运用功能磁共振成像观察大脑中的针刺效应(一)
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作者：赵凌，游自立，唐勇，梁繁荣
【摘要】 功能磁共振成像（fMRI）作为一种无创的、实时监测的、无有害辐射的现代神经影像技术已经广泛运用于大脑针刺效应研究的诸多方面，其应用前景还可从科研设计更加严谨、密切结合疾病状态、结合多种手段深化研究内容等方面加以拓展。
【关键词】 功能磁共振成像 针刺效应 神经影像
针灸作为治疗疾病的手段已经有二千余年的历史，其临床疗效已逐渐被国际社会公认。世界卫生组织(WHO)确认并推荐43种疾病属于针灸治疗的优势病种。阐明针灸治疗疾病的机理是明确临床疗效的基础，同时也促进着临床的发展。针灸学理论认为，针刺是通过在人体某些腧穴上采用一定的刺激方法来激发“经气”，使发挥传导感应、运行气血、协调阴阳、调整虚实的作用，从而达到治疗疾病的目的。结合现代研究结果，人们普遍推测，针刺激发了人类复杂的本体感觉，调控着对疼痛的知觉和认知；针刺产生效应的基础可能与大脑和相关的中枢神经系统网络有关〔1〕。功能磁共振成像（Functional Magic Resonance Imaging，fMRI）等现代神经影像技术的出现为安全研究人类大脑提供了一种较好的手段，近年来被广泛应用于针刺效应与大脑关系的一系列研究中。
1 fMRI技术的特点和优点
fMRI技术在针刺研究中使用最多、技术最成熟的是血氧水平依赖性成像(blood oxygenation level dependent-functional magic resonance imaging，BOLD-fMRI)。人体血液中血红蛋白以两种形式存在:氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白。氧合血红蛋白是反磁性物质，而脱氧血红蛋白是顺磁性物质，它的出现导致含有这些分子的区室和其他没有这些分子的区室之间很大的磁化率差异，从而引起磁场的不均一性，加速质子失相位，缩短T2、T2*，使T2、T2*加权像信号减低〔2〕。在静息状态下，局部脑葡萄糖利用与局部脑血流量(regional cerebral blood flow，rCBF)和氧摄取相匹配。但当特定脑功能区被任务信号激活时，该区神经元的活动增强，导致rCBF明显增加和局部脑葡萄糖用提高，同时伴有血流量增加，但血流量的增加大于氧耗量，使血管内的氧合血红蛋白量增加，而脱氧血红蛋白量相对减少，从而引起脑激活区磁共振信号强度升高，即在BOLD方法中观察到的激活组织为高信号。激活条件下的信号减去基线信号，就可以显示出功能变化的脑区。fMRI能将大脑活动与特定的任务或者感觉过程联系起来，是一种无创伤性的、能够实时监测的脑成像技术，同时具有优良的空间分辨率〔3〕，与正电子发射断层成像(positron emission tomography，PET)相比它没有任何有害辐射〔1〕。
2 fMRI在大脑针刺效应研究中的应用
2.1 腧穴不同引起脑部不同区域的响应
近年来的多项研究表明，针刺一定腧穴在脑部可得到相应区域的响应和激活，可引起大脑特殊的活动，针刺不同穴位所影响的脑功能区不同，腧穴与脑区之间可能存在特异性对应关系。有研究发现针刺太冲或合谷穴可激活颞中回和小脑；针刺合谷穴可激活中央后回、扣带回后部，海马回，Brodmann（BA）7，19和41；针刺太冲穴可激活颞侧〔4〕。分别观察针刺三阴交、足三里和阳陵泉穴所引起的脑功能区的信号变化，结果发现针刺足三里、三阴交穴相同的脑部激活区为中央后回及右侧额下回；不同的激活区为左额下回、左岛叶、左侧顶下小叶、左颞中回及左额中回；针刺阳陵泉穴未发现大脑皮层的信号增高区〔5〕。观察针刺肝经和肺经五输穴在脑区的激活情况，发现两条经脉在脑内有其相对特异性分布的区域：针刺肝经五输穴共同激活的脑区为：同侧BA 34，BA 47，红核，对侧BA 19，BA 30，BA 39，顶上小叶、小脑斜坡，两侧BA 3，小脑顶；针刺肺经五输穴共同激活的脑区为：同侧BA 2，BA 18，BA 35，对侧BA 19，黑质〔6〕。刺激特定的单穴时能激活特定的脑皮层功能区，如使用激光针刺激左侧至阴穴能激活同侧视觉中枢枕叶内侧皮层和楔叶〔7〕；电刺激语言相关的穴位三焦络和哑门能激活双侧额部皮层、左颞上回〔8〕。动物实验也发现，使用锰加强的fMRI技术，观察到针刺家兔足三里穴引起海马区的兴奋，针刺阳陵泉穴可激活下丘脑、岛叶和运动皮层〔9〕。从以上研究均证明腧穴与脑功能区之间存在特异性对应关系，其特异性作用可能有赖于两方面的机制〔10〕：一是引起不同脑区的兴奋；二是在相同的脑区引起的兴奋程度不同。
2.2 经穴与非经穴比较的脑部响应
针刺足太阳膀胱经至阴穴的fMRI成像显示引起枕叶皮层兴奋，足通谷、束骨和昆仑穴也有类似表现，但针刺至阴穴旁开2～5 cm处的非穴位处则无枕叶皮层的特异性激活〔11〕。采用不捻转的针刺方法刺激太冲、丘墟和假穴时，fMRI成像上可观察到太冲和丘墟都可使躯体感觉皮质区的激活增加，但在假穴则没有激活现象〔12〕。方氏〔13〕采用捻针（平补平泻）针刺法刺激正常人左侧太冲、丘墟和假穴，发现只在真穴捻针针刺时有更强的激活效应，在假穴(足背第3、4跖趾关节后凹陷中)捻针对不捻针的研究中，未见到有显著性意义的激活区。方氏在继续的研究中发现〔14，15〕，针刺太冲、行间、内庭和非经穴（足背第三、四跖趾关节后凹陷中）的fMRI比较发现，从激活的脑区范围和强度来看，非经穴激活范围最小，强度最弱；从抑制区域来看，非经穴的抑制区域最为分散。太冲和非经穴虽位于同一平面上，但二者比较其激活和抑制的差异性最大。
2.3 刺激方法不同引起不同的脑功能变化
不同的刺激方法和刺激参数作用于穴位所引起的脑功能变化是有差异的。如研究人脑对不同频率穴位电刺激反应的fMRI表现中发现，分别采用2 Hz和100 Hz穴位体表电刺激作用于左侧足三里和三阴交，都能激活初级和次级躯体感觉区，但低频穴位体表电刺激选择性激活腹侧丘脑、底丘脑和内嗅叶，而高频的刺激则激活背侧丘脑和扣带回，提示在相同穴位给予不同频率的电刺激可以在大脑引起不同的反应，激活不同的神经通路〔16〕。Cho等〔17〕手针刺激至阴穴的fMRI脑成像与前面提及的激光针刺激左侧至阴穴的结果有差异，两项研究均发现可激活BA18，19区视觉皮层，但激光针刺激未能发现初级视觉皮层的激活，且激活的是同侧脑区，而手针刺激激活的则为双侧脑区。分别采用电针和手针刺激左侧合谷穴，通过fMRI成像观察到，电针刺激激活了中央前回、中央后回和岛叶；而手针操作却降低了扣带回后侧、颞前回和岛叶的活性〔18〕。采用2-100 Hz电针和手针刺激足三里后，用fMRI观察发现，低频电针较手针刺激相比对信号增强的范围更加广泛，电针刺激对皮层前中央回有显著的信号增强；2 Hz电针刺激对脑桥中缝部位有显著的信号改变〔19〕。这些区别可能与刺激方式不同引起了不同的神经兴奋模式有关。Yoo等〔20〕对健康人分别采用内关穴针刺、内关旁针刺和内关穴表面皮肤触觉刺激，通过fMRI成像观察到针刺内关穴激活了左侧额上回、前扣带回和丘脑背侧核，与另两组不同。在合谷穴采用针灸刺激、无毒的一般触觉刺激，在合谷旁的假穴采用针灸刺激，用fMRI观察发现，在真穴上的刺激，无论深部组织刺激还是共同发生的感觉刺激（次级躯体感觉刺激），都可以起到调节神经反应的作用〔21〕。采用深刺和浅刺两种方式针刺右侧合谷穴，观察17名右利手健康受试者fMRI成像情况，结果表明深刺和浅刺对脑区激活和抑制的区域比较没有明显差异，且抑制的区域占了主导〔22〕。
2.4 不同机能状态下针刺引起不同的脑功能变化付氏〔23〕
对老年健康人和阿尔茨海默病患者（AD组）分别进行电针刺激内关穴，观察机体在生理或病理状态下，针刺同一穴位时fMRI脑功能成像的变化，发现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。证实了机能状态对大脑功能变化的影响，为针刺的双向调节作用提供了一定的理论依据。
3 运用fMRI进行大脑针刺效应相关研究的思考
3.1 严谨的科研设计是取得有效结果的保障
从目前诸多的fMRI观察针刺效应结果分析发现，其结果会受到很多因素的影响，直接与针刺条件的不同，包括针具、针刺操作手法、刺激量大小等密切相关，并同时受到诸如机体状态、生理条件、环境、视觉、听觉、心理等因素的干扰。要得到有效的、准确的实验结果就必须严谨地做好科研设计，控制干扰因素，并统一实验条件，使实验有较好的重复性。例如，使用电针刺激时要严格控制和统一输出电压、波形、频率等参数；使用手针刺激要确保操作者为同一人，且手法熟练，操作过程中严格按照既定的操作规范实施，确保针具的统一，以及进针、行针、补泻手法的统一。在实验过程中还应该详细记录针刺的深度，针刺操作补泻手法的具体使用（如针刺的方向、捻转提插的次数或频率、被试得气的感觉）以及针刺过程中被试的反应等。为避免被试出现对针刺的不适应以及害怕、晕针等现象的出现，实验前还应该向被试介绍实验流程、并对他们进行针刺适应性训练，了解针刺进针、得气以及取针时机体的感觉等。