极脑电图，临床上应用最广泛的是头皮电极脑电图,电极放置使用的是国际通用的10-20系统，包括19个记录电极和2个参考电极，基本参数包括频率、波形、波幅与相位等，在应用中又根据频率的高低将波形分为α波、β波、θ波和δ波，并在机体不同机能状态下，均呈现出不同的频率、波幅、时相、波形、出现方式和部位等特征，也正是基于这一特征广泛用于临床诊断、指导治疗与疗效评价[2]。

EEG技术在针刺研究中，除了无创、便捷、价廉、客观和敏感等传统优势外，更重要的是EEG具备毫秒级的高时间分辨率，可以实现对脑电信号的动态实时监测评估，能从电生理学角度定量分析针刺效应的差异性变化。但EEG信号易受干扰和个体差异的影响，在研究中，对实验条件的控制，脑电信号采集、分析方法要求较高，还需进一步探索，针对不同研究设计要求，采取不同的脑电波提取、分析方法，以此对未来针刺效应的研究提供更多可能。

2 针刺腧穴效应的特异性研究

穴位既是针刺作用的靶点，也是影响针灸作用效应的重要因素。EEG技术广泛应用在针刺腧穴效应特异性的研究中，从生理及病理状态两方面对常用特效穴，如内关、足三里和神门等单穴以及多穴配伍组穴针刺，分析不同穴位针刺时EEG特征性变化，进而从电生理学角度揭示针刺穴位效应的中枢作用机制。

2.1 生理状态下单穴针刺效应研究

生理状态下单穴针刺效应，多从特定单穴，真针刺与假针刺、穴位与非穴针刺对比研究，从不同脑功能区脑电波幅、频率的变化验证腧穴特异性。有研究表明，与非穴刺激、假针刺比，针刺内关穴可显著增加脑电信号，在各频带，平均振幅较高[3]，还能增加α带的振幅和功率，使α波段的频率峰值均同步，并且针刺后保持高功率、同步频率，有后遗效应[4]。另有研究者选取足三里穴利用EEG和fMRI技术比较真针刺与两个非穴对健康志愿者体感刺激的大脑反应，EEG结果表明，与两个非穴控制点相比，针刺足三里能增加μ节律功率[5]，从脑功能网络互连的调节规律看，针刺足三里可使不同导联的EEG δ波幅度和同步性增加，增强脑功能网络的功能互联[6]。此外，黄晓真[7]采用非线性动力学分析法，探讨浅针山根穴对失眠患者不同时段的 EEG 信号效应，发现浅针干预主要影响前额区、额区和颞区为核心的脑电信号，且浅针干预过程中相应的脑电信号近似熵、关联维度降低。由此得知，上述研究从真针刺与假针刺、非穴与真穴以及针刺腧穴时特定脑电区域响应，验证了针刺穴位效应的特异性。

2.2 生理状态下组穴配伍针刺效应研究

生理状态下组穴配伍针刺效应的研究相对较少，有研究对比电针足三里、神门和三阴交穴组穴与无电针针刺两种状态下多通道EEG变化，结果电针组穴后受试者EEG δ波段功率增加，α波段功率降低，电针使脑电慢波活动增加，从而产生镇静作用[8]。王革生等[9]选取申脉、后溪穴针刺，采用脑电非线性分析法观察在行针及留针状态下的脑电信号，将脑区脑电信号转换成关联维数，结果发现针刺可激活脑区额叶、颞叶，在行针及留针过程中激活的脑区存在明显的规律性变化，在行针过程可先激活对侧脑区，留针后逐渐延伸到双侧。因此，在生理状态下，不同穴位配伍针刺能引起脑电特征性变化，说明组穴配伍针刺效应的特异性，也为针刺穴位配伍提供依据，但还需更多的研究支持。

2.3 病理状态下单穴针刺效应研究

病理状态下单穴针刺，以实验研究为主，多从经验效穴验证针刺对睡眠剥夺大鼠脑电波的影响。有研究者发现，针刺百会使睡眠剥夺大鼠α波频率显著升高，β波频率显著降低，而假穴组无明显变化[10-11]，表明针刺百会能够抑制睡眠剥夺模型大鼠的大脑皮层兴奋度，发挥镇静作用。李佳等[12]研究发现，与模型组和假针刺组相比，针刺神门穴可抑制海马区β波，激活δ波，使δ波明显增多，β波明显减少，进而影响睡眠剥夺大鼠脑电活动，另有研究发现[13]，与模型组相比，内关组和神门组可使δ波减少，β波增多，明显改善睡眠，且神门穴疗效更优。上述研究选取不同穴位验证了针刺效应的特异性，针刺神门穴时δ波、β波变化存在差异。因此，研究相对局限，下一步应从临床角度进一步去验证，可能会更具研究价值。

2.4 病理状态下组穴配伍针刺效应研究

病理状态下组穴配伍效应的研究，应用十分广泛，涉及失眠、癫痫、痴呆与帕金森等多种神经系统疾病，均能从脑电信号特征变化揭示效应的机制。有研究发现，与模型组相比，百会组、神门组、三阴交组和百会神门三阴交组均能使睡眠剥夺大鼠δ波极减少，β波显著增多，且3穴配伍组在脑电波变化、认知能力提升，睡眠改善方面疗效更为显著[14]。还有学者研究针刺对癫痫患者脑电图的影响，发现针刺定痫百会穴、丰隆穴与非定痫上星穴均能有效降低癫痫患者脑电图痫样放电波波幅，且相比非定痫穴上星，定痫穴百会、丰隆更能即时减少异常EEG痫样放电次数，降低EEG痫样放电波波幅[15]；另一组穴痫三针(内关、申脉和照海)在降低癫痫患儿脑部异常放电一“痫样放电”电压方面优于“合谷、太冲”组穴，同时能增加“睡眠纺锤波”，稳定睡眠结构，改善睡眠质量[16]。也有研究表明，针刺足三里、三阴交和百会等组穴配伍后，血管性痴呆患者定量EEG,α频段相对功率值明显增多, θ频段、δ频段相对功率值明显降低[17],而帕金森患者α、β频段相对功率值明显增多,θ、δ频段相对功率值明显降低[18]。由此可知，上述研究从单穴针刺效应与不同腧穴配伍效应的对比，验证了针刺腧穴配伍效应的脑电特征性变化，可能为针刺腧穴配伍协同作用提供理论依据。

总之，上述研究基于临床及实验，从生理与病理状态探讨针刺不同单穴、组穴配伍，可以引起脑电图特征性变化，客观上揭示了不同腧穴针刺效应的特异性中枢机制，也进一步表明针刺具有多途径、多层次和整体性的中枢调节作用。

3 针刺腧穴针感效应的特异性研究

针感也称“得气”，是影响疗效的关键因素，但长期以来在临床中对针刺得气缺乏客观量化评价标准。因此，有研究者从脑电信号的角度对针刺得气特异性进行定量研究。闵霏[19]研究发现，针剌神门穴能增加患者脑电波频率，得气时对脑电波频率影响更显著，表明脑电波频率变化可以评价针刺失眠患者神门穴得气时针刺效应的指标。Lee等[20]发现在θ波段，针刺刺激期间，颞区和枕区之间的连贯性显著增强；在α带，左颞区和其他区域(额叶、顶叶和枕叶)之间的连贯性显著增强；得气后针刺留针时，θ和α带的相位一致性有增加的趋势。Tian等[21]在量化评价针刺得气对穴位的特异性及对大脑的变化研究中，发现针刺得气可明显增加穴位血流量、组织移位和得气后的肌电幅度，使不同脑区fMRI信号的增加/减少，但脑电图无明显变化，还需进一步研究。

总体而言，上述研究基本可以验证针刺得气效应的EEG特征性变化。针刺得气会引起EEG特征性变化，不同腧穴得气会产生不同的脑电信号改变 揭示了腧穴针刺得气效应特异性机制。但针刺得气受多因素影响，在针刺研究中对偏倚的控制要严格要求。其次，不同得气性质针刺时脑电信号特征变化之间可能存在差异以及多穴组合与单穴之间也有差异。因此，从电生理学角度而言，对针刺得气效应特异性研究还应进一步深化，为针刺得气提供依据。

4 针刺腧穴效应的时间特异性研究

针刺腧穴效应的时间特异性是指在针刺过程不同时间点对疗效的影响，同样机体状态也随针刺时间节点的不同而有动态变化。因此，也能从不同时间点的针刺去证实脑电信号的客观变化反映针刺腧穴效应的特异性作用。有研究者[22]观察经皮穴位电刺激(TEAS)前、TEAS 15 min和TEAS 30 min时对额叶区域EEGα1频段的影响，结果显示，TEAS前与TEAS 15 min时相比EEGα1频段并无显著变化，TEAS 30 min额叶区域EEGα1频段明显下降，起到抑制大脑兴奋性的作用。另有研究者[23]选取内关穴，施以平补平泻及捻转手法，观察不同针刺时间点EEG枕区α、β波的频率及波幅变化，发现在不同时间点α脑电波枕区的频率及波幅均降低，针刺30 min时效果最显著,在起针后15 min时仍有后遗效应，但对β脑电波优势者EEG枕区的频率及波幅作用并不显著。此外，研究者采取相同方法，针刺申脉穴时,在留针时枕区β波波幅增加,频率降低且有后遗效应，而枕区α波的波幅及频率无明显变化[24]；针刺照海穴时，结果发现留针可使枕区a波波幅增加、频率降低，也有后遗效应，但枕区β波的波幅、频率无明显改变[25]。总之，针刺同一腧穴，在不同时间点脑电信号存在显著差异，从而也揭示针刺效应的时间规律，针刺刺激穴位时要经历潜伏期、上升期、高峰期和下降期，存在针刺累积效应，上述从不同针刺时间点的脑电变化验证了这一点，也为留针提供了一定依据。

5 针刺效应特异性的影响因素研究

针刺疗效除了与腧穴特异性密切相关外，不同针刺手法、针法、针刺刺激时间、频率、刺激量与不同针刺过程状态等均影响针刺效应。有研究者从不同针法进行研究，Yang等[26]研究发现，与刺前相比，靳三针在针刺留针期及起针后α节律明显增强，并且α节律的高振幅仍然存在，有一定后遗效应，揭示针刺前后α节律的改变可能是针刺对中风疗效的电生理机制。Wang等[27]探究电针对术后疼痛镇痛的脑节律振荡作用，对大鼠脑电功率谱双对比分析，电针治疗后，大鼠高频段特别是β频段的功率降低，β频段与低频段交叉频率耦合强度增强，从脑电波功率变化揭示电针镇痛的调节节律震荡机制。Liao等[28]采用高密度EEG，观察悬灸对慢性痛的“热敏”反应，对比非敏化，热敏化灸可增加θ、α和β波段的功率谱密度，其中θ和β波功率谱密度变化最明显的是额叶中央区，而α带的变化更为全面。Geng等[29]采用非线性动力学复杂性分析法，观察磁刺激光明穴(GB37)的EEG信号变化，结果GB37磁刺激对脑电信号有显著的影响，其中在额叶区、中央区和顶叶区的EEG复杂度明显高于模拟点,但视觉刺激脑电信号的变化，则取决于是否对GB37磁刺激。另有研究，从针刺手法探讨，针刺频率以及不同针刺过程状态下穴位特异性效应。Yu等[30]从功能性脑网络和机器学习的方法，对比捻转与提插两种针刺手法对脑电信号通道的相位同步，结果捻转手法的同步度明显高于提插手法的同步度，从机器学习分类的功能性脑网络特征看，发现节点间性和小世界网络指数的结合是针灸手法分类的有效因素。Yi等[31]对“足三里”以4种不同频率的刺激，分析EEG信号节律的复杂性变化，发现针刺时δ节律的复杂性低于针刺前，α节律的复杂性高于针刺前，β、θ及γ节律没有明显变化，其中在针刺频率为 200 r/min 时上述变化效果最佳。也有研究者[32]观察不同频率均匀捻转手法针刺足三里引起的脑电变化，分析脑功能网络连接图发现，针刺后脑功能网络连接较针刺前增强，表明大脑各核团之间的信息交流进一步加强。除此，Hsu等[33]针刺外关穴，观察EEG在电极T3、T4、O1和O2位置时，脑电波的变化，结果在针刺刺激过程中，各电极点，θ能量增加，起针后T3、T4点能量缓慢下降，在针刺过程中，只有α能量有统计学差异，并且在T3点增加，但5 min后能量下降。由上可知，不同针法、不同针刺手法、刺激时间、刺激频率及刺激量，不同针刺过程状态，均能引起EEG特征性变化，一定程度上揭示针刺腧穴效应影响因素特异性机制，相比而言，不同针法干预研究较多，涉及电针、磁刺激、热敏灸等，更具广泛性和可信性；下一步可以考虑将针法、针刺手法、刺激时间和刺激量等多种影响因素整合研究，从电生理学方面深入探究针刺效应的中枢整合机制。

6 小结

综上所述，无论是基础研究还是临床研究，均能从生理状态、病理状态两方面，基于EEG技术观察针刺不同单穴、不同配伍组穴和针刺得气，不同针法及不同针刺参数等均能引起相应脑电信号的显著变化，且针刺效应是通过改变脑电图频率、波形、波幅以及不同脑电波相应脑功能区特征性参数和对脑功能状态的影响发挥作用，从而初步验证了针刺腧穴效应特异性、针刺得气效应和针刺时间效应、针刺效应影响因素特异性，进而从电生理学角度揭示了针刺具有多靶点、多途径、多层次和整体性发挥效应的中枢作用机制。

总之，将针刺与脑电图结合应用在针刺效应机制研究中，充分考虑到脑电信号的非线性、时变及非平稳特性，同时将用非线性动力学，机器学习法应用，分析不同针刺效应的脑电图特征性变化，从脑电生物活动的动态变化研究针刺对脑电活动及功能状态影响，观察到针刺效应作用靶点的脑功能变化，为针刺效应中枢机制的研究提供更多依据。此外，EEG技术在针刺效应中枢机制研究中有一定的成效，但还存在一定的不足，需进一步探究：①可以对针刺效应特异性之关键因素-经络，从不同经脉穴位之间及同经脉不同穴位之间针刺特异性进行研究；②在研究中从临床研究设计、研究对象和干预措施均应严格遵循真实世界研究规律，统一规范标准、严格操作，使结论更可信；③多学科交叉互补，不断探索适合不同研究要求的脑电信号提取和分析方法，将EEG高时间分辨率与 fMRI高空间分辨率结合，实现最优的时空结合针刺效应研究机制；④进一步加强针刺效应脑功能调控网络方面的研究，让脑电图技术发挥更大的潜能。