高 璇，鲁 海，高霄英，张春红

1天津中医药大学针灸临床部，天津300193；2天津中医药大学研究生院，天津301617；3宝安纯中医治疗医院针灸推拿康复科，广东 深圳518000；4国家中医针灸临床医学研究中心，天津300381

功能性磁共振成像（fMRI）是以脑神经活动产生的局部血流量变化为基础的造影技术，藉此观察进行认知作业时活化的脑部区域；活化区域的血流量提高，使局部耗氧量过度，因此血液中的去氧红素的比例降低，由于去氧血红素是顺磁性物质，对局部磁场有干扰的作用，此种物质的比例减少，可使影像强度增强，因此去氧血红素有时被称为内生性的对比增强剂，且是功能性磁共振成像讯号的来源，是功能性磁共振成像技术的生理基础[1-3]。针刺作为祖国医学重要的一部分，其作用机理一直未被阐明，fMRI的出现为广大学者研究针刺作用机制提供了一种直观可视的研究技术。其作为一种非侵入、无幅射、无创伤、可精确定位的技术，能即时直观反应大脑高级功能，弥补了针灸与脑相关性研究中不可视、创伤性的缺陷。静息状态指的是被试者清醒状态下，静息放松地平卧于检查床，固定头部，并最大限度减少头部及身体其他部位的主动及被动活动，尽量不做任何思维活动。早期这种静息状态被认为是一种稳定状态，这种状态下的脑活动被认为是无规律的背景噪声，很少被注意及重视；但后续研究提示静息状态下大脑的这种自发活动是有规律的，间接提示大脑在无任务的静息状态下也存在重要的自发功能活动。

fMRI静息状态下的脑功能的分析方法归纳起来有：局部一致性（ReHo）、低频振幅分析（ALFF）、分数低频振幅（fALFF）、功能连接性分析（FC）、度中心分析方法（DC）、大脑功能连接密度（FCD）、独立成分分析方法（ICA）、小世界网络分析方法等，其中前3种分析方法在针刺研究中使用较多。本文将阐述ReHo、ALFF、FC 3种分析方法在针刺研究中的适用研究方向。

1 ReHo分析法

ReHo采用肯德尔和谐系数来衡量一个功能团块内所有体素时间序列的一致性，可以间接反映局部脑区自发神经功能活动的同步性。局部一致性分析可在全脑范围内对局部功能活动差异性脑区进行准确定位，其值的增高或降低则提示该脑区神经元功能活动异常[4]。ReHo值反映的是脑区局部BOLD信号时间序列的同步性，而不是信号强度，以ReHo值的高低间接反映脑区局部神经元活动的同步性，利用活跃脑区神经元活动同步性较强的特点，反映脑区的活动性。所以该分析方法适用于观察针刺穴位前后后脑区激活与否的实时效应。有研究运用ReHo分析方法观察电针刺激百会穴前后脑区的不同变化[5]，发现电针刺激百会穴时与针刺前相比，ReHo值增高的脑区有两侧中央后回、两侧中央前回、右侧颞上回、两侧舌回、右侧脑岛、左侧距状裂；ReHo值减低的脑区有两侧楔前叶、小脑，证明了电针刺激百会穴前后所激活脑区有所不同。有研究观察平衡针针刺头痛穴对无先兆偏头痛患者的镇痛效应，运用ReHo分析方法探讨其与脑区功能改变的关系，研究显示，头痛穴组ReHo改变的脑区明显多于非穴组，包括前扣带回、后扣带回、脑岛、海马、腹外侧核、腹后内侧核、中央前回、眶额上回、顶下小叶等，变化脑区主要在边缘系统和中脑皮层，而非穴组的变化脑区相对较少且分散[6]。表明平衡针针刺头痛穴的镇痛效应可能与以边缘系统为主的多个脑功能区互相作用有关。上述研究表明针刺头部不同穴位可实时激活的脑区有所不同，进一步证明头部不同穴位的针刺效应是不同的。管媛媛等[7]使用胃俞募配穴针刺对功能性消化不良患者静息态脑功能分析，研究表明胃俞募配穴针刺可引起功能性消化不良患者多个脑区ReHo值变化且其对胃运动调节效应优于非穴，海马、后扣带回等脑区可能参与了针刺对胃运动的调节。这说明针刺对于不同疾病在脑部可能存在靶效应区域，进而通过脑部影响到该疾病的靶器官。有研究观察针刺阳陵泉对中风偏瘫病人大脑皮层ReHo影响的特征发现，中风偏瘫病人多个运动相关脑区的ReHo值存在异常变化，而针刺阳陵泉可通过调节上述脑区的ReHo值，促进脑功能重塑与代偿[8]。

2 ALFF分析法

2.1 ALFF

ALFF主要反映大脑的自发波动和功能活动，是先将每个体素的时间序列通过0.01～0.08 Hz带通滤波器，保留低频段的BOLD信号，然后通过傅立叶变化后得到功率谱，并对其开方，得到BOLD信号的振幅，再计算0.01～0.08 Hz的所有频率点上振幅值的平均值即为ALFF[9]。其从能量角度量化每个体素在相应低频振荡下的BOLD信号，间接反应大脑神经元自发性活动的强弱变化，早期常用于认知障碍的研究[10]。ALFF值增高说明神经元兴奋性增高，降低表明神经元兴奋性下降。ALFF也可以反映区域脑血流情况，与局部大脑自发性活动相联系[11]。相关研究发现，在脑血流量降低的脑区ALFF值下降，反之，脑血流升高的脑区ALFF值增高，其原理可能与微血管密度增加、血管扩张，或神经活动补偿增加有关[12]。有研究观察胃俞募配穴与胃俞、中脘单穴针刺对胃扩张受试者大脑自发神经活动ALFF的影响，发现胃俞募配穴针刺相比胃俞、中脘单穴针刺可引起更广泛的脑区ALFF值发生改变[13]，这说明俞募配穴比针刺单穴的血局部脑区血流量增加。有学者以18例功能性消化不良患者和18名健康受试者为研究对象，功能性消化不良患者组予以双侧胃俞+中脘针刺治疗，健康受试者组不做治疗，俩组都进行rs-fMRI扫描。研究发现，与健康受试者比较，功能性消化不良患者组患者的额叶、枕叶、颞叶、小脑、顶下小叶等脑区ALFF值改变具有统计学差异，针刺胃俞募配穴可纠正功能性消化不良患者部分ALFF值异常脑区神经元活动强度[14]。王丰等[15]观察轻度认知功能障碍患者针刺治疗前后脑区ALFF值的改变，分析发现相比治疗前，针刺后轻度认知功能障碍患者ALFF值增高的脑区有右侧海马旁回、左侧丘脑、右侧岛叶、左侧前扣带回；ALFF值减低的脑区有左侧小脑后叶、双侧颞下回、左侧额下回、左侧颞中回、左侧枕下回、左侧顶上小叶。这表明轻度认知功能障碍患者针刺治疗前后多个脑区ALFF值发生改变，针刺增强了与认知功能相关脑区的神经活动，同时也使治疗前功能活动增强的代偿脑区ALFF值下降。针刺可调节多个脑区的神经活动，针刺可降低病理状态下脑区活动增强区域（即ALFF增高区域）；相反，对于ALFF降低区域，针刺可使其升高，即针刺可平衡病理状态下脑区神经元的异常兴奋。

2.2 fALFF

fALFF也是常用分析方法，即ALFF值除以整个频段ALFF值得到，相较于ALFF，fALFF的优点在于可以抑制大脑非特异区域（如脑脊液和大血管周围组织）中的混杂信号，但重复性略低[16]。有研究运用Rs-fMRI技术分析针刺间使穴前后健康被试者脑内fALFF在不同时间序列内变化特征，针刺间使穴后脑内fALFF变化区域主要为双侧额上回、楔前叶、额中回、额内侧回、枕中回和右侧缘上回，这些脑区功能与间使穴临床治疗情绪、记忆、注意、语言及肢体运动障碍等功效具有较大相关性[17]。有学者利用fALFF分析法分析醒脑开窍针刺法对老年轻度脑外伤后认知功能障碍的治疗作用[18]，发现本研究发现老年轻度脑外伤患者与健康老人比较，双侧额叶、颞叶、顶叶、枕叶、基底节区的fALFF明显降低，尤以双侧额叶靠近中线及前部区、双侧顶叶靠近中线区及左顶叶的角回、左颞叶明显，上述区域与患者的感知、记忆、判断、决策等功能密切相关，因此老年轻度脑外伤患者这些区域fALFF的降低，可能由于轻度脑外伤患者认知功能受损。以上研究表明fALFF适用于研究一些功能相关的脑区的激活，如在情绪、极易、感知、判断等脑部活动时，通常会有脑区联合被激活。

3 FC分析法

在fMRI中，每个体素都包含一串时间序列，代表该区域的血氧水平依赖随时间的变化，通常将两个脑区时间序列的相关值作为功能网络的连边，即功能连接。根据相关系数的正负还可以进一步将功能连接区分为功能协同或功能拮抗[19]。FC分析法通常分为两种：一种是基于种子感兴趣区（ROI）的功能连接分析方法，另一种是基于ICA的功能连接分析法。基于ROI功能连接分析是选定体素或ROI与其它体素或ROI时间序列的相关性，优点在于简单、敏感、易解释，缺点在于必须定义种子区、不能同时研究多个系统、提取的波形并非独立变量。ICA是另一种被广泛使用刻画大脑无向功能网络的方法[20]。该方法基于数据驱动不需要先验假设（如ROI的选择）。基于ICA的功能能连接分析法是通过对大脑内神经元与非神经元的混合信号进行盲分解，进而提取多个时间或空间上独立的网络模式（成分），用来描述采集数据的各个独立的功能网络。其优点包括：不需要定义种子区；可获得统计上的独立的组分；每个组分对应于一个空间图（噪声、神经网络）。缺点在于：结果与主观确定的组分数有关；组分的生物学意义需要根据人为定义的标准确定，解释复杂。

有学者对16名健康受试者行委中穴浅刺（2 mm）及深刺（10～20 mm）后，分别行静息态fMRI扫描，结果发现浅刺时16位志愿者均未出现得气感，然而有14位志愿者在深刺时出现了得气感[21]。运用基于ROI的FC分析后发现，深刺后得气调节大脑和小脑的多个层面的神经活动，降低了默认模式网络和疼痛矩阵网络的功能连通性，而增加了右后小脑叶、左侧副海马的连通性。浅刺时发现，右侧（中央前回、额上回、小脑扁桃体）和丘脑两侧功能连接增加而右侧额前内侧皮质功能连接减少。有学者对24例左侧基底节区缺血性卒中患者针刺外关穴治疗，运用基于ROI的FC分析发现，针刺外关穴可调节同侧大脑半球感觉运动网络，刺激对侧感觉运动网络，增加双侧感觉运动网络的协调合作，改变小脑与大脑的同步性，其机制可能与针刺外关穴对不同脑区内不同区域间的同步调控有关[22]。研究发现针刺治疗后患者对侧感觉运动网络的刺激和双侧大脑半球合作的增加，这表明针刺可刺激完整大脑半球对受损神经功能的补偿作用。韩笑等[23]运用基于ICA的功能连接分析法运用分析脑卒中对执行控制网络(ECN)功能连接度影响，观察针刺脑卒中患者阳陵泉穴的即刻效应，结果发现运动通路的损伤影响ECN功能，可能是由于病灶对侧运动相关脑区代偿性激活增强的原因。针刺效应可通过降低ECN在病灶侧的功能连接度，减弱该网络对运动相关脑区的抑制作用，从而促进病灶侧运动相关脑区的功能恢复，以利于卒中后与运动康复相关的脑功能重塑。以上研究表明，大脑一侧区域后，对侧区域的大脑活动会代偿性增强，而针刺效应可以纠正这种病理性大脑活动，从而使大脑的活动趋于平衡。

4 讨论

针灸是一种历史悠久，疗效显著的治疗方法，但是其作用机制目前尚不明确，静息态功能核磁的出现，为解开针灸“密码”提供了现代科学技术手段。我国李果珍教授团队于2000年发现了手针针刺足三里脑区有激活信号[24]。这一重大发现将现代科学技术与针灸紧密相连，为学者解开针灸作用中枢机制提供了方法。fMRI这项无创、可视化技术可以对大脑神经元在静息状态下的功能活动状态进行宏观定量检测，直接记录大脑生理活动，从而更加客观地反映脑功能状态，不仅在针刺中枢响应机制研究中具有独特的优势，也是为国际脑神经科学领域的主流手段之一。运用不同的分析方法可以显示针刺不同穴位的脑部活动，如局部神经活动的同步性、相邻脑区之间的连接性及大脑的自发波动及功能活动等。由此，我们可以分析针次不同穴位在脑部的作用靶点，从而在临床中可以根据不同疾病更有效的选取穴位。

ReHo、ALFF、FC都是针刺Rs-fMRI研究中常用的分析法。ReHo描述的是某个体素与周围相邻图索引时间序列的同步性，但不一定说明局部神经活动越显著，所以ReHo在针刺研究中可用于研究某穴位激活或抑制，某个脑区或某几个脑区，从而得出该穴位的靶效应脑区，为研究“穴位-脑-疾病”打下基础。但是ReHo不适用于多穴研究，多穴研究的脑区激活与抑制关系复杂，难以分析。ALFF可直接反映局部神经元自发同步化神经活动的强度，在一定程度上反映各相关脑区间的相互作用和神经网络连接，且短期内稳定性和重复性比较好，但不能反映局部脑区在全脑功能中的作用以及脑区之间的功能连接情况。FC可以得出脑区之间的功能连接，即脑区间的“高速路”，其简单易懂，结果直接，但需要经验首先定义种子点，这就存在一定的选择偏倚。以上3种方法各有其优缺点，有时一个研究中不仅使用一种单一分析方法，还会多种分析方法联合使用，从而得到更为直观准确的数据。此外，Rs-fMRI的分析方法还有：DC将每个体素视为一个节点，计算每个节点与其他节点功能连接的数量，一个像素或一个脑区节点的DC值越高，提示其在全脑网络融合中发挥的作用越强[16]。FCD是一种基于静息态功能影像数据，采用数据驱动的算法计算全脑每个体素到其它所有体素的功能连接，并根据特定阈值计算出该脑区的全局功能连接密度值[25]。某脑区的FCD值越大，提示该脑区与全脑的连接越紧密，在全脑信息加工中的地位也越高，往往提示该脑区是认知加工的核心枢纽，而且这种算法对于个体差异的识别更加敏感[26]。ICA方法是由解决盲源分离技术发展而来的一种静息态fMRI数据分析方法，是一种多通道信号处理方法，可以在不需要任何有关时间序列的先验假设下，有效探测出一些其他方法无法得到的激活区域[27]。小世界网络分析方法是一种将目标脑区视为节点，以加权矢量或标量表示节点之间的连接信息，进而计算出全脑网络拓扑属性，是一种综合评价全脑脑区之间作用机制的方法[28]。

目前，Rs-fMRI在针刺研究中取得了阶段性成果，但是针刺研究中设计方法各式各样，尚没有统一范式运用在此，也缺乏多中心大样本研究。而且，目前RsfMRI研究由于方法局限性，目前单穴及双穴的研究较多，但临床中常以组穴同时刺激，穴位之间存在叠加效应，这部分的研究尚不明确。