利用fMRI监测针灸对人脑的影响

大家好，我是来自哈佛医学院麻省总医院放射科Mateo中心的Kathleen Hay。今天我们将向您展示一种在针灸刺激过程中进行功能性磁共振成像的实验方法。当我们最初开始应用功能性磁共振成像（fMRI）来观察针灸对大脑的影响时，我们完全不知道所获得的数据会呈现何种结果。

多年来，我们建立了一个结合功能性磁共振成像（fMRI）监测的针灸数据库，涵盖了约200名健康与患病受试者中的多个主要穴位，为未来的研究奠定了坚实基础。来自马丁中心的MRI物理学家Kenneth Qua博士负责fMRI影像工作。在这些研究中，他将发表总结性评论，内容主要涉及针灸临床实践与科研。

中心的针灸师将进行针灸操作。中心针灸fMRI专家Vitali Napal博士将演示结合生理监测的数据采集过程。现在我们开始吧。

在扫描过程中，需记录受试者的生理参数，如心电图（ECG）、皮肤电反应（SCR）和呼吸信号。这些信号通过连接至计算机的Power Lab设备进行记录，该计算机配备80 Instruments公司的Chart软件，用于放大、数字化并记录来自受试者的信号。为设置用于记录呼吸的呼吸带系统，需将换能器插入扫描控制室的电源插座，并将呼吸带穿过入口送入扫描室。

为了将生理数据与功能磁共振成像（FMRI）数据同步，请将一根BNC电缆从FMRI扫描仪的触发盒连接到控制室中的PowerLab设备。然后可在Chart软件中设置为当接收到扫描仪信号时开始记录。现在准备心电图（ECG）监测设备，您需要四个ECG电极，以及一根连接至与MRI兼容的可移动推车的ECG电缆，用于测量皮肤电导。将两个SER连接器插入扫描室内的接线分线盒，并准备好皮肤电导凝胶。

现在，让我们开始为受试者进行扫描前的准备工作。在开始之前，请确保受试者没有焦虑或疲劳，并且已在扫描前摄入清淡饮食。这些因素可能会影响大脑对针灸刺激的反应。将受试者带入扫描室，并让他们佩戴耳塞，以保护耳朵免受扫描仪噪声的影响。

现在，将受试者放置在扫描仪床面上，并使用软垫支撑物固定其头部。由于针灸扫描的信噪比较低，因此特别容易受到头部运动伪影的影响。为减少身体移动，可在受试者膝下放置支撑物，使其脚跟不接触担架表面，固定头部线圈，并对支撑软垫进行最后调整，确保受试者处于舒适状态。

由于单次平均扫描时长为两小时，舒适性对于确保扫描过程不受干扰至关重要。兼容 MRI。若需要，可在扫描期间进行生理监测。

记录前应验证心电图信号质量。本演示中，我们使用配备平面回波成像功能的标准四通道头部线圈的1.5特斯拉西门子Avanto磁共振成像系统。对于针灸刺激研究，应采集更薄的脑部切片。

为减少磁敏感伪影，建议在矢状位或轴向位上采用厚度为3毫米、间距为0.6毫米或0.75毫米的切片，以覆盖整个大脑，包括脑干和小脑。功能扫描采用T2加权梯度回波序列，重复时间（TR）为4秒，回波时间（TE）为30毫秒，视野（FOV）为200毫米，矩阵为64×64，翻转角为90度。较短的TE有助于减少磁敏感伪影，而相对较长的TR则可实现高空间分辨率下的全脑覆盖。

位于大脑底部的杏仁核、海马体、腹内侧前额叶皮层以及扣带下区特别容易出现信号丢失。请检查平面回波成像，以确保这些区域具有良好的覆盖。在数据采集时使用1.5特斯拉而非更高场强的磁体，有助于在特殊研究中尽量减少此类伪影。

务必至少进行四次虚拟扫描，以确保功能性磁共振成像信号达到平衡，然后再开始图像采集。现在我们来看看如何在功能性磁共振成像实验过程中实施针灸。首先，指导受试者放松，闭上双眼，并在扫描过程中避免任何移动。为防止产生有害刺激，应指示受试者抬起一根手指作为回应。

若任何针刺感觉的疼痛评分接近10分中的8分，或在扫描开始前出现任何程度的锐痛时，应举起两根手指示意。将一根无菌的一次性高质量全银针灸针垂直插入穴位。可通过轻柔旋转或提插手法来操作针具。

旋转手法使用更为频繁。通过测试受试者对针刺操作的敏感性，来评估进针深度以及引发得气所需的操作力度，以在不引起过度不适或有害疼痛的前提下达到治疗效果。在10分钟的扫描过程中，将针在两个相隔休息期的2分钟时间段内进行旋转，每个时间段持续2分钟，休息期间针保持原位不动。

在刺激前后，切勿直接靠近或离开受试者，因为这种动作可能影响实验结果。在其他穴位上重复该操作。对于感觉对照或假针刺，我们使用5.88号von Frey单丝对穴位施加浅表触觉刺激，并采用相匹配的实验范式。

在对穴位进行真正的针刺刺激之前完成此操作。可通过自由轻叩金属丝或通过用于针灸针的导向管插入金属丝来完成。完成针刺刺激后，记录针体抵抗操作的力度。

每次扫描结束后，由除针灸师外的另一名研究人员让受试者对其经历的感觉进行评分，评分标准为0到10分。针灸感觉列表来源于针灸学界，而非文献中常见的典型疼痛问卷。

随后，根据受试者对“气”的心理反应，将fMRI数据分为以下几类：感受到“气”、感受到“气”并伴有锐痛、无任何针刺感觉，以及仅有锐痛。其中，仅有锐痛的情况极为罕见。以下是一些我们使用AFNI处理的代表性fMRI数据。

其他软件，例如 FS LO FreeSurfer，也可用于分析。功能扫描图像将叠加在队列的高分辨率解剖图谱上。此处显示的所有组水平图谱均以 P 小于 0.0001（未经校正）为阈值。

首先，让我们观察针灸去激活与触觉刺激的不同之处。这些数据来自一组37名接受针灸的受试者。在双侧大脑半球的内侧前额叶皮层、内侧顶叶皮层和内侧颞叶，均出现了去激活结构的Deci聚类。

此类变化在触觉刺激中较为稀少。右侧外侧颞叶在针刺过程中也表现出更显著的去激活。与去激活相反，触觉刺激显示出感觉运动区BA 43和联合皮层BA 22更多的激活。

在针刺过程中，右侧前岛叶出现反常激活，而在触觉刺激时则未见激活。此处显示了心理物理学反应与血流动力学反应之间的相关性。该图表表示针刺的deci与DEI加锐痛的比较。

在疼痛存在的情况下，与无痛状态相比，内侧前额叶皮层、内侧顶叶皮层和内侧颞叶区域显著的去激活现象有所减弱。感觉运动皮层和联合皮层的激活变得更加显著，同时边缘系统的一部分区域，如中扣带皮层、辅助运动区、后扣带皮层、BA 23、杏仁核以及小脑蚓部也被激活。

在决策过程中，岛叶的激活局限于右侧前部，而在疼痛过程中则未显示出特定的局部激活区域。在此，我们观察到48名受试者在接受针刺刺激时，边缘旁中央新皮层网络（LP NN）与默认模式网络（DMN）的重叠区域；通过一般线性模型分析及无模型模糊聚类分析发现，在针刺刺激下，内侧前额叶皮层、内侧顶叶皮层和LP NN颞叶区域的去激活脑区聚类，与DMN的核心区域表现出显著的相似性。我们刚刚向您展示了如何监测针刺对人脑产生的动态效应。

进行该操作时使用fMRI，重要的是要注意受试者的舒适度和心理物理反应，旨在生成其CHI并避免有害刺激。以上就是全部内容。感谢观看，祝您的实验顺利成功。