李文文 徐桂芝 陈小刚 杨 硕 于洪丽

(河北工业大学 电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津 300130)

引言

针灸是中医疗法之一，目前针灸应用于各种临床疾病的治疗已有数千年的历史。针灸的理论基础是经络学说，针灸治疗的基本手段就是刺激人体经络穴位。临床上常用的两种针刺穴位的手法是:手捻针刺穴位疗法和电针刺激穴位疗法。目前，国内外关于针刺穴位的研究报道很多，而有关磁刺激与传统中医穴位功效相结合方面的研究的资料报道很少。

皮肤、骨骼和脂肪传导性低，电刺激很难刺激到深部的组织和神经，且大的表面电流会使患者产生疼痛感甚至无法忍受。在磁刺激中，由于各生物组织或器官的磁导率是基本相同的，磁场容易透过皮肤和骨骼而达到深层组织，因而磁刺激技术可无创地应用于神经刺激以及深部神经组织中。磁刺激线圈不与受测试者身体有任何接触，不需要对皮肤进行任何预处理就可以直接刺激受损伤部位和暴露部位，不会引起疼痛，机体与外界无电联系，因而安全性好。因此，磁刺激较传统的电刺激有很多优点，这也正是磁刺激成为神经科学特别是脑神经研究热点的原因［1－4］。

内关穴为手厥阴心包经的络穴，又是八脉交会穴之一，此穴具有益气养心安神、疏通心脉镇痛、镇静宁神定志、疏肝开郁除烦、理气宽胸散结和胃降逆化浊、醒神开窍解痉、疏通气血止痛的功能，尤以养心安神、理气止痛为主［5］。内关穴临床应用广泛，疗效良好，有较高的临床应用价值，有很好的应用前景，目前国内外对于针刺内关穴的研究有很多报道［6］。胡建平等用手针和电针刺激右侧内关的 fMRI图像显示［7］，主要的激活大脑皮层功能区都是以双侧颞叶及额叶为主，刺激手法的不同激活的程度有所不同，针刺穴位对侧的大脑皮质功能区激活程度和范围均较同侧强且大。付平等电针刺激内关穴的fMRI显示［8］，正常被试的两侧额叶及颞叶均被不同程度激活。另外南方医科大学的黄泳也得出同样类似的结论［9］。本研究旨在通过磁刺激仪对内关穴进行刺激，并用叠加平均方法提取出诱发电位，对诱发电位进行源定位分析，验证磁刺激穴位的有效性，研究磁刺激穴位与针刺穴位激活大脑区域的异同。

1 材料和方法

1.1 实验对象

实验对象为13名健康的全日制硕士研究生，8男5女，年龄23～25岁，平均年龄24.6岁，皆为右利手，所有受试者无精神病及精神病史，在实验近期内无服用镇静药史，女性受试者避开月经期。所有受试者在实验前被告知要进行磁刺激右侧内关穴的脑电信号采集，并签署知情同意书。整个实验过程要求被试处于安静闭眼状态。

1.2 实验仪器介绍与实验数据获取

本实验采用英国Magstim公司生产的重复脉冲磁刺激器Rapid2设计磁刺激试验，刺激线圈选用直径70 mm的8字形线圈(磁场强度可达到2.2 T)，对右侧内关穴及内关穴附近非穴位点(假穴)进行刺激强度为 80%(即 2.2 T×80%)、刺激频率为0.5 Hz的重复脉冲磁刺激，每种刺激模式均刺激60次。脑电采集采用的是美国NeuroScan公司生产的脑电分析仪，同步记录在磁刺激状态下的脑电数据，并记录60 s被试安静状态下的脑电数据以作为对比数据。本实验电极位置按照国际标准导联10/20系统放置，分别记录了64导联脑电信号，采样频率为1 000 Hz，50 Hz陷波去除工频干扰，SynAmps放大器的放大倍数为500倍。参考电极为双侧乳突M1和M2，接地电极为GND电极，并满足皮肤阻抗<5 kΩ。

1.3 脑电信号处理方法

事件相关谱扰动(event-relatedspectral perturbation，ERSP)是由下式定义［10］

对于n次试验，Fk(f，t)是第k次试验在频率f和时间t处的时频分布，ERSP反映了刺激事件对功率谱的扰动。式(2)定义的是序间相干性(inter-trial coherence，ITC)［10］

|·|表示复数的模。ITC能够度量多次实验之间EEG频谱相位的一致性，ITC的取值在0～1，当值接近1时，表示各次实验之间的相位有着很好的一致性，当值为0时，表示刺激事件与脑电信号之间不存在相位同步关系。磁刺激脉冲间隔时间为2 s，刺激前1 s，刺激后1 s，为了避免数据点的重叠，并且选择尽可能多的数据点进行分析，使用Matlab7.0和EEGlab8.0分析了所有磁刺激脉冲刺激时刻前后512 ms(即512个点)，来计算所有刺激时刻前后的平均ERSP和ITC值，用以研究能量锁定和相位同步问题。

目前处理微弱生理电信号仍多采用叠加平均方法(或称相干平均法)［11］，多用于处理诱发电位。使用该方法的前提条件是:①诱发电位与噪声是相互独立的;②每次刺激后所获得的诱发电位波形是一致的;③噪声与刺激无关，且为随机信号。利用叠加平均技术的一个基本出发点是诱发电位与刺激信号具有严格的锁时关系，即认为每次诱发电位与刺激信号是同步出现的。本实验获取的磁刺激脑电信号属于微弱的生理电信号，并且满足叠加平均方法的前提条件和基本出发点。在对采集到的脑电数据进行了滤波、去除眼电肌电伪迹等一系列预处理，并且进行了ERSP和ITC分析后，然后再对数据进行叠加平均提取诱发电位。

2 结果

实验获得了13组磁刺激右侧内关穴的数据，数据首先经过滤波等预处理后，然后采用 Matlab7.0和EEGlab8.0对磁刺激内关穴位的13组脑电数据进行ERSP和ITC的分析处理，研究发现:13名被试的额区和顶区的电极都能记录到明显的诱发电位，其中以FCZ电极的ERP幅值最大。

以被试6为例进行说明，图1所示为磁刺激右侧内关穴时所得到的FCZ电极的ERP示意图，其中t=0时刻是刺激时刻，t=80 ms和t=150 ms在刺激时刻右方分别用黑线标记出来。

图1 被试6的FCZ电极的ERP示意。(a)相位序列;(b)叠加平均前的ERP波形;(c)ERSP;(d)ITCFig.1 The ERP image recorded by electrode FCZ of Subject 6.(a)phase-sorted trails;(b)the ERP waveform before superposed averaging;(c)ERSP;(d)ITC

图1中(a)和(b)分别为磁刺激内关穴时得到的FCZ电极记录到的相位序列图和叠加平均前的ERP波形图;ERSP相对于基线是有所提高和降低的，就说明能量对于时间锁定得很好，反之，说明能量对于时间没有锁时关系，图1(c)的ERSP图中刺激时刻前后的ERSP相对于基线是刺激前低，刺激后高，说明能量对于时间锁定得很好;ITC度量了多次实验之间EEG频谱相位的一致性，一般来说，ITC越接近于1，说明不同的实验，大脑对刺激的反应的波形走势越一致，相位就锁定得越好，那么可以通过平均获得很好的时域内的 ERP波，相反，越接近于0，则很难获得 ERP，图1(d)中所示 ITC从刺激时刻开始到刺激后200 ms左右比较接近1，说明大脑对刺激的反应波形走势是具有一致性的，相位锁定比较好，通过叠加平均可以得到时域内很好的ERP波，即体感诱发电位(somatosensory-evoked potentials，SEPs)。

实验获得的13组数据都是采用相同的分析方法进行处理的，分析结果显示13组被试的磁刺激内关穴的数据都能够在大脑的额区、顶区和颞区提取到明显的体感诱发电位(SEPs)，这与之前学者们针刺内关穴主要激活大脑的双侧额叶和颞叶，顶叶也有相对的激活的研究结果［7-9］是一致的。其中以电极 F1、FZ、F2、FC1、FCZ、FC2 记录到的诱发电位的幅值较大，FCZ电极记录到的幅值最大。

下面以被试6的结果为例进行说明，图2所示为被试6的FCZ电极在安静状态、假穴刺激状态和穴位刺激状态三种不同模式下的波形对照图，t=0时刻是磁刺激时刻。与安静状态和假穴刺激状态相比，内关穴穴位刺激状态在刺激后75～85 ms提取到一个负的诱发电位(N80)，在刺激后140～160 ms提取到一个正的诱发电位(P150)，而假穴刺激状态没有此诱发电位出现。表1所示为电极FCZ记录到的磁刺激状态下的13名被试的晚成分N80和P150的潜伏期和幅值对照表。

图2 被试6的N80和P150晚成分示意Fig.2 The late component N80 and P150 of Subject 6

表1 FCZ电极记录到的体感诱发电位(N80和P150)的潜伏期及幅值对照表Tab.1 The latency and amplitude of SEPs(N80and P150)at electrode FCZ

CURRY是功能非常强大的电磁溯源分析定位和可视化工具，该软件在世界上处于最领先地位，推动了神经(脑)影像的飞速发展。本研究使用CURRY5.0软件，来定位穴位刺激所特有的体感诱发电位N80和P150的解剖学上相应的大脑功能区。头模型与真实头的吻合度可以用来衡量说明定位的精确度，有文献指出吻合度大于90%的头模型就是好的模型［12－13］。CURRY5.0完全可以达到这个要求，能够保证定位的精确性。

对诱发电位的N80成分进行源定位分析，其位置位于大脑的额上回，如图3中偶极子分别在大脑冠状面、矢状面、水平面和三维视图的位置所示。额叶具有高级认知功能，比如语言、决策、学习、抽象思维、情感等，还负责自主运动的控制。夏勇在1989年就研究发现用激光及针刺左侧内关穴［14］，会引起正中神经体感诱发电位N80的升高，N80的增高与镇痛效应相关。既往的研究报道称该波在睡眠和针刺镇痛中增高。睡眠态人体对外界刺激的感受性下降，针刺镇痛效应的产生是对痛的意识性感受的抑制作用，显然，这两种情况在心理效应上是一致的。

图3 N80的等效偶极子源定位结果示意。(a)冠状位;(b)矢状位;(c)水平位;(d)三维视图Fig.3 Schematic projection of the location of single equivalent dipole of N80.(a)coronal position;(b)sagittal position;(c)horizontal position;(d)threedimensional view

对诱发电位的P150成分进行源定位分析，其位置位于扣带回前部，如图4中偶极子分别在大脑冠状面、矢状面、水平面和三维视图的位置所示。扣带回位于大脑半球内侧面胼胝体上方，是大脑的边缘系统的一部分。其功能牵涉情感、学习和记忆。还有文献［12］指出，扣带回有痛觉感知、痛觉识别以及抑制疼痛的作用。前扣带回功能复杂，其不同分区执行不同功能，与自我监控、情绪调节和控制等功能有关，前扣带回背侧与认知任务依赖的网络密切相关，而前扣带回腹侧为默认状态网络的重要脑区，与情绪、心境、自我控制等有关。

图4 P150的等效偶极子源定位结果示意。(a)冠状位;(b)矢状位;(c)水平位;(d)三维视图Fig.4 Schematic projection of the location of single equivalent dipole of P150.(a)coronal position;(b)sagittal position;(c)horizontal position;(d)threedimensional view

3 讨论与结论

有学者研究表明，针刺同一穴位会引起大脑不同功能区的激活。扣带回、额上回与认知功能关系密切。在中枢神经系统中，任何脑区的功能都不是单独存在的，任一功能都是由功能密切的脑区相互连接、协调的结果。研究磁刺激内关穴的结果表明，0.5 Hz磁刺激内关穴时会激活大脑的额上回、前扣带回区域，即磁刺激内关穴诱发脑电源定位在上述两个脑区，内关穴的功能是这两个脑区相互作用的结果。神经生理学研究表明，穴位附近分布着丰富的神经末梢和肌腱组织，同磁刺激假穴相比，本研究磁刺激13名被试的右侧内关穴位都会在大脑的特定区域产生诱发脑电信号(N80和P150成分)，而磁刺激假穴则不会引起该诱发脑电信号，这表明N80和P150成分可能反映了体表磁刺激通过内关穴对大脑电活动的调控作用。

本研究利用磁刺激技术对正常人内关穴进行刺激，同步采集其脑电信号，提取诱发脑电，并进行等效偶极子源定位分析。定位结果显示，内关穴位刺激所特有的诱发电位N80和P150分别定位在大脑的额上回和前扣带回。这与之前学者们用fMRI研究针刺内关穴主要激活大脑的双侧额叶和颞叶，顶叶也有相对激活的研究结果是一致的。但是由于刺激手段的不同，还存在着差异。所以磁刺激穴位是否能够取得与针刺穴位同样的效果，还需要在今后的研究中从多个角度去验证。

选取与心神功能相关的内关穴作为研究对象，将磁刺激与传统中医穴位相结合。脑作为人体的最高级中枢，参与了磁刺激效应的产生，通过磁刺激内关穴的脑电信号的分析处理，对大脑神经兴奋状态做出判断，这不仅研究了磁刺激内关穴位治疗方式的可行性，也是脑功能成像方式新的应用探索。本研究初步表明磁刺激内关穴与大脑的额区和扣带回具有映射关系，研究的观察样本有限，有待进一步深入研究。

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