fMRIによるヒト脳機能に対する鍼の効果のモニタリング

こんにちは。マサチューセッツ総合病院およびハーバード医学大学放射線科のマテオセンターから来ました、キャスリーン・ヘイです。今日は、鍼刺激中の機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の手順について説明します。私たちが脳に対する鍼の効果を画像化するためにfMRIを適用し始めた当初は、どのようなデータが得られるのか全く分かりませんでした。

長年にわたり、私たちは健康な被験者および疾患を持つ被験者の約200名を対象に、主要な複数のツボに対するfMRIモニタリングを用いた鍼治療のデータベースを構築し、今後の研究に向けた強固な基盤を築いてきました。MartinセンターのMRI物理学者であるKenneth Qua博士がfMRIイメージングを指導しました。これらの研究において、彼は主に鍼灸師および研究者として活動しており、締めくくりの言葉を述べます。

センターの鍼灸師が鍼灸処置を行います。センターの鍼灸fMRIの専門家であるVitali Napal博士が、生理学的モニタリングを伴うデータ収集プロセスを実演します。それでは始めましょう。

スキャニングセッション中、被験者から心電図（ECG）、皮膚電気反応（SCR）、呼吸などの生理学的パラメータを記録します。信号は、80 instruments社のチャートソフトウェアを搭載したコンピュータに接続されたPowerLabで記録され、被験者からの信号が増幅・デジタル化され、記録されます。呼吸を記録するために使用する呼吸ベルトシステムをセットアップするには、トランスデューサをスキャナー制御室の電源コンセントに差し込み、ベルトを導入口からスキャナールーム内へ通します。

生理学的データをfMRIデータと同期させるために、fMRIスキャナーのトリガーボックスからコントロールルームのPowerLabへBNCケーブルを接続します。これにより、スキャナーから信号を受信した時に記録を開始するようにチャートソフトウェアを設定できます。次に、ECGモニタリングデバイスを準備します。皮膚コンダクタンスを測定するために、4枚のECG電極と、MRI対応の移動式ポータブルカートに接続されたECGケーブルが必要になります。スキャン室にあるブレイクアウトボックスに2つのSERコネクタを差し込み、皮膚コンダクタンス用ジェルを用意してください。

それでは、スキャンのための被験者の準備を開始しましょう。開始前に、被験者が不安や疲労を感じていないこと、およびスキャンの前に軽い食事を摂っていることを確認してください。これらは鍼刺激に対する脳の反応に影響を与える可能性があるためです。被験者をスキャナー室に案内し、スキャナーの騒音から耳を保護するために耳栓を装着させてください。

次に、被験者をスキャナーベッドに寝かせ、クッション付きのサポートを使用して頭部を固定します。鍼治療のスキャンは、信号対雑音比（SNR）が低いため、頭部の動きによるアーチファクトの影響を特に受けやすくなります。身体の動きを抑えるために、被験者の膝の下にサポートを配置してかかとがストレッチャーの表面に触れないようにし、ヘッドコイルを固定した後、被験者が快適に過ごせるようサポートクッションの最終調整を行ってください。

1回のセッションの平均時間が2時間に及ぶため、中断のないスキャンを行うには快適さが極めて重要です。MRI適合済みです。必要に応じて、スキャン中に生理学的モニタリングを行うことができます。

記録を開始する前に、ECG信号の品質を確認してください。本デモンストレーションでは、標準的な二次形式ヘッドコイルを備え、エコープラナーイメージングに対応した1.5 Tesla Siemens Avanto MRIシステムを使用しています。鍼刺激を伴う研究では、より薄い脳スライスを取得する必要があります。

磁化率アーチファクトを低減するため、脳幹および小脳を含む脳全体をカバーするように、サジタル方向またはアキシアル方向で、スライス厚 3 mm、ギャップ 0.6 mm または 0.75 mmに設定して撮影します。機能的スキャンは、T2強調グラジエントエコー法を用い、繰り返し時間（TR） 4 s、エコー時間（TE） 30 ms、視野（FOV） 200 mm、マトリックス 64 × 64、フリップ角 90°で取得します。TEを短くすることで磁化率アーチファクトが低減し、一方でTRを比較的長く設定することで、高い空間分解能を維持したまま脳全体のカバーが可能になります。

扁桃体、海馬、腹側内側前頭前野、および脳底部に位置する膝下前帯状回は、信号欠損が生じやすい領域です。エコープランナー画像を確認し、これらの領域が十分にカバーされているか確認してください。特殊な研究において、このようなアーチファクトを最小限に抑えるには、高磁場磁石ではなく1.5 Teslaを用いてデータ収集を行うことが有効です。

fMRI信号を平衡化させるため、少なくとも4回のダミースキャンを行ってから画像収集に進んでください。次に、fMRI実験中の鍼治療の実施方法について説明します。まず、被験者にリラックスし、目を閉じたまま、スキャン中は体を動かさないように指示してください。また、有害な刺激（疼痛）があった場合に備え、指を1本上げるように被験者に伝えてください。

鍼刺激による感覚が痛みスコア10段階中8に近づいた場合、またはスキャン開始前にどのような程度の鋭い痛みを感じた場合でも、指を2本立てるように指示します。滅菌済みの使い捨て高品質純銀鍼を、ツボに垂直に刺入します。鍼は、緩やかな回転や、提挿（リフトアンドスラスト）によって操作できます。

回転法がより頻繁に用いられます。被験者の針操作に対する感受性をテストし、過度な不快感や有害な痛みを与えずに、目的の反応を誘発するために必要な挿入深度と操作力を推定します。10分間のスキャン中、針を留置したままにする休息時間を挟み、2分間のブロックを2回、針を回転させて操作します。

刺激期間の直前または直後に被験者に近づいたり離れたりしないようにしてください。そのような動作が結果に影響を及ぼす可能性があるためです。他のツボに対しても同様の手順を繰り返します。感覚コントロールまたは偽鍼の場合、5.88 von frame モノフィラメントを用いて、同一のパラダイムでツボに表層的な触覚刺激を与えます。

これは、ツボへの実際の鍼刺激の前に行います。フィラメントを自由にタッピングするか、鍼用ガイドチューブを通してフィラメントを挿入することで行えます。鍼刺激の完了後、操作に対して鍼が抵抗する力を記録します。

各スキャンの終了時に、鍼灸師以外の調査者に、被験者へ感じた感覚のグレードを評価させる。評価は0から10の尺度で行う。鍼刺激感のリストは、文献にある一般的な痛みに関する質問票ではなく、鍼灸コミュニティの知見に基づいたものである。

その後、fMRIデータを、「気（chi）」、「気と鋭い痛みの混合」、「鍼刺激感なし」、「鋭い痛みのみ」という心理的反応に基づいて分類します。「鋭い痛みのみ」に遭遇することは極めて稀です。ここでは、AFNIを用いて処理した代表的なfMRIデータの一部を紹介します。

FreeSurferなどの他のソフトウェアも使用可能です。機能スキャンを、コホートの高解像度解剖学的マップ上に重ね合わせて表示しています。ここに示すすべてのグループマップは、補正なしのP < 0.0001で閾値を設定しています。

まず、鍼刺激による脱活性化が触覚刺激とどのように異なるかを確認しましょう。これは鍼治療を受けた37名の被験者群からのデータです。脱活性化構造のデシ・クラスターが、両半球の内側前頭前野、内側頂頂皮質、および内側側頭葉に認められました。

このような変化は触覚刺激ではほとんど見られませんでした。また、鍼治療中は右側頭葉外側においてより顕著な脱活動が認められました。脱活動とは対照的に、触覚刺激では感覚運動野の BA 43 および連合野の BA 22 でより強い活動が示されました。

鍼刺激中には、触覚刺激では見られなかった右前側島皮質の逆説的な活性化が認められました。ここでは、心理物理学的応答と血行動態応答の相関を示します。このグラフは、DEIおよび鋭痛と比較した鍼刺激のdeciを表しています。

痛みのない状態で見られた内側前頭前皮質、内側頭頂皮質、および内側側頭葉の顕著な不活性化は、痛みがある状態では軽減しました。感覚運動野および連合野の活性化がより顕著になり、中帯状回、補足運動野、後帯状回、BA 23、扁桃体、小脳虫部などの一部の辺縁系領域が活性化しました。

deciにおける島皮質の活性化は右前部領域に局在していましたが、painにおける活性化では特定の局在は見られませんでした。ここでは、鍼刺激中の被験者48名における辺縁系・パラリンビック・新皮質ネットワーク（LP NN）と、デフォルトモードネットワーク（DMN）との重複を示しています。一般線形モデル分析およびモデルフリー・ファジー・クラスター分析により、内側前頭前皮質、内側頭頂皮質、および側頭葉のLP NNにおいて鍼刺激中に不活性化した領域のクラスターが、DMNのコア領域と顕著な類似性を示すことが明らかになりました。以上で、鍼がヒトの脳に及ぼす動的な影響をモニタリングする方法について解説しました。

この手順でfMRIを使用する場合は、被験者の快適さと精神物理学的反応に注意を払い、有害な刺激を避けつつCHIを誘発させるようにすることが重要です。以上になります。ご視聴ありがとうございました。実験の成功をお祈りしています。