电针刺激视觉相关穴位光明穴的脑BOLD-fMRI研究.doc

1、电针刺激视觉相关穴位光明穴的脑 BOLD-fMRI 研究【摘要】 目的 利用磁共振成像(MRI)平面回波序列(EPI)的血氧水平依赖(BOLD)技术分别对足少阳胆经光明穴和假穴进行电针刺激的脑功能成像研究，观察大脑功能区反应的异同，探寻针刺治疗眼病的中枢机制。方法 选择国人健康志愿者 12 例，分别接受电针刺激真穴(光明穴)和假穴的两步脑功能磁共振成像实验。实验采用组块设计，静息相(R)与刺激相(S)交替进行，重复 5 次,即“RSRSRSRSRS”模式。采用 SPM2 分析软件将实验所得数据进行处理。将激活区叠加于(加拿大蒙特利尔神经研究所 montreal neurologic insti

2、tute，MNI)标准三维模板脑，脑功能区域的解剖位置、Broadmann 区(BA)定位、中心坐标由平均脑功能图得出。观察有统计学意义的体素大小(P0.001, k20)、所在脑区及其坐标(MNI 坐标)。记录激活区的激活体积(cluster)及激活强度(用 t-检验统计值“T”表示，T 值越大，强度越高)。结果 电针刺真穴(光明穴)脑区激活的位置主要为额叶上、中、下回(Brodmann10、11、45、47 区)；颞上回(Brodmann38 区)；楔叶和枕叶舌回(Brodmann18、19 区)。电针刺激假穴(光明穴前开 0.5 寸)脑区激活的位置主要为顶上小叶、顶下小叶(Brodman

3、n7、40 区)；额叶中、上回(Brodmann10、46 区)；颞上回(Brodmann22 区)；边缘叶后联合(Brodmann29 区)。结论 与视觉相关的穴位和大脑的视觉中枢存在特殊的对应关系，穴位有其独立的、特殊的属性。电针刺激视觉相关穴位引发的临床效应的中枢机制与高级视觉中枢的调节有特异关系。电针刺激光明穴所引发的脑功能区激活的神经机制不是简单的穴位-视区对应，而是调动了多个脑区参与的复杂的过程。 【关键词】 电针 穴 光明 磁共振成像 视皮质 脑疾病 氧【Abstract】 Objective To discuss the effects of electroacupunctur

4、e at Guangming acupoint and sham acupoint on activating effects in various cerebral areas using magnetic resonance imaging (MRI),blood oxygenation level dependent (BOLD) of echo planar imaging (EPI) sequence,and try to explore the impossible cortical mechanisms of acupuncture treatment in the ophtha

5、lmic field.Methods Twelve right-handed volunteers without any symptom and sign of the central nervous system (male 5，female 7; age ranged 20 to 40 years old, average age is 27.5) who were studying as postgraduates or working as doctor in our hospital were selected to take part in our studies. The co

6、rrected vision of them was better than 1.0. every one of these 12 volunteers was performed our electroacupuncture stimulating two times, the first is true acupoint (GB37) stimulating and the second is sham acupoint stimulating. The BOLD-fMRI Images were required on a 1.5-T unit; For electroacupunctu

7、re, Device BT701-1A was used; The silver no-magnet acupuncture needles (0.30 mm25 mm) was used in our study. A block design as “RSRSRSRSRS” was adopted for the study. The fMRI Data were analyzed by using Statistical Parametric Mapping software implemented within Matlab. The datasets were normalized

8、to a standard space within SPM2. For all studies, statistical thresholding at significance level of P0.001 and k20 was initially used to determine significant activation for each vexol.Results Electroacupuncture stimulation of GB37 produced major hemodynamic signal change in the superior, middle, in

9、ferior frontal gyrus (Broadmann 10,11,45,47); superior temporal gyrus (Broadmann 38); cuneus and lingual gyrus of occipital lobe (Broadmann 18,19).Electroacupuncture stimulation of false acupoint produced major hemodynamic signal change in the superior, inferior parietal lobule (Broadmann 7, 40); su

10、perior, middle frontal gyrus (Broadmann 10,46);superior temporal gyrus (Broadmann 22); limbic lobe,posterior cingulated (Broadmann 29).Conclusions There is a special relationship between the acupoint related visual and the braincortices realated visual, and acupoints have their own attributes.The co

11、rtical mechanisms of clinical effects induced by electroacupuncturing the acupoint related visual are related with accommodating the senior visual cortex.The cortical mechanisms of electroacupuncturing true acupoint are not simple correspondence between acupoints and areas of brain visual cortex, an

12、d it should be a complex process mobilizing the more areas of brain cortices to take part in.【Key words】 BOLD-fMRI；Electroacupuncture；Acupoint；Guangming(GB37)；Visual cortex针灸是中国传统医学的重要组成部分,针灸的疗效已被国内外医学界认可。但针灸的很多理论目前尚无法与现代科学接轨。因此,如何利用现代医学理论与技术研究说明针灸疗法，近年来已成为国际热门课题之一。功能磁共振成像(functional magnetic resona

13、nce imaging,fMRI)技术可以直接显示针灸效应在中枢的定位,以便对临床针刺过程中的人体生理、病理变化规律进行实时、直观的研究。实现功能可视化,使其成为研究针刺对人脑和脊髓活动效应的一种方法。它为针刺治疗的作用机理及中西医结合研究提供了一条有效的途径。本研究课题是利用血氧水平依赖性(BOLD)-fMRI 技术观察针刺视觉相关穴位引起的脑功能区信号变化，探寻针刺视觉相关穴位治疗眼科疾病的神经机制。1 资料与方法1.1 一般资料 国人健康志愿者 12 例均为我院青年医生和在读研究生，皆为右利手，汉族，男 5 例，女 7 例；年龄 2040 岁，平均 27.5 岁；矫正视力均大于 1.0。

14、志愿者无神经及精神病史，无麻醉及镇静药物服药史。1.2 实验设备 功能磁共振扫描设备采用德国生产的 Siemens(Avanto 1.5T)超导磁共振扫描仪，标准 CP 头部线圈；电刺激设备采用上海华谊医用仪器厂生产的 BT701-1A 型电麻仪；为避免干扰磁场均匀度，所有针刺针均采用无菌处理的 1 寸银针，规格 0.30 mm25 mm。1.3 实验设计 本实验采用组块设计(blocked design),如图 1 所示，静息相(R)与刺激相(S)交替进行，重复 5 次,即“RSRSRSRSRS”模式。其中“R”持续 30 s， “S”持续 60 s，真穴(光明穴)与假穴两步实验采用相同的刺

15、激方式。1.4 针刺方法 每名志愿者先后接受真穴(光明穴)和假穴两步电针刺激。真穴选择被认为能够多方面调节视觉功能的光明穴(GB37,属足少阳胆经)，运用平补平泻的手法捻转“得气”后针柄连接 BT701-1A 型电麻仪电极，左右构成回路，频率 2 Hz，电流强度 1020 mA。1.5 实验过程 受试者尽量做到视听封闭，仰卧于 MRI 扫描床上，扫描获取自旋回波横断位 T1 加权像(Tl-weighted imaging,T1WI)作为解剖定位图像。然后针灸师取双侧光明穴，垂直皮肤平面进针 1.0 寸，调试电流强度后开始第一步实验，扫描电针刺激光明穴时的功能像。扫描结束后，针灸师拔针。休息 1

16、0 min 后进行第二步实验，取假穴进针，调试好电流强度后开始扫描电针刺激假穴的功能像。1.6 数据处理及统计分析 首先利用 MRIcro 软件对实验数据进行预处理，将 DICOM 格式的原始数据转换成 SPM2 软件可处理的 IMG 格式，然后利用 SPM2 分析软件在支持该软件的 Matlab (Math Works Inc,Natick,MA)操作平台上处理分析数据。统计检验及推断：组分析采用 SPM2 基本模式单样本 t-检验。利用SPM2 进行统计推断后,观察推断结果。将激活区叠加于加拿大蒙特利尔神经研究所(montreal neurologic institute，MNI)标准三维

17、模板脑，脑功能区域的解剖位置、Broadmann 区(BA)定位、中心坐标由平均脑功能图得出。观察有统计学意义的体素大小、所在脑区及其坐标(MNI 坐标)。记录激活区的激活体积及激活强度。2 结 果有 2 例志愿者因情绪不稳定，无法配合实验进行，中途退出，另有 2 例志愿者实验过程中肢体运动，此 4 例实验数据报废。其余 8 例配合良好，顺利完成实验，自述实验过程中有“得气”感觉。此 8 例实验数据为有效数据。利用 MRIcro 软件及 SPM2 软件对实验数据进行后处理和统计分析，得出结果。2.1 电针刺激真穴(光明穴，GB37) 脑区激活的位置主要为额叶上、中、下回(Brodmann10、

18、11、45、47 区)；颞上回(Brodmann38 区)；楔叶和枕叶舌回(Brodmann18、19 区)。见表 1、图 2(封 3)。表 1 电针刺激光明穴的主要脑区激活位置（略）2.2 电针刺激假穴(光明穴前开 0.5 寸) 脑区激活的位置主要为顶上小叶、顶下小叶(Brodmann7、40 区)；额叶中、上回(Brodmann10、46 区)；颞上回(Brodmann22 区)；边缘叶后联合(Brodmann29 区)见表 2、图 2(封 3)。表 2 电针刺激假穴的主要脑区激活位置（略）3 讨 论3.1 BOLD-fMRI 的原理及应用 脑活动是指机体产生各种生理活动时伴随的神经元生理

19、、血流生化变化,这个过程要消耗大量的能量,脑组织不能储存能量, 因此脑活动的增加将伴随局部血流灌注和氧耗的增加。但局部脑组织血流和血氧消耗增加的比例不同,血流量增加明显超过氧耗量的增加,这种差异导致脑激活区的静脉血氧合血红蛋白增加,脱氧血红蛋白相对减少。由于脱氧血红蛋白是顺磁性物质,可引起 T2 缩短,当其浓度下降时,导致 T2 和 T2*延长,在 T2WI 上信号增强, 此即血氧水平依赖效应1 。BOLD-fMRI 就是依据这种磁敏感性对比增强的原理进行脑功能研究。1995 年日本学者 Yoshida 等2提出利用 fMRI 探讨针灸机制的可能性，1998 年美国加州大学 Cho 等3发表了

20、第一篇有关针刺视觉相关穴位(VA1，即 BL67，足太阳膀胱经的至阴穴)磁共振脑功能成像的文章，证实针刺与视觉相关的特定穴位可引起特异的脑部视觉中枢激活。香港大学 Li 等4对 18 例志愿者进行了对照研究，采用 2 种刺激模式，其一为直接给予眼睛视觉刺激，进行磁共振脑功能成像;其二为针刺视觉相关穴位进行的 fMRI。结果有 10 例 2 种刺激模式的脑部激活区是一致的。Siedentopf 等5对 10 例志愿者以激光针刺左足太阳膀胱经的至阴穴(BL67)，同时设立假针刺对照组，fMRI 结果发现同侧BA(Brodmann Area)18 及 BA19 区(BA18 和 19 为次要视觉中枢

21、)激活，而假针刺组则未见激活，表明针刺与视觉相关的特定穴位可导致相应脑部视觉中枢的激活，与 Cho 等3的实验结果一致。但德国学者 Gareus等6进行的实验却未能证实这一点，他们将 21 例志愿者分作 3 组进行穴位针刺与视觉刺激的对照研究，针刺穴位点为足少阳胆经的光明穴(GB37), fMRI 结果显示针刺光明穴未见脑部视觉皮层的激活，表明针刺特定穴位与脑部皮层的激活之间没有什么特异的相关性。尽管如此，该学者也指出，影响功能性磁共振成像的因素很多，不能因一次实验而否定其他学者的结论，需要进行更多的研究。同样胡卡明等7用 fMRI观察在不同条件下(有无视觉刺激)针刺光明穴和太冲穴，人脑视觉皮

22、层区域的反应以及其是否会诱导视觉皮层时。发现了视觉刺激时以及针刺进针时，视觉皮层的血氧饱和水平无明显变化，但在持续进行强、弱行针刺激时，发现在岛叶、颜叶顶下小叶、上丘、楔叶、枕中回等出现血氧水平变化。表明针刺不仅刺激了视觉皮层，也刺激了大脑的其他区域。与 Cho 等3的结果也有差异。3.2 实验结果分析 本实验旨在利用 BOLD-fMRI 技术观察针刺视觉相关穴位引起的脑功能区信号变化，探寻针刺视觉相关穴位治疗眼科疾病的神经机制。实验结果显示，电针刺激视觉相关穴位能够特异性地激活视觉相关的脑区，这提示我们穴位与大脑的功能区之间存在某种特殊的联系。人类大脑是在边缘系统的嗅脑之上慢慢演化出皮质与新

23、皮质的。新皮质占人脑的主要部分，主司认知和感知处理。大脑皮质是覆盖在大脑半球表面的灰质，其中视觉皮层约占人脑皮质表面 1/3，从系统发生的角度看，视觉皮层属于新皮质。传统解剖学认为人类视皮质位于大脑半球后部的枕叶。按 Brodmann 分区：在枕叶的外侧面，月状沟的后方为 17区，此处视皮质亦被称为纹状区(striate)，又称第 I 视区。自顶枕沟上端的后方，向下跨越枕外侧沟至枕前切迹的这个皮质带称为 19 区，或纹周区(peristriate area),又称第 III 视区(third visual area)。19 区与 17 区之间为 18 区，或称纹旁区(parastriate a

24、rea)，又称第 II 视区(second visual area)。一般认为大脑 17 区是初级视皮层，每一侧枕叶的上述区域皮质都接受来自双眼对侧视野的视觉冲动，并形成视觉，而18 区及 19 区的皮层活动则代表了更高级视中枢对复杂信息的分析和处理过程。本实验结果恰好特异性激活了 18 区和 19 区，而没有激活 17 区，其确切的机制尚难阐明，但可以说明与视觉相关的穴位的确和视觉中枢有着某种联系，并且其针刺效应的中枢及机制可能与高级视觉中枢的调节有关。Li 等4根据针刺视觉相关性穴位引起视觉皮层的激活现象，提出针刺可能调整了与视觉有关的脑区功能。与电针刺激假穴的结果相比较，电针刺激真穴所激

25、活的脑区更加广泛而显著，真穴与假穴虽属同一神经阶段支配，但其针刺的效应和激活的脑区都有很大差别，这说明电针刺激真穴与假穴所引发的效应的神经机制不同。我们也注意到，电针刺激真穴不仅激活了视觉脑区，同时还激活了其他脑区。这说明针刺穴位的神经机制不是穴位与中枢神经简单的对应关系，而是有广泛神经系统参与的复杂过程，其具体过程尚待更多学者大量深入的研究来揭示。【参考文献】1Ogawa S, Lee TM，Kay AR, et a1.Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenationJ. Proc Na

26、tl Acad Sci USA，1990， 87(24): 9868-9872.2Yoshida T, Tanaka C, Umeda M, et al. Non-invasive measurement of brain activity using functional MRI: toward the study of brain response to acupuncture stimulationJ. Am J Chin Med，1995，23(3-4): 319-325.3Cho ZH, Chung SC, Jones JP, et al. New findings of the c

27、orrelation between acupoints and corresponding brain cortices using functional MRIJ. Proc Natl Acad Sci USA, 1998, 95(5): 2670-2673.4Li G, Cheung RT, Ma QY,et al. Visual cortical activations on fMRI upon stimulation of the vision-implicated acupointsJ. Neuroreport，2003，14(5): 669-673.5Siedentopf CM, Golaszewski SM, Mottaghy FM, et al. Functional magnetic resonance imaging detects activation of the