欧丙俊 谢慧 游雁燕

脑的磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)是通过一定的刺激使大脑皮层各功能区在磁共振设备上成像的方法,它结合了功能、影像和解剖三方面的要素,是一种在活体人脑定位各功能区的有效方法。fMRI是利用大脑功能区活动时,脑组织的活跃可引起局部顺磁性的脱氧血红蛋白生成减少,使局部脑组织T2或T2*弛像时间延长,从而获得激活脑区的功能成像图。其突出特点是应用了平面回波(EPI)技术。近年来,该技术已经成功地运用到了针刺研究的领域,在穴位特异性等方面展开了研究,把针刺特点的观察、研究和脑功能活动进行了有机的联系。

1 fMRI的成像原理及成像技术

1.1 fMRI的成像原理

脑功能磁共振成像的基础是因为血液动力学反应与脑神经活动间存在着密切的联系。脑组织被激活时,同时伴随着一系列的局部脑血流、脑血容量、氧摄取和局部脑葡萄糖利用的动力学改变。如脑组织的活跃可引起局部脑血流量增加,局部葡萄糖利用仍与其匹配,但氧摄取量只有轻微的增加,故使血管内的氧合血红蛋白量增加,而脱氧血红蛋白减少。脱氧血红蛋白是顺磁性物质,产生局部梯度磁场,使质子快速去相位,因此具有缩短T2的作用,而在脑区激活时,脱氧血红蛋白量减少,其缩短T2的作用亦减小,同静息态相比,局部脑区的T2或T2*相对延长,在T2WI或T2*WI上脑激活区信号相对升高,通过磁共振成像系统采集到的图像上可见到激活脑区的信号强度增加,从而获得激活脑区的功能成像图。fMRI实验设计主要采用“基线 baseline)-任务刺激”的OFF-ON减法模式,其相应信号来自于激活条件的信号减去控制条件的信号。成像时,将激活区高信号以不同颜色叠加于T1WI解剖图像上,即可获得相应脑区的功能成像,这种方法又称血氧水平依赖对比脑功能成像(BOLD-fMRI)。BOLD效应与MR场强有关,场强越大,该效应越强。

1.2 fMRI的成像技术

fMRI大多采用梯度回波T2*加权像脉冲序列,单激发回波平面成像(EPI)。由于EPI在频率编码方向上采用了一系列反向梯度,可在一个TR间期内获得多 个回波信号,即通过一次激发产生的信号包含有足够重建一幅完整MR图像所需的全部信息。因此,它是目前最快速的MR成像方法。fMRI技术对MR设备的要求大多是场强在1.5～2.0T以上。

2 脑功能成像技术在针刺特异性研究中的应用

针刺对人体的调节作用与针刺刺激对神经系统的影响和调整作用密切相关[1],针刺对外周神经系统与中枢神经系统(包括脑干、下丘脑、基底节、大脑皮层等)可产生多种不同的影响。脑功能成像技术能够发现针刺引起哪些脑功能区发生变化,并且可以在一定程度上量化这些反应区域的功能改变,为研究针灸穴位特异性提供了极好的手段。通过功能性脑成像技术发现,给予穴位不同的刺激方式和刺激参数引起的脑功能变化是有差异的[2]。

针刺治疗脑血管疾病、痴呆和抑郁症等的fMRI、研究显示,针刺效果与脑内部分区域的功能变化有关[3-7]。李霁等[3]、贾少微等[4]的研究都表明,穴位针刺可以使正常人的多个脑区出现功能增高变化。针刺治疗抑郁症、老年性痴呆的脑成像研究[6-7]表明,与脑血管病的针刺效应类似,针刺能够增强某些脑区的功能活动或局部血流量。这种疾病患者比正常人脑区反应敏感、病变脑区比正常脑区反应敏感的现象,说明针刺治疗具有选择性调节作用,其效应与人体的状态和脑功能区的状态有关。

2.1 经络脑功能成像研究

经络学说是中医学的核心基础理论之一。 中医认为经络是运行气血、联系脏腑、体表及全身各部的通道,是人体功能的调控系统。 有文献[8]总结了沿着 9 条经络的 18 个穴位的脑功能成像研究结果,发现分布在相同经络的多个穴位,其诱导的脑激活和负激活模式存在相似性,如胃经上分布的穴位,呈现了缘上回的激活,以及扣带回后部、海马和旁海马区的负激活,这种现象是否为不同经络入脑后的解剖定位还有待更多研究证实。 另外,也有学者应用脑功能成像技术研究经络理论。“面口合谷收”是指刺激合谷穴对头面五官部病症有明显的疗效,是针灸经络理论之一。 有研究[9-10]发现,针刺合谷穴能同时激活中央后回初级感觉皮层的手部投射区和面口部投射区,同时激活了面口部的运动皮层,直接反映了合谷穴和面口部的密切联系,为“面口合谷收”理论提供了客观证据。或许今后一段时间内揭示经络原理的功能成像将是重要的研究方向。

2.2 穴位脑效应的脑功能成像研究

穴位也称腧穴,是人体经络线上特殊的点或局部区域,其主要生理功能是输注脏腑经络气血,沟通体表与体内脏腑的联系。穴位效应的脑功能成像研究,对照组设置方法十分重要,主要有2类:①假穴真刺激,国内学者多采用这种方法;②真穴假刺激,即采用不刺入皮肤的穴位表皮触觉刺激法,如粘贴于皮肤表面的针或纤毛机械刺激针等。 这类研究多集中于足三里穴、合谷穴、太冲穴。结果显示,穴位刺激多可诱发第一二体感区、丘脑、岛叶等部位的正激活边缘叶系统为主脑区多为负激活,脑干、小脑蚓部可出现负激活或正激活现象,而对照组(假穴真刺激或真穴假刺激)则更多地正激活运动区和岛盖、岛叶区。 不少研[11-21]发现刺激真穴比对照组出现较多的正激活区和较强而广的负激活区;刺激真穴诱发的脑功能网络连接变化比刺激对照组更强、更广;不同穴位之间出现相似的边缘叶-旁边缘叶-新皮层脑网络的明显负激活变化,但范围强度有差异,还有其他脑区的不同,证明了刺激穴位脑效应存在相对特异性。

3 不同针刺方案对脑功能成像的不同影响

3.1 fMRI在针刺单个穴位研究中的应用

足三里穴,是“足阳明胃经”的主要穴位之一,也是临床最常运用的穴位之一,其具有明显的整体调节作用,故对其的研究也较为深入。如吴志远等[22]针刺足三里发现右侧的顶下小叶、中央前回、扣带回、半球间结构(A 处)及左侧的额叶皮层下结构和岛叶区出现脑功能活动的增加,而半球间结构(B 处)、右侧侧脑室区、左侧前扣带回处出现脑功能活动的降低。FANG等[23]也报道针刺足三里能激活中央后回及右侧额下回,抑制双海马旁回、海马、扣带回、楔前叶及小脑。 综上所述,针刺足三里可以相对集中地激活额叶、颞叶、视丘、室旁核,这可能是足三里具有整体调节作用的原因之一。与此同时,其他单个穴位特异性的 f MRI 研究也有不少报道,如付平等[24]观察了健康老年人和阿尔茨海默病(AD)患者,在针刺同一穴位内关时fMRI脑功能成像的变化,探讨了内关穴的作用机制。结果表明,正常组两侧额叶及颞叶均被不同程度激活,AD组表现在额叶、颞叶和扣带回、小脑等部位不同程度的激活,其他脑区无明显激活。

以上研究表明经穴与脑功能区之间存在特异性的对应关系,这些特异性关系的发现是对经穴脏腑相关理论的有力佐证。

3.2 fMRI在穴位配伍效应研究中的应用

穴位配伍是指在选穴原则的指导下,针对疾病的病位、病因病机等,选取主治作用相同或相近,或对于治疗疾病具有协同作用的腧穴进行配伍应用的方法。 其作用有二,一是可以发挥协同作用,二是可以发挥疏通和沟通作用。

fMRI 在穴位的配伍作用机制研究方面的报道也很多,王葳等[25]发现针刺“四关穴”后激活了双侧小脑半球、小脑蚓部、左侧额中回、双侧额下回、双侧中央旁小叶、双侧丘脑、后扣带回和前扣带回,且针刺“四关穴”所激活的脑区并非单独针刺太冲穴和合谷穴所激活脑区的简单叠加。邹明珠等[26]发现针刺中渚和阳陵泉穴后均可引起双侧听觉、视觉相关大脑皮质和双侧躯体运动区大脑皮质及小脑兴奋,这可能是临床治疗相关病症的中枢作用基础。

以上研究表明针刺特定功能组穴的针刺效应并不是激活单一脑区,而是多个脑区,是通过功能相互联系的多个脑区相互作用、重新组合分配实现的,而并非组穴中各个单穴所对应的脑功能区效应变化的简单叠加。

3.3 fMRI 在穴位不同刺激方式作用研究中的应用

邹燕齐等[27]对外关配伍支沟分别进行皮部浅刺激及常规深度针刺刺激,发现这两种不同层次刺激对不同脑区的激活无显著性差异,但二者有着作用倾向的不同,根据各脑区所主功能的不同推测出治疗与运动、语音、记忆和情绪有关的疾病应多考虑浅刺,而治疗与视觉、平衡、椎体外系相关运动疾病则应考虑深刺。Kong等[28]运用fMRI研究手针和电针对正常人脑的激活效应,针刺合谷穴电针组主要引起中央前回、中央后回、顶叶/壳核和岛叶fMRI信号的增强,与之形成对照的是手针组刺激引起扣带回后部、颞上回和壳核、岛叶的fMRI信号的显著减弱,提示电针和手针刺激有不同的脑网络参与,在手针和电针中有不同的脑机制被启动。

4 总结

随着脑功能成像技术的飞速发展,很多问题仍然没有解决,不同实验所得结果不完全相同,甚至出现相悖的结果,这可能与实验设计有关。为了使实验设计更严谨,实验结果更具有说服力,研究者今后就需要进一步探讨如何消除各种干扰因素,如观察对象的选择、实验环境的设定、介入方法、评价指标等因素,设计出更加完善的实验。