无先兆偏头痛患者针刺治疗后双侧楔叶的镜像同伦功能连接改变

张亚男，刘璐，张雅杰，刘大鹏，刘妮，汪振佳，王麟鹏，霍健伟*

偏头痛是一种常见的神经系统疾病，主要特征为单侧剧烈搏动性头痛[1]，其患病率高、致残率高、医疗负担重，严重影响患者的生活和工作质量[2-3]。临床上以无先兆偏头痛(migraine without aura，MwoA)居多。针刺治疗可减少偏头痛发作天数、频次，降低头痛严重程度，改善患者生活质量[4-6]。其效果与预防性药物治疗相同，甚至更好[7]。因此，世界卫生组织推荐针刺治疗偏头痛，因为它安全、有效且无副作用。然而，针刺治疗偏头痛的中枢机制尚未完全阐明，其影响大脑神经元活动的靶向脑区也不明确。目前急需研究探索针刺治疗无先兆头痛的神经机制。

静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)已被广泛用于寻找针刺治疗偏头痛所调节的靶向脑区。体素-镜像同伦功能连接(voxel-mirrored homotopic connectivity，VMHC)是一种新的rs-fMRI 分析指标，用于评估双侧大脑半球之间的功能连接程度。主要通过描述左右半球对称区域自发活动的高度同步来反映半球间的信息交流和协调功能[8]。既往rs-fMRI 研究发现了MwoA 患者前扣带回VMHC 降低，并与前扣带皮层膝部各向异性分数降低呈正相关[9]。另有研究观察到月经性偏头痛患者双侧额中回、楔前叶、前扣带回和中央后回的VMHC 较健康对照明显升高[10]。最近研究发现MwoA 患者双侧丘脑间的VMHC 异常增强，且以丘脑为种子点做与全脑的功能连接分析，观察到与左侧额上回、额中回存在功能连接的增强，并与头痛程度或发作频率呈负相关[11]。截至目前，关于偏头痛患者与健康人间VMHC 的变化仍不十分明确，通过查阅国内外相关文献，目前没有治疗后偏头痛患者VMHC 动态变化的研究。

因此，本研究提出MwoA 患者可能存在不同于健康对照组的疼痛相关脑区VMHC 的异常变化，针刺治疗后这些异常可能得到改善，VMHC 的改变也可能与临床评分存在一定的相关性。本研究通过收集MwoA患者和健康对照组的临床和影像数据，旨在探索MwoA 的病理靶点及针刺治疗调节的脑区，有望为今后的靶向治疗提供客观依据。

1 材料与方法

1.1 一般材料

2017 年2 月至2021 年12 月，首都医科大学附属北京中医医院针灸科门诊前瞻性地招募MwoA 患者，同时通过网络宣传及社区招募健康对照者。所有受试者在试验前均了解了课题内容，并签署了知情同意书。本研究通过了北京中医医院医学伦理委员会的审核(批准文号：2021BL02-055-02)。研究中关于人类的研究遵循《赫尔辛基宣言》(2013年修订)。

所有受试者的筛选及评估由有经验的针灸科医生完成。MwoA患者纳入标准如下:(1)符合国际头痛疾病分类Ⅲ(ICHD-3 beta)诊断标准[1]；(2)年龄18～65岁；(3)右利手；(4)至少1 年的偏头痛病史；(5)偏头痛发作频率至少每月2 次。健康对照组入组标准除没有偏头痛病史外，性别、年龄和受教育程度需与MwoA患者相匹配。所有受试者的排除标准为：(1)其他类型的头痛；(2)其他神经系统疾病和精神障碍；(3)危及生命的严重疾病，如心血管疾病、急性传染病等；(4)怀孕、哺乳和备孕期；(5)近3个月使用预防偏头痛药物和针灸治疗；(6) MRI检查和针灸治疗的任何禁忌证；(7)颅脑严重结构异常；(8)酗酒、吸毒。

收集所有受试者的基本信息，包括性别、年龄、受教育年限和患者的病程。此外，所有患者需要详细记录头痛日记，包括头痛的部位、频率、强度、天数、伴随症状等。采用视觉模拟评分(Visual Analogue Scale，VAS)、头 痛 影 响 测 试-6 (Headache Impact Test-6，HIT-6)问卷、偏头痛残疾评估(Migraine Disability Assessment，MIDAS)问卷、贝克焦虑量表(Beck Anxiety Inventory，BAI)和贝克抑郁量表(Beck Depression Inventory，BDI)进行基线和4 周针刺治疗后的评估。VAS 评估头痛的严重程度，患者自己根据自身感受，将疼痛赋予数值，范围为0～10，其中0 为无痛，10 为能感受到的最剧烈的疼痛。HIT-6 用来评估头痛对生活的负面影响程度，6 道问题，分数从36～78 分不等，分数越高，说明对生活影响越大，60 分以上为严重影响，56～59分为较大影响，50～55分为有一定影响，49 分以下则为无影响。MIDAS 是偏头痛对生活、工作及家庭的负担进行评估，0～5 分说明很少或没有负担，6～10分轻度负担，11～20分中度负担，21分及以上为重度负担。BAI 对评估患者焦虑状况的自测量表，共21 个问题，15～25 分为轻度焦虑，26～35为中度焦虑，36分以上为重度焦虑。BDI也是通过21道问题评估患者抑郁状况。10分及以下为无抑郁，10～15 分说明有轻度情绪不良，但没有达到抑郁的标准，总分大于15 分，表明已有抑郁，而当大于25 分时，说明抑郁程度已经比较严重了。

本研究招募了75名患者，其中57人完成了针刺治疗和两次fMRI扫描。由于运动伪影和临床评估不完整，排除3例病例，其中2例头动校正平移超过3 mm，1例临床资料缺失。46名性别、年龄和受教育年限相匹配的健康对照者参与了研究，2例因头部运动明显而被剔除。最后，研究包括54名MwoA患者和44名健康对照者。

1.2 针刺治疗

由一名具有20年以上临床经验并在国家卫健委注册的针灸科医生对MwoA 患者进行每周3 次、连续4 周的针刺治疗，而健康对照组没有任何治疗。每次持续30 min。穴位的最终选择是根据临床经验和前期的随机对照试验研究确定的[12]。针刺部位有百会、神庭、本神、率谷及风池。具体手法为向鼻尖方向斜刺风池(双侧) 0.8～1.2寸，从前向后平刺百会、神庭及本神(双侧) 0.5～0.8 寸，从上向下平刺率谷(双侧) 0.5～0.8 寸，使患者胀(痛)得气，平补平泻。针型为一次性消毒钢针(直径0.25 mm，长度40 mm，华佗针，苏州，中国)。所有患者均采用同样的针刺治疗方法，除针刺外无其他治疗方法。

1.3 磁共振检查

所有fMRI数据均在首都医科大学附属北京中医医院放射科3.0 T MRI 扫描仪(德国，埃尔朗根，西门子医疗系统，Skyra)上获取。头线圈为自带的二十通道相控阵线圈。数据采集被安排在患者的发作间期完成，这意味着患者在扫描前后至少72 h 内没有偏头痛发作。受试者仰卧在扫描床上，使用海绵垫固定头部，尽量减少头部活动，佩戴入耳式耳塞降低机噪音对受试者的影响。检查过程中，要求受试者不动，保持清醒和放松，闭眼，不思考任何特别的事情。

首先获得T1 加权像：重复时间2300 ms：回波时间2.32 ms，体素0.9 mm×0.9 mm×0.9 mm，层数192，间隔0；翻转角度8°，视野240 mm×240 mm，矩阵256×256。然后扫描回波平面成像序列，参数如下:重复时间3000 ms，回波时间30 ms，体素2.3 mm×2.3 mm×3.0 mm，层数40；翻转90°角，视野220 mm×220 mm，矩阵94×94，时间点150 s。

1.4 rs-fMRI的预处理及指标计算

基于MATLAB R2015b,使用脑成像数据处理与分析工具箱(DPABI，http://rfmri.org/DPABI)和统计参数图(SPM 12，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)对图像进行预处理分析。详细的预处理步骤包括：(1)将原始DICOM数据转换成NIFTI格式。(2)删除每个受试者前10 个时间点的数据。(3)时间层校正消除采集时间的差异。(4)头动校正，所有头部向任何方向运动导致平移3 mm 和(或)旋转3°的受试者都被排除。(5)将功能像配准到T1 解剖图像，然后以蒙特利尔神经学研究所的空间进行标准化，并重新采样为3 mm×3 mm×3 mm体素大小。为了结果更加准确，将白质、脑脊液和Friston 24个头部运动参数作为协变量进行回归分析。(6)为降低低频数据引起的漂移和生理性高频噪声的影响，进行时域带通滤波(0.01～0.1 Hz)和去线性漂移。(7)最后，用4 mm×4 mm×4 mm半高宽的高斯核对图像进行平滑处理。

VMHC 的获得是计算半球内对称体素剩余时间序列之间的皮尔逊相关系数。然后通过FisherZ变换将计算得到的相关系数转换为归一化的Z值。并在组间进行进一步分析。

1.5 统计学分析

使用SPSS 22.0软件对临床数据进行统计分析。采用卡方检验检测针刺治疗前MwoA患者和健康对照组的性别差异。采用两组双样本t检验比较年龄、文化程度等连续变量。采用配对t检验比较针刺治疗后所有MwoA 患者偏头痛天数、VAS、HIT-6、MIDAS、BAI、BDI等指标与基线数据的变化。P＜0.05表示差异具有统计学意义。

fMRI数据统计检验在DPABI工具箱中完成。计算健康对照组和MwoA患者基线数据、健康对照组和针灸治疗后MwoA数据的VMHC值，采用两样本t检验，将性别、年龄和受教育年限作为协变量。采用配对t检验比较患者治疗前后VMHC差异。将VMHC差异显著的脑区作为感兴趣区，提取数值进一步进行相关性分析。多重比较采用高斯随体场理论(Gaussian random field，GRF)，将统计阈值设置在体素水平P＜0.001和组水平P＜0.05。

对所有MwoA 患者针灸治疗前后双侧楔叶VMHC值与临床评分变化情况进行Pearson 相关性分析。这些相关分析的显著性水平为P值＜0.05。

2 结果

2.1 人口统计学基线数据及临床特征

MwoA 患者与健康对照组在性别、年龄、受教育年限等方面差异无统计学意义(P＞0.05) (表1)。

表1 MwoA患者与健康对照组的基线特征Tab.1 Baseline characteristics of MwoA patients and healthy controls

2.2 临床预后

与基线评估相比发现针刺4周后，患者在偏头痛发作天数、VAS、HIT-6、MIDAS、BAI 和BDI 方面均有显著改善(P≤0.001) (表2)。

表2 MwoA患者针刺治疗前后临床指标的变化Tab.2 Clinical outcome measures before and after acupuncture treatment in MwoA patients

2.3 VMHC结果

与健康对照组相比，针刺前MwoA 患者双侧小脑Ⅷ区、楔叶和中央后回VMHC降低，而针刺后患者双侧小脑Ⅷ区和中央前回VMHC 降低。针刺治疗后，MwoA患者双侧楔叶VMHC 较针刺治疗前明显升高。上述VMHC更改的细节如表3和图1所示。

图1 无先兆偏头痛患者治疗前后、健康对照之间体素-镜像同伦功能连接(VMHC)显著变化的脑区。1A示蓝色区域为相比健康对照组，针刺前患者VMHC减低的脑区；1B示针刺后患者较健康对照组VMHC减低的脑区(蓝色)；图1C示针刺治疗后相比治疗前VMHC增加的脑区位于双侧楔叶(红色)。Fig. 1 Brain regions that showed markedly changed voxel-mirrored homotopic connectivity (VMHC) among migraine without aura patients before and after acupuncture treatment and healthy controls.The blue areas in the figure 1A were the brain areas with reduced VMHC between patients before acupuncture compared with healthy controls.The brain areas with reduced VMHC in patients after acupuncture versus healthy controls were shown in blue in the figure 1B.The brain areas with increased VMHC after acupuncture compared to before treatment were located in the bilateral cuneus(red areas)in the figure 1C.

表3 MwoA患者治疗前后、健康对照之间VMHC的变化Tab.3 The VMHC changes among MwoA patients before and after acupuncture and healthy controls

2.4 双侧楔叶VMHC与临床指标的相关性

MwoA患者经针刺治疗后，双侧楔叶VMHC增加与BAI评分改善呈正相关(r=0.291，P=0.033)，见图2。双侧楔叶VMHC的变化与偏头痛天数、VAS、HIT-6、MIDAS和BDI的变化无明显相关性(r=0.852，r=0.695，r=0.218，r=0.324，r=0.637，P＞0.05)。

图2 无先兆偏头痛患者针刺治疗后双侧楔叶体素-镜像同伦功能连接(VMHC)与贝克焦虑量表评分改善的相关性。Fig. 2 Correlation between the voxel-mirrored homotopic connectivity(VMHC) in the cuneus and Beck anxiety inventory changes in migraine without aura patients after acupuncture treatment.

3 讨论

本研究主要关注MwoA患者发作间期以及针刺治疗后VMHC 的变化，并探讨这种治疗背后的潜在神经机制。研究结果表明，与健康对照组相比，针刺前MwoA患者双侧小脑Ⅷ、Ⅰ区、楔叶和中央后回的VMHC明显降低。针刺治疗后，患者的头痛天数明显减少，头痛程度减低，对生活的影响，以及情绪方面也有一定改善。rs-fMRI 结果显示患者双侧楔叶VMHC 明显高于针刺治疗前。有趣的是，楔叶是横向和纵向研究重叠的脑区。此外，双侧楔叶VMHC 针刺前后的变化与BAI评分的改善呈正相关。

3.1 MwoA患者与健康对照组的横向研究

本研究对MwoA患者和健康对照组的基线rs-fMRI数据进行了组分析，观察到一些对称脑区VMHC受损。小脑公认为是疼痛矩阵的一部分，参与情绪、高级认知功能、感觉功能和运动控制相关的多种疼痛加工维度[13-14]。先前的fMRI 研究已经证实了偏头痛患者存在小脑的功能和结构异常。一项诱发三叉神经痛的试验将54例偏头痛患者和健康对照组进行对比发现患者小脑半球Ⅵ、Ⅶb 及Ⅷa、小脑脚Ⅰ和Ⅵ区灰质体积显著增大，同时患者还有导水管周围灰质和左侧小脑脚Ⅰ区(刺激的同侧)之间的功能连接增强，小脑脚与丘脑及其他高级皮层间功能连接减弱。小脑脚同时出现了功能和结构的异常，它与大脑皮层的颞叶、额叶和顶叶的高级认知区域密切相关[15]。有研究观察了静息状态时14 例MwoA 患者和健康对照组灰质体积的变化，发现了患者双侧小脑、左侧小脑脚Ⅰ区灰质体积较健康人缩小[16]。小脑体积的缩小也被报道出现在前庭性偏头痛的患者中[17]。具体的偏头痛对小脑灰质体积的影响结果争议不断。同时，有研究认为右侧小脑与右侧内侧前额叶皮层之间的功能连接增强，推测小脑可能通过认知调控机制参与疼痛感知[18]。尽管部分结果有所不同，但大部分研究都确认了小脑与偏头痛有关，可能是由于小脑与认知功能的高级中枢相联系。无论如何，本研究创新地通过rs-fMRI 的VMHC 指标探索偏头痛患者小脑半球的VHMC 变化，结果提示小脑参与了偏头痛发作和调节的过程，可能是一种失代偿表现。

除了小脑外，本研究还发现患者双侧中央后回VMHC降低，大量研究证实中央后回主要涉及识别疼痛感觉过程。先前的一项与脑干相关的基于种子点的rs-fMRI研究显示，右侧黑质和右侧中央后回之间的功能连接减弱，并进一步发现这种连接减弱与偏头痛持续时间呈负相关[19]。这些网络的破坏可能会改变MwoA 患者的躯体感觉皮层的功能模式，导致其功能障碍，并且在初级体感觉皮层和颞叶皮层之间也发现了这种变化[20]。此外，在一些研究中发现了此区域结构的变化。与对照组相比，34 例MwoA 患者双侧中央后回皮质增厚。该区域的平均厚度与病程和估计终生头痛频率呈正相关[21]。中央后回在偏头痛的病理生理学中起着至关重要的作用。皮质和皮质下结构的神经可塑性变化可能是周期性偏头痛长期过度刺激皮质的原因或结果。此区域结构和功能异常增加了我们对偏头痛的中枢机制的认识。

楔叶位于枕叶，通过将注意网络自上而下的信息传递给视觉皮层，参与视觉选择性注意[22]。在之前的研究中，MwoA 患者右侧丘脑和右侧楔叶之间的功能连接增强。进一步的相关分析表明，两者之间的功能连通性改变与广泛性焦虑障碍评分呈负相关[23]。楔叶在发作间期较高的激活可能与代偿和缓解头痛有关。本研究发现双侧楔叶VMHC 减弱，可能是一种失代偿，说明偏头痛可使MwoA 患者静息状态下视觉皮层的VMHC发生改变。这种变化被另一项探讨MwoA患者视觉网络变化的研究所证实，他们发现患者存在视觉网络内部以及与其他脑网络相关脑区功能连接失调，部分脑区神经环路功能损伤，并且随着病情的持续进展，MwoA患者部分代偿脑区呈失代偿改变[24]。

3.2 MwoA患者针刺治疗前后纵向研究

在对rs-fMRI 数据的纵向研究比较中发现针刺治疗后较治疗前双侧楔叶的VMHC明显升高。关于针灸的神经影像学研究已经证实了针刺能够引起偏头痛患者的大脑反应，主要调节的脑网络区域包括额叶、颞叶、枕叶、顶叶、间脑、脑干和小脑等[25-26]。一项随机对照研究比较了长期针刺诱发的脑活动区域同质性的差异。与非穴位相比，穴位的脑反应更广泛、更明显。大多数区域与疼痛矩阵、外侧和内侧疼痛系统、默认模式网络和疼痛处理的认知成分有关[27]。与本研究一致的是，针刺激活穴位治疗后，楔叶功能连接增加。这种表现也在电针率谷穴治疗偏头痛的fMRI 研究中得到证实[28]。此外，还有研究发现了楔叶结构的异常。该研究将有反应者定义为偏头痛天数减少50%以上的人，希望通过基线脑灰质体积预测针刺治疗偏头痛的疗效。在4周的针灸治疗后，有反应者显示出左侧楔叶灰质体积的增加，而无反应者没有[29]。然而，上述两项研究并没有发现楔叶结构或功能变化与针刺治疗MwoA 的临床疗效之间的相关性。二者都缺乏健康组的对照，且前者的样本量很小。本研究显示双侧楔叶VMHC值针刺前后的变化与BAI 评分呈正相关。这些结果表明针刺诱导的调节作用有可能通过增强双侧楔叶的激活来改善症状，尤其是患者的焦虑状况。这种情绪的调节在月经性偏头痛患者的针刺治疗中也得到了证实[30]。但具体两者之间的关系还需要后续因果研究加以证实。如果能够明确针刺前后VMHC的改善与临床疗效之间的确切关系，针刺中枢机制的研究将产生很大临床价值，为后续探索奠定基础。

3.3 局限性

本研究虽然有一些发现，但仍存在一些局限性。首先，除了部分脑区VMHC降低外，患者与健康对照组之间没有发现VMHC升高的脑区。VMHC的变化需要更多的研究确认。其次，针刺治疗偏头痛的疗效探索应分为反应组和无反应组，限于样本量有限，本研究没有涉及这方面内容，后续研究会扩大样本量完善此方向。第三，本研究仅观察了4 周的针刺疗效，关于针灸即刻和长期机制的研究需要在后续研究中补充。最后，本研究还没有明确证实大脑的功能改变是否与结构改变一致。因此，在今后的工作中应该包含结构和功能数据分析的多模态分析。

综上所述，本研究观察到MwoA 患者发作间期出现VMHC受损，主要涉及双侧小脑、视觉皮层和初级躯体感觉皮层。针刺治疗后临床疗效改善显著，并可调节双侧楔叶减弱的VMHC。本研究可能有助于更好地了解偏头痛发病的中枢机制和针灸治疗的调节作用。

作者利益冲突声明：全部作者均声明无利益冲突。