基于fNIRS技术观察针刺治疗对非器质性失眠症患者脑血氧变化的影响*

王子敬 徐一可 陈顶立 付 星 杜 渐 刘 颖

失眠患者的认知损伤为近年来研究最关注的问题之一。现有研究表明[1]，非器质性失眠症患者存在广泛的认知功能障碍，主要包括工作和情景记忆障碍[2]、执行控制功能缺陷[3]和注意力缺乏[4]，除此之外，社交关系受损、情绪调节障碍以及情绪信息的神经控制缺陷也是失眠患者的突出问题。研究证明[5]，情绪与认知功能之间存在重要联系，能否准确地识别他人的情绪面孔，并做出适当反应，一定程度上反映个体社会能力的状况，不同人群对情绪面孔的捕捉和识别存在差异，已有研究证实失眠患者对情绪面孔识别较正常人有差异[6]。且既往研究表明[7～9]，针刺会影响非器质性失眠症患者大脑的激活程度，调整其脑区激活状态。本研究通过近红外脑功能成像(fNIRS)，依据神经血管耦合现象，受试者在识别不同类型情绪面孔时会激发皮层神经元的兴奋，即会出现皮层大脑含氧血红蛋白(oxygenated hemoglobin，oxy-Hb)浓度变化，通过近红外功能成像技术，检测针刺前后非器质性失眠症患者进行情绪面孔识别时oxy-Hb浓度及脑区的激活程度，并分别与健康对照组进行对比，提供针刺治疗失眠疗效及改善失眠患者情绪调节障碍的客观证据，阐明针刺治疗失眠的机理。

1 对象与方法

1.1 对象 选取2021年2月～7月就诊于北京中医药大学东直门医院针灸科门诊非器质性失眠症患者作为治疗组。纳入标准：(1)符合国际疾病分类第10版(ICD-10)非器质性失眠症[10]的诊断标准；(2)病程超过4周；(3)年龄18～65岁；(4)无心脑血管、内分泌等严重躯体疾病；(5)入组前匹兹堡睡眠质量指数(Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI)[11]评分≥7分；(6)为右利手。排除标准：(1)无法完成试验；(2)有严重其他系统疾病需要治疗者；(3)经检查证实属于器质性疾病或精神活性物质和非成瘾物质所致失眠患者；(4)长期口服镇静类药物者。治疗组最终入组30例，其中男8例，女22例，年龄(42.85±13.15)岁。同时招募健康志愿者作为对照组，对照组纳入标准：(1)年龄18～65岁；(2)无心脑血管、内分泌等疾病；(3)PSQI评分<7分。对照组共纳入32例，其中男14例，女18例，年龄(39.05±14.40)岁。两组性别、年龄等一般资料比较差异均无统计学意义(P>0.05)。两组均已签署知情同意书。本研究经中国中医科学院中医临床基础医学研究所伦理委员会审定批准(编号: P20006/PJ06)。

1.2 方法

1.2.1 治疗方法 治疗组予2周针刺治疗，对照组不予针刺治疗。穴位：百会、神门、内关、三阴交、照海。配穴：心脾两虚加心俞、脾俞；心胆气虚加心俞、胆俞；阴虚火旺加太溪、太冲；肝郁化火加行间、太冲、风池；痰热内扰加中脘、丰隆、内庭。腧穴定位参照《中华人民共和国国家标准·经穴部位 GB 12346-90》[12]。针具：使用贵州安迪牌一次性针灸针，规格为0.25 mm×40 mm(1.5寸)操作：嘱受试者取仰卧位，暴露针刺区域，常规消毒后，针刺所选定的腧穴，百会平刺0.5寸，内关直刺0.8寸，神门直刺0.5寸，三阴交1.2寸，照海直刺0.5寸，体型肥胖患者可适当增加针刺深度，针刺得气后，三阴交、照海穴行补法，百会、神门、内关平补平泻，留针20 min。疗程：隔日针刺1次，每周治疗3次，连续治疗2周后观察疗效。

1.2.2 实验方法 (1)fNIRS检测：采用近红外脑功能成像仪(NIRx Medizintechnik GmbH，Germany NIRcout1624)进行任务态fNIRS检测，采用Prfmotor模版，探测光波长为760 nm和850 nm，采样频率6.25 Hz，测试阵列由16个发射光源和16个接收探头组成(共46个通道)，光源、探头之间距离为3 cm，测试区覆盖双侧的额叶及顶叶脑区(见图1)。在普通室内进行，测试过程中要求保持环境安静，每次1例患者独立参加，要求其测试前24 h内禁用酒精制品、兴奋性饮料及安眠药。测试前对检测者进行培训，统一测试程序与指导语。患者进入实验室后，检测者向其介绍测试经过，休息10 min后进行fNIRS测试：患者取端坐位，尽量放松，保持头部不动，调试探头，待通道全部显示信号接通后开始正式测试。fNIRS技术是将近红外光直射于头皮表面，利用生物组织在近红外光谱(波长范围大概在650～1 000 nm)具有低吸收、高散射的特性，而血液中的含氧血红蛋白(oxyhemoglobin, HbO2)对特定波段近红外光进行吸收。通过测定大脑皮质中特定波段散射光的强度，并利用朗伯比尔定律(Beer-Lambert law)完成原始光学数据到血氧浓度的转换，可测量oxy-Hb的浓度，以激活脑区的氧合血红蛋白浓度为指标评价疗效。(2)任务态试验：实验为event实验设计，任务基于E-prime 2.0程序编写，从“中国面孔表情图片系统”中选取中性、负性情绪面孔各40张作为视觉通道的刺激材料，男性、女性面孔各半，作为任务图片，为避免面部特征、性别、吸引力等无关因素，以上图片均匹配愉悦程度、唤醒度、情绪动机等参数，并使用制图软件统一大小与分辨率；80张任务图片每张呈现1次，顺序为随机出现，组成80个试次(trail)，每次任务开始时，首先出现一个“+”在屏幕中央作为注视点，呈现时间为800 ms，随后注视点消失在屏幕中呈现一个情绪面孔(中性或负性情绪面孔图片)，一般呈现时间为3 000 ms，实验任务要求患者判断情绪面孔的类型，用右手做出正确的按键反应，即中性情绪面孔按2键，负性情绪面孔按3键，面孔消失后黑屏1 000～1 200 ms后进行下一个试次，循环直至实验结束，在正式测试前对患者进行2 min的实验任务训练，训练结束后即开始测试。

注：测试阵列由16个发射光源(红色)和16个接收探头(绿色)组成(共46个通道)，光源、探头之间距离为3 cm，测试区覆盖双侧的额叶及顶叶脑区

1.2.3 数据处理 应用nirslab软件对数据进行预处理及分析，首先，将原始光强信号转换为光密度数据；其次，通过带通滤波(0.01～0.1 Hz)去除呼吸、心跳等高频噪声及低频数据漂移；第三，采用比尔-朗伯定律(Beer-Lambert Law)将光密度值转化为血红蛋白的相对浓度。分别提取被试针刺治疗前、针刺治疗两周时每个患者每个通道的oxy-Hb浓度值并进行对比。

1.2.4 统计学方法 采用统计软件SPSS 22.0对数据进行处理，将所提取数据建立数据库，符合正态分布采用均数±标准差描述，不符合正态分布采用中位数法[Md(P25，P75)]描述，计算两组针刺治疗前、针刺治疗两周后oxy-Hb浓度，并以此为指标进行分析，符合正态分布应用t检验，非正态分布应用非参数秩和检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 治疗组针刺前与对照组在识别中性、负性情绪面孔时oxy-Hb浓度比较 在识别中性情绪面孔时，治疗组左侧额上回及额中回的oxy-Hb浓度低于对照组(P<0.05)。在识别负性情绪面孔时，治疗组右侧额叶及中央前回的oxy-Hb浓度高于对照组(P<0.05)。见表1。

表1 治疗组针刺前与对照组识别中性、负性情绪面孔时oxy-Hb比较[Md(P25，P75)]

2.2 治疗组针刺治疗前后注视中性、负性情绪面孔时oxy-Hb浓度比较

2.2.1 针刺治疗前后注视中性情绪面孔时oxy-Hb浓度的比较 在中性情绪面孔的条件下，针刺前后相比在左侧的眶回、直回，左侧额上回、额中回及额下回，右侧中央前回，右侧额上回的oxy-Hb浓度上升(P<0.05)；如图2所示，红色表示相关脑区oxy-Hb浓度较前增高，激活程度较前增加，蓝色表示相关脑区oxy-Hb浓度较前降低，激活程度较前下降，颜色深浅与变化的强弱呈正相关，可见在针刺治疗2周后，左侧的眶回、直回，左侧额上回、额中回及额下回，右侧中央前回，右侧额上回的oxy-Hb浓度上升(P<0.05)。见表2、图2。

表2 针刺前后在中性情绪面孔下oxy-Hb的组内比较[Md(P25，P75)]

图2 针刺前后在中性情绪面孔下oxy-Hb的组内比较(P<0.05)

2.2.2 针刺治疗前后注视负性情绪面孔时oxy-Hb浓度的比较 在负性情绪面孔的条件下，针刺前右侧中央前回的oxy-Hb浓度为5.16(-1.92,13.17)，针刺后为0.93(-7.82,4.80)，针刺后在右侧中央前回的oxy-Hb浓度较针刺前下降(Z=-2.68,P=0.007)。如图3所示，以红色表示相关脑区oxy-Hb浓度较前增高，激活程度较前增加，蓝色表示相关脑区oxy-Hb浓度较前降低，激活程度较前下降，颜色深浅与变化的强弱呈正相关，可见在针刺2周后，在顶叶部位出现广泛脑区激活程度的下降，其中右侧中央前回激活程度下降(P<0.05)。

图3 针刺前后在负性情绪面孔oxy-Hb的组内比较(P<0.05)

2.3 治疗组针刺后与对照组在识别中性、负性情绪面孔时oxy-Hb浓度的比较 针刺后，在识别中性情绪面孔条件下，治疗组右侧顶叶中央前回oxy-Hb浓度为-0.29(-5.33,6.25)，对照组为-3.56(-14.19,1.91)，治疗组右侧顶叶中央前回的oxy-Hb浓度高于对照组(Z=-2.05,P=0.040)，在识别负性情绪面孔条件下，治疗组额顶叶oxy-Hb浓度与对照组比较差异无统计学意义(Z=-0.934,P=0.350)。

3 讨论

近年来，神经影像学的发展为我们探索针灸治疗非器质性失眠症的机制提供了可能。神经血管耦合现象的发现是神经影像学发展的基础，即脑内神经元兴奋性增加，可引起脑血流动力学改变[13]，而血流动力学的改变即可引起脑内oxy-Hb的浓度变化。近红外脑功能成像是神经影像学的一种，其具有一定的穿透能力，可以到达组织体几厘米的深度[14]。血液中的含氧血红蛋白(oxyhemoglobin, HbO2)和脱氧血红蛋白(de-oxyhemoglobin, HbR)等，这些物质对近红外波段光谱的吸收具有差异性，近红外脑功能成像就是通过测定组织中的血氧浓度来完成对大脑的检测[15]。本研究中，受试者在识别不同类型情绪面孔时会激发皮层神经元的兴奋，依据神经血管耦合现象，即会出现皮层oxy-Hb浓度变化，通过近红外功能成像技术，检测其针刺前后识别情绪面孔时大脑皮层的oxy-Hb浓度并与健康志愿者做对比，结果表明：失眠患者经针刺治疗前，其注视负性情绪面孔时oxy-Hb浓度高于健康对照组，主要表现在右侧中央前回，在注视中性情绪面孔时oxy-Hb浓度低于健康对照组，主要表现在左侧额上回及额中回；针灸治疗前后进行比较，在注视负性情绪面孔时右侧中央前回oxy-Hb浓度下降，在注视中性情绪面孔时左侧额叶广泛的oxy-Hb浓度较前上升，且同时在右侧额叶及中央前回呈现同样变化，为双向调节的现象；针刺后与健康对照组比较，在注视中性情绪面孔时右侧中央前回oxy-Hb浓度高于健康对照(P<0.05)，其左侧额上回及额中回较健康对照组差异无统计学意义，注视负性情绪面孔时oxy-Hb浓度与健康对照组比较差异无统计学意义。这提示针刺治疗具有双向调节作用，既能降低异常兴奋的脑区，又能激活未正常兴奋的脑区。

既往研究发现，情绪面孔识别主要由额内侧回参与[16]，额内侧回位于额叶内侧面的前区，可连接到额上回及中央前后回延伸到内侧面的部分[17]，是参与高级认知及情绪活动的重要脑区[18]。本研究中额叶内侧面无法被直接探测到，但在针刺治疗前后，情绪面孔刺激的条件下，额上回及中央前回均会出现相应的oxy-Hb浓度变化，均在以额内侧回为中心的网络中[19]，从侧面证实额内侧回功能经针刺治疗后得到调整。

心理学理论认为，情绪信息较中性信息会引起更快更多的注意，其中以负性情绪信息更加显著，这称为情绪的负性偏向现象[20]。而对情绪信息的注意控制能力下降是情绪障碍的典型症状[21]。有研究表明慢性失眠患者对情绪面孔的信息处理能力较健康人明显下降，同时可能存在负性信息偏好，及负性情绪信息一致性记忆[6,22]。亦有研究表明，高焦虑个体对负性表情面孔有显著注意偏向[23]，而失眠患者大多具有焦虑[24,25]。有研究发现[26]失眠患者对捕捉情感表达的敏感性降低和处理能力下降。综上，非器质性失眠症患者对负性情绪的高注意及低处理必然会导致大脑异常兴奋代偿来维持对情绪信息的处理能力。本研究中，针刺后失眠患者注视负性情绪面孔时oxy-Hb浓度显著下降及治疗后失眠患者与健康对照组在注视负性情绪面孔时无显著差异性亦从侧面证实了这一点。同时也说明针刺治疗在改善失眠患者的负性信息偏好等症状上有优势。针刺后失眠患者注视中性情绪面孔时oxy-Hb浓度较前上升且高于健康对照组(P<0.05)，提示针刺对失眠患者脑区激活的调节并非一蹴而就，可能存在着先提高至正常以上，再降至正常的波动。但由于治疗时间不足及样本量有限等因素的影响，仍需要进一步研究。

传统中医学认为失眠病机为“阳盛阴衰，阴阳失交”，《灵枢·邪客》载“……则卫气独卫其外。行于阳不得入于阴，行于阳则阳气盛，阳气盛则阳跷陷，不得入于阴，阴虚，故目不瞑。”指出失眠与营卫运行失常密切相关，且阴阳跷脉是营卫运行的重要通道[27]。《灵枢·寒热病》载“入脑乃别阴跷、阳跷，阴阳相交，阳入阴，阴出阳，交于目锐眦，阳气盛则瞋目，阴气盛则瞑目。”说明阴阳跷脉入脑而主持脑中阴阳[28]，同时阴阳跷脉亦可联系脏腑，张洁古曰：“阴跷在肌肉之下，阴脉所行，通贯五脏，主持诸里，故名为阴跷之络。”因此可推断其亦能调节脏腑阴阳。《素问·痹论篇》云：卫气者，水谷之悍气……。营气者，水谷之精气”，《灵枢·邪客》：“营气者，泌其津液，注之于脉，化以为血……”营卫出于水谷，通过阴阳跷脉，灌溉充盈脏腑气血。《灵枢·营卫生会》载“老者之气血衰，其肌肉枯，气道涩，五脏之气相博，其营气衰少而卫气内伐，故昼不精，夜不瞑。”综上，充分说明“阳盛阴衰”是对全身气血状态的整体概括，而全身气血状态与神的功能紧密相连[29]，《灵枢·本神》曰：“……血脉、营气、精神，此五脏之所藏也。”《景岳全书》曰:“盖寐本于阴，神其主也。神安则寐，神不安则不寐。”均认为神与寐密切相关。本研究选穴中，百会为督脉穴，督脉入属于脑可调脑神，神门为心经原穴，可调心神，二者相配可安神，内关为心包经络穴，通阴维脉，三阴交为足三阴经交会穴，照海为阴跷脉穴位，三者相配补阴而纳阳，调整全身阴衰阳盛的状态。

《研经言·五志论》提出情绪是“元阳”运动的结果，其载“元阳者升于春……为怒之象也……元阳者泄于夏……喜之象也；元阳者收于秋……忧之象也……元阳者藏于冬……恐之象也。”而“元阳者平于中央，此时阴阳和匀……静观以持其常焉。”综上来讲，依据阴阳理论，活动的、机能亢进等方面的事物为阳；相对静止的、机能衰退等方面的物质属于阴[30]，那么以元阳之动为阳，之静之平为阴，在情绪信息中，喜乐、忧愁、恐惧、愤怒等正负性情绪为“阳”，相对的平静的中性情绪为“阴”。本研究中，治疗前注视负性情绪面孔时失眠患者oxy-Hb浓度高于健康对照组，注视中性情绪面孔时oxy-Hb浓度低于健康对照组，印证了“阳盛阴衰”的病机；经过治疗后，失眠患者在注视负性情绪面孔时oxy-Hb浓度较治疗前下降，在注视中性情绪面孔时oxy-Hb浓度较治疗前上升，阳消而阴长，较前明显改善。

综上，失眠患者针刺治疗2周后，额顶叶皮层的oxy-Hb变化具有差异性(P<0.05)，为针刺治疗非器质性失眠症，改善其认知功能障碍提供了新的证据，亦从侧面印证了祖国医学关于寤寐的阴阳理论。