Überwachung Akupunktur Effects on Human Brain von fMRI

Summary

FMRI und physiologischen Überwachung wird verwendet, um die Auswirkungen der Akupunktur auf dem zentralen und peripheren Nervensystem zu studieren. Akupunktur mobilisiert eine limbische-paralimbischen-neokortikalen Netzwerk, mit großer Überschneidung mit der Standard-Modus-Netzwerk, zu modulieren neurologische Aktivität, möglicherweise seine autonome Wirkung in den peripheren Nervensystems.

Abstract

Functional MRI wird verwendet, um die Wirkung von Akupunktur auf die BOLD-Antwort und die funktionelle Konnektivität des menschlichen Gehirns zu studieren. Die Ergebnisse zeigen, dass Akupunktur eine limbische-paralimbischen-neokortikalen Netzwerk mobilisiert und seine anti-korreliert sensomotorischen / paralimbischen Netzwerk auf mehreren Ebenen des Gehirns und die hämodynamische Reaktion wird durch die psychophysische Reaktion beeinflusst. Physiologische Überwachung durchgeführt werden, um die periphere Reaktion des vegetativen Nerven-Funktion zu erforschen. Dieses Video beschreibt das Studium an LI4 (Hegu) durchgeführt, ST36 (Zusanli) und LV3 (Taichong), klassische Akupunkturpunkte, die üblicherweise für modulatorische und Schmerz-reduzierende Maßnahmen verwendet werden. Einige Fragen, die Aufmerksamkeit erfordern in der Anwendung von fMRI zur Akupunktur Untersuchung werden zur Kenntnis genommen.

Protocol

Teil 1: Informierte Zustimmung und unter Vorbereitung

Gesunden erwachsenen Probanden für die Studie nach Institutional Review Board genehmigten Verfahren eingestellt. Informierte Zustimmung durch das Subjekt ist vor Beginn der Studie unterschrieben.

Teil 2: Einrichten physiologischen Überwachungsgeräten

Die AD Instruments PowerLab System ermöglicht physiologischen Daten mit der fMRI-Scan mit Hilfe der fMRI-Trigger-Signal auf einen Eingang Kanal aufgezeichnet synchronisiert werden. Dies ist eine Laptop-basiertes System mit Eingängen für EKG, Atmung, Hautleitwert Antwort, Pulsoximetrie, und alle anderen physiologischen Signal, das aufgezeichnet werden müssen, wäre.

1. Wenn eine respiratorische Gurtsystem verwendet wird, muss der Wandler angeschlossen werden an eine Steckdose im Zimmer neben dem Scanner, mit dem Schlauch, der am Gürtel gefüttert über den Zulauf in die Scan-Raum und ein BNC-Stecker, die zum PowerLab in der Scan-Leitwarte.
2. Wenn ein Trigger verwendet wird, um die physiologischen Daten der fMRI-Daten zu synchronisieren, dann ein BNC-Kabel muss auch eine Verbindung der MRT-Trigger-Signal an den PowerLab in der Scan-Leitwarte.
3. Gather Überwachungseinrichtungen. Vier EKG-Elektroden benötigt, sowie eine EKG-Kabel verbunden mit einem MR-kompatiblen In-vivo-System rollcart werden.
4. Wenn Hautleitfähigkeit gemessen wird, stecken Sie den Hautleitwert Stecker in die Breakout-Box in der Scan-Zimmer und haben Hautleitfähigkeit Gel bereit in der Scan-Raum.

Teil 3: Vorbereitung Thema für MR-Untersuchung

1. Es ist wichtig, auszuschließen, unangemessene Angst und Müdigkeit am Tag des Scans, weil Grundzustand die Reaktion des Gehirns auf Akupunkturstimulation beeinflussen können. Schlagen Sie das Thema eine leichte Mahlzeit vor dem Eingriff, so dass Schwäche und unerwünschte Reaktionen können vermieden werden.
2. Weisen Sie den Gegenstand auf dem Rücken liegen in der Maschine tragen Ohrenstöpsel zum Scanner Rauschen zu unterdrücken und mit dem Kopf durch die gepolsterten Trägern immobilisiert. Da das Signal / Rausch-Verhältnis von Akupunkturstimulation Scans ist gering mit gemeinsamen Motor oder visuelle Aufgaben im Vergleich, neigt die Daten leichter durch Kopfbewegungen beschädigt. Eine Unterstützung ist unter den Knien platziert, damit die Fersen bilden die Oberfläche der Trage auf Körperbewegung zu reduzieren. Der Kopf Spule befestigt und Kissen sind für den Komfort angepasst. Für einen durchschnittlichen Scan-Sitzung von 2 Stunden ist der Komfort wichtig für ununterbrochene Scannen.
3. Wenn physiologischen Überwachung gewünscht ist, sollte Gegenstand nach dem vorigen Abschnitt, bevor sie in den Scanner legen vorbereitet werden. Es ist wünschenswert, um die Wachheit des Subjekts mit Eye-Tracking-Monitor während der Scans, sofern verfügbar.
4. Bringen Sie 4 EKG-Elektroden auf das Thema der linken oberen Brust (für weibliche Probanden, nehmen den Datenschutz Vorsichtsmaßnahmen wie Senkung der Jalousien am Fenster auf die Bucht in der Scan-Leitwarte und Ausschalten des Scanners Tür). Attach-Kabel an die Elektroden und die In-vivo-Gerät. Aus Sicherheitsgründen dieses Kabel und alle anderen Kabel, die zu dem Thema sollten direkt laufen entlang der Scan-Tabelle, ohne Bildung von Schleifen. Schalten Sie den In-vivo-Gerät und überprüfen Sie die EKG-Signal-Qualität. Passen Elektrode Positionierung, wenn nötig.
5. Füllen Sie den Vertiefungen der SCR-Elektroden mit leitfähiges Gel. Diese speziellen SCR-Gel sollte isotonisch sein, um die Haut. Führen Leerlauf Null in Chart-Software. Bringen Sie SCR Elektroden 2 angrenzenden distalen Fingerkuppen der Hand der Versuchsperson durch Umwickeln der Klettverschluss um so dicht wie bequem ist.

Teil 4: Funktionelle MR-Bildgebung Sequenzen zur Bildgebung Akupunkturstimulation zugeschnitten.

1. Wir verwenden eine 1,5 oder 3,0 Tesla Siemens Trio MRT-System (Siemens, Erlangen, Deutschland) für Echo-Planar-Bildgebung mit einem Standard-quadratischen Kopfspule ausgestattet.
2. Unsere Untersuchungen über die Jahre immer wieder bewiesen, dass Akupunktur umfangreiche Maßnahmen über funktionale Systeme auf verschiedenen Ebenen des Gehirns hatte. Die Strukturen auf der Basis des Gehirns wie der Amygdala, Hippocampus, ventralen medialen präfrontalen Kortex und subgenual Gebieten sind besonders anfällig für Suszeptibilitätsartefakte. Es ist wichtig, jeden EPI funktionellen Scan überprüfen, um auszuschließen, Signalverlust in diesen Regionen, wie wir Unterschiede in Verlust von Signalen zwischen zwei Modellen einer Siemens-Scanner mit ähnlichen Feldstärke und mit einer ähnlichen MRT-Sequenz für die Datensammlung gefunden.
3. Thinner Hirnschnitten vorzuziehen sind zur Reduzierung der Anfälligkeit Artefakte. Slices 3 mm dick mit 0,6 mm oder 0,75 mm Lücke in der sagittalen oder axialen Ausrichtung werden verwendet, um das gesamte Gehirn einschließlich der Hirnstamm und Kleinhirn abhängig von der Speicherkapazität des bildgebenden Systems zu decken. Andere Orientierungen und Schichtdicke kann für partielle Bildgebung des Gehirns eingesetzt werden. Die besondere Aufmerksamkeit für diese Themen beitragen, die mehrkonsistenten Befunde der Akupunktur Auswirkungen auf die Strukturen an der Basis des Gehirns.
4. Die funktionalen Scans mit erworben T2 *- gewichtete Gradienten-Echo-Sequenz (TR / TE 4000/30 ms, FOV 200 mm, Matrix 64x64, Flipwinkel 90 °, Schichtdicke 3,0 mm, Abstand 0,6 mm). Wir erwarben insgesamt 150 Zeitpunkten in 10 min. Bild Sammlung wird durch 4 Dummy-Scans voraus, um für die Äquilibrierung des fMRI-Signals zu ermöglichen. Die kürzere TE reduziert Suszeptibilitätsartefakte. Die relativ lange TR erlaubt gesamte Gehirn Abdeckung mit hoher räumlicher Auflösung.

Teil 5: Die erste Localizer und anatomischen Scans

1. Vor funktionalen Scans mit Akupunktur ausgeführt werden, sind ein Localizer-Scan, eine hohe Auflösung anatomischen Scans und die T1-gewichtete 3D-MP-RAGE erworben, um die korrekte Positionierung und anatomischen Solidität zu gewährleisten. Allgemeine Bemerkung zu diesem Zeitpunkt kann Ihnen versichern, dass unnötige Scans nicht ausgeführt werden. Der Localizer, eine sehr kurze Scan, stellt sicher, dass das gesamte Gehirn in der Scan ist im Preis inbegriffen und ermöglicht Ihnen, es Line-Up mit der AC-PC Linie. Wenn es irgendwelche verdächtige Anomalien sind, werden die Forscher Bilder auf einen geschulten Radiologen schicken, sollte aber keine Ansprüche stellen über das, was auf der Scan-to-Themen.
2. Die ersten Scans dauern ca. 20 Minuten insgesamt. Kurze Betrachtung kann sagen, der Prüfer, wenn es sein wird nützlich sein, den Scanvorgang fortzusetzen. Dies ist ein guter Zeitpunkt, um mit dem Thema zu sprechen und stellen Sie sicher, dass sie noch komfortabler und keine Probleme nachteilige Nebenwirkungen von in der Magnet.

Teil 6: Akupunktur mit fMRI Überwachung

Von den beiden Formen der Behandlung (manuelle Nadel Manipulation und elektrische Stimulation), wird das Video auf manuelle Akupunktur, die eine viel längere Geschichte der klinischen Anwendung hat begrenzt werden. Akupunktur Stimulation ist in zweifacher Ausfertigung läuft der klassischen Akupunkturpunkte LI4 auf der Hand, LV3 auf dem Fuß oder ST36 am Bein verabreicht wird, beschäftigt sterile, den einmaligen Gebrauch nur Akupunkturnadeln.

1. Weisen Themen zu entspannen, halten die Augen geschlossen und von Bewegungen während des Scanvorgangs zu unterlassen. Zur Vermeidung von schädlichen Stimulation, wir gezielt anweisen, das Thema zu einem Finger heben, wenn eine der Akupunktur Empfindungen nähert sich einem Wert von 8, und heben Sie mit zwei Fingern bei starken Schmerzen jeglicher Grad.
2. Nach dem Einsetzen der Nadel, Pretest des Subjekts Sensibilität und Toleranz gegenüber Nadelmanipulation zu helfen, wählen Sie die Eintauchtiefe und die Kraft der Manipulation für die Datenerfassung.
3. Während der 10 min funktionellen Bildgebung wird die Nadel gedreht für 2 min bei M1 und M2, und links in die während der Ruhezeiten R1 (2min)), R2 (3min), R3 (1 min). Der Akupunkteur stellt sicher, dass nicht zu nähern oder verlassen das Thema direkt vor oder nach der Stimulation Zeit, da selbst diese Bewegung könnte die Ergebnisse beeinflussen. (Paradigm, Abb. 1)
   
   Abbildung 1. Akupunktur fMRI Paradigm.
4. Nach Abschluss der Akupunkturstimulation, Aufzeichnungen der Akupunkteur die Kraft, mit der die Nadel widersteht Manipulation. Am Ende jedes Scans, fragt ein anderer Mitarbeiter Prüfer den zur Bewertung der Empfindungen auf einer Skala von 1-10 erlebt. Die Liste, Schmerzen, Druck, Völlegefühl, Schwere, Taubheit, Kribbeln, dumpfen Schmerz, stechender Schmerz, basiert auf den Erfahrungen der Akupunkteur Gemeinde und früheren experimentellen Daten und nicht als Schmerz Fragebögen in der Literatur. Die psycho-Ansprechen ist definiert als ein typisches deqi Gruppe und eine weitere Gruppe von deqi mit scharfen Schmerz auf diese Aufzeichnungen basierten gemischt eingestuft.
5. Sprechen Sie die Themen zwischen den Scans um sicherzustellen, dass sie sich wohl fühlen und sie wach bleiben. Wenn irgendein Teil ihres Körpers beginnt zu verkrampfen oder sich unwohl fühlen, sollten die wissenschaftlichen Mitarbeiter vor Ort geeignete Maßnahmen ergreifen, um die Beschwerden zu lindern. Bewegungen, die durch das Thema erzeugt würde Datenverluste verursachen. Gelegentliche Fächer können einzuschlafen während des Scannens, was die hämodynamische Reaktion beeinflussen.

Teil 7: Data Processing

1. Mehrere Ebenen der Analyse ausgeführt werden können. Eine allgemeine lineare Modell verwendet Ruhezeiten als Grundlage für die% BOLD MR-Signal ändern bei jedem Voxel des Gehirns während der Aufgabe zu bestimmen. Er bestimmt auch die statistische Signifikanz dieser Veränderungen und entfernt BOLD Daten, die nicht zu erreichen do 3 zusammenhängende Voxel zu einem bestimmten p-Wert.
2. Führen Sie Samen-basierte Kreuzkorrelation Analyse auf die funktionelle Konnektivität zwischen einer neurologischen Region und dem Rest des Gehirns zeigen. Dies wird durch die Auswahl eines Referenz-Regionen und den Vergleich ihrer zeitlichen Verlauf mit der jedes anderen Voxel im Gehirn getan. Andere Analysen wie Independent Component Analysis, Fuzzy-Clusteranalyse, Strukturgleichungsmodelle, Granger Kausalität angewandt werden kann.
3. Physiologische Daten könnendurch Mittelung Antwort innerhalb von Fenstern im Zusammenhang mit Akupunkturnadeln Stimulation analysiert werden. Zum Beispiel kann EKG-Daten annotiert werden für QRS-Komplex Timing durch die Analyse von Herzfrequenz und Herzfrequenz-Variabilität gefolgt.

Teil 8: Ergebnisse

Abbildung 2. Hämodynamischen Antwort in Akupunktur deqi vs taktile Stimulation im rechten LI4, ST36 und LV3 (52 runs/37 Probanden). Die Cluster deaktiviert Strukturen an der MPFC (medialen präfrontalen Kortex) (1), MPC (medial parietalen Kortex) (2), MTL (medialen Temporallappen) (3), wurden noch ausgeprägter in Akupunktur (Abb. A) als in taktile Stimulation (Abb. B). Umfangreiche Deaktivierung der rechten BA22/21 (4) in der Akupunktur war nicht in taktile Stimulation beobachtet. Die sensomotorischen BA43 (5) und Assoziationskortex (6) zeigte eine verstärkte Aktivierung in taktile Stimulation als in der Akupunktur (nicht dargestellt). Interessanterweise war die rechte vordere Insula, (7) in Akupunktur und nicht in taktile Stimulation aktiviert. (P <0,0001).

Abbildung 3. Hämodynamischen Antwort in deqi (52 runs/37 Themen) versus deqi mit starken Schmerzen (52 runs/29 Probanden) bei der Akupunktur Stimulation im rechten LI4, ST36 und LV3, Der prominente Deaktivierung der MPFC (1) gemischt, MPC-( 2) und MTL (3) mit deqi fehlen Schmerzen (Abb. A) gesehen wurde abgeschwächt in Gegenwart von Schmerzen (Abb. B). Mit Schmerzen, wurde die Aktivierung des sensomotorischen Kortex und Vereinigungsfreiheit (4) in den Vordergrund, und eine Teilmenge des limbischen und paralimbischen Regionen wie dem MIDC / SMA (5), postC_BA23 (6), Amy (7), und Kleinhirnwurms ( 8) wurde aktiviert. Die rechte vordere Insula (9) war deutlich in deqi aktiviert werden, während kleinere Bereiche der vorderen und hinteren Isolierung (10) wurden bilateral in Schmerz aktiviert. P <0,0001.

Abbildung 4 Overlap von limbischen-paralimbischen-neokortikalen Netzwerk (LPNN) in Akupunktur mit der Standard-Modus-Netzwerk (DMN);. Die BOLD Antwort der LPNN von GLM-Analyse (Abb. A) und Modell-free Fuzzy Cluster-Analyse (Abb. B ) bei der Akupunktur Stimulation bei LI4 zeigen ST36 und LV3 nahezu identische Muster mit dem DMN (Fig.C, adaptiert von Shulman et al, 1997). Cluster von Regionen mit kohärentes Signal verringert erscheinen in der medialen präfrontalen Kortex (1), postero-medialen Cortex (2) und Schläfenlappen (3). p <0,0001.

Discussion

Der Einsatz von richtigen Techniken, die Erfahrung der Akupunkteur und eine große Stichprobe zur Trennung von verwirrenden Auswirkungen einer unbeabsichtigten schädlichen Stimulation ermöglichen, sind in den Erwerb und die Auslegung der Akupunktur fMRI-Daten wichtig. Unsere Untersuchungen von mehreren klassischen Akupunkturpunkte zeigen, dass Akupunktur das limbische Netzwerk, eine wichtige intrinsische Regulierungssystem des menschlichen Gehirns moduliert. Das Netzwerk zeigt deutliche Überschneidungen mit der Standard-Modus des ruhenden Gehirn. Diese assoziierten autonomen Nervensystems Funktion Änderungen können durch physiologische Überwachung demonstriert werden.