Biology

निगरानी मानव मस्तिष्क पर fMRI द्वारा एक्यूपंक्चर प्रभाव

Published: April 8, 2010 doi: 10.3791/1190

Kathleen K. S. Hui¹, Vitaly Napadow¹, Jing Liu¹, Ming Li¹, Ovidiu Marina^1,2, Erika E. Nixon¹, Joshua D. Claunch¹, Lauren LaCount¹, Tara Sporko¹, Kenneth K. Kwong¹

¹Department of Radiology, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, ²William Beaumont Hospital

Summary

FMRI और शारीरिक निगरानी करने के लिए मध्य और परिधीय तंत्रिका प्रणाली पर एक्यूपंक्चर के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है. एक्यूपंक्चर एक limbic paralimbic - neocortical नेटवर्क mobilizes, डिफ़ॉल्ट मोड नेटवर्क के साथ महान ओवरलैप के साथ, न्यूरोलॉजिकल गतिविधि मिलाना, संभवतः अपने परिधीय तंत्रिका तंत्र में autonomic प्रभाव से संबंधित है.

Abstract

कार्यात्मक एमआरआई बोल्ड प्रतिक्रिया और मानव मस्तिष्क के कार्यात्मक कनेक्टिविटी पर एक्यूपंक्चर के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए प्रयोग किया जाता है. परिणाम दिखाना है कि एक्यूपंक्चर एक limbic paralimbic - neocortical नेटवर्क mobilizes और अपने विरोधी सहसंबद्ध मस्तिष्क की कई स्तरों पर और नेटवर्क / ज्ञानेन्द्रिय paralimbic hemodynamic प्रतिक्रिया psychophysical प्रतिक्रिया से प्रभावित है. शारीरिक निगरानी के autonomic तंत्रिका समारोह के परिधीय प्रतिक्रिया का पता लगाने के लिए किया जा सकता है है. यह वीडियो LI4 (hegu) में प्रदर्शन अध्ययन, (zusanli) ST36 और LV3 (taichong), शास्त्रीय acupoints कि सामान्यतः modulatory और दर्द कम करने की कार्रवाई के लिए उपयोग किया जाता है वर्णन करता है. कुछ मुद्दों है कि एक्यूपंक्चर जांच करने के लिए fMRI के अनुप्रयोगों में ध्यान देने की आवश्यकता का उल्लेख किया है.

Protocol

भाग 1: अवगत सहमति और विषय की तैयारी

स्वस्थ वयस्क स्वयंसेवकों के अध्ययन के लिए संस्थागत समीक्षा बोर्ड अनुमोदित प्रक्रियाओं अनुसार भर्ती कर रहे हैं. अध्ययन की शुरुआत से पहले इस विषय द्वारा अवगत सहमति पर हस्ताक्षर किए है.

भाग 2: शारीरिक निगरानी उपकरणों की स्थापना

ई. उपकरण PowerLab प्रणाली की अनुमति देता है के लिए शारीरिक डेटा fMRI ट्रिगर एक इनपुट चैनल पर दर्ज संकेत का उपयोग करके fMRI स्कैन के साथ सिंक्रनाइज़. यह ईसीजी, श्वसन, त्वचा प्रवाहकत्त्व प्रतिक्रिया, नाड़ी oximetry, और किसी भी अन्य शारीरिक संकेत है कि दर्ज किया जा आवश्यकता होगी के लिए आदानों के साथ एक लैपटॉप आधारित प्रणाली है.

यदि एक सांस बेल्ट प्रणाली का इस्तेमाल किया जा रहा है, transducer एक शक्ति आउटलेट में खामियों को दूर स्कैनर के लिए आसन्न कमरे में ट्यूब प्रवेश के माध्यम से स्कैन कमरे और एक BNC संबंधक में PowerLab अग्रणी में बेल्ट खिलाया करने के लिए अग्रणी के साथ होना चाहिए, नियंत्रण कक्ष स्कैन.
यदि एक ट्रिगर fMRI डेटा के लिए शारीरिक डेटा सिंक्रनाइज़ करने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है, तो एक BNC केबल भी स्कैन नियंत्रण कक्ष में PowerLab एमआरआई स्कैनर ट्रिगर संकेत कनेक्ट करना होगा.
निगरानी उपकरणों को इकट्ठा करो. चार ईसीजी इलेक्ट्रोड की जरूरत हो जाएगा के रूप में एक ईसीजी vivo प्रणाली rollcart में एक एमआर संगत से जुड़े केबल के रूप में अच्छी तरह से.
यदि त्वचा प्रवाहकत्त्व स्कैन कमरे में breakout बॉक्स में त्वचा प्रवाहकत्त्व connectors प्लग मापा जा रहा है, और त्वचा प्रवाहकत्त्व स्कैन कमरे में तैयार जेल में है.

भाग 3: एमआर स्कैनिंग के लिए तैयारी विषय

यह महत्वपूर्ण है क्योंकि बुनियादी राज्य एक्यूपंक्चर उत्तेजना के मस्तिष्क की प्रतिक्रिया को प्रभावित कर सकते हैं अनुचित और स्कैन के दिन पर चिंता थकान नियम. सुझाव है विषय प्रक्रिया के पहले इतना है कि एक हल्का भोजन खाने कमजोरी और अप्रिय प्रतिक्रियाओं से बचा जा सकता है.
आज्ञा विषय कान प्लग पहनने के लिए स्कैनर शोर को दबाने मशीन में और तकिये का समर्थन करता है के द्वारा immobilized सिर के साथ लेटना. के बाद से एक्यूपंक्चर उत्तेजना स्कैन के संकेत / शोर अनुपात कम आम मोटर या दृश्य कार्यों के साथ तुलना में है, डेटा के लिए और अधिक आसानी से सिर गति से दूषित हो जाता है. घुटनों समर्थन के तहत रखा गया है रखने के लिए ऊँची एड़ी के जूते स्ट्रेचर शरीर की गति को कम करने की सतह के रूप में. सिर कुंडल fastened है और कुशन आराम के लिए समायोजित कर रहे हैं. 2 घंटे के एक औसत स्कैनिंग सत्र के लिए, आराम निर्बाध स्कैनिंग के लिए महत्वपूर्ण है.
यदि शारीरिक निगरानी वांछित है, विषय स्कैनर में रखा जा रहा से पहले पिछले अनुभाग के अनुसार तैयार किया जाना चाहिए. यदि उपलब्ध हो तो नेत्र ट्रैकिंग के साथ स्कैन के दौरान विषय के जागना की निगरानी के लिए यह वांछनीय है.
विषय के बाएँ ऊपरी छाती (महिला विषयों के लिए, जैसे स्कैन नियंत्रण कक्ष में खाड़ी खिड़की पर अंधा कर रही है कम करने और स्कैनर दरवाजा बंद गोपनीयता सावधानी बरतने) 4 ईसीजी इलेक्ट्रोड संलग्न. इलेक्ट्रोड और Vivo डिवाइस में केबल संलग्न. सुरक्षा के लिए इस केबल और अन्य सभी विषय के लिए अग्रणी केबल सीधे स्कैन तालिका के साथ किसी भी loops बनाने के बिना, चलाना चाहिए. Vivo डिवाइस पर मुड़ें और ईसीजी संकेत गुणवत्ता के लिए जाँच करें. यदि आवश्यक इलेक्ट्रोड स्थिति को समायोजित करें.
SCR इलेक्ट्रोड के कुओं प्रवाहकीय जेल के साथ भरें. यह विशेष SCR जेल त्वचा के लिए isotonic होना चाहिए. प्रदर्शन चार्ट सॉफ्टवेयर में सर्किट शून्य खोलने. 2 आसन्न विषय के हाथ के बाहर उंगली पैड के लिए वेल्क्रो के आसपास लपेटन के रूप में कस के रूप में आरामदायक है SCR इलेक्ट्रोड संलग्न.

भाग 4: कार्यात्मक एमआर इमेजिंग इमेजिंग एक्यूपंक्चर उत्तेजना के लिए सिलवाया दृश्यों.

हम 1.5 या 3.0 Tesla सीमेंस तीनों एमआरआई (सीमेंस, अरलैंगेन, जर्मनी) प्रणाली गूंज planar इमेजिंग के लिए एक मानक द्विघात सिर कुंडल के साथ सुसज्जित का उपयोग करें.
पिछले कुछ वर्षों में हमारे लगातार अध्ययन दिखा दिया कि एक्यूपंक्चर कार्यात्मक प्रणाली पर मस्तिष्क के कई स्तरों पर व्यापक कार्रवाई की थी. प्रमस्तिष्कखंड, हिप्पोकैम्पस, उदर औसत दर्जे का prefrontal प्रांतस्था और subgenual क्षेत्रों जैसे मस्तिष्क के आधार पर स्थित संरचनाओं विशेष रूप से संवेदनशीलता कलाकृतियों के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं. यह महत्वपूर्ण है प्रत्येक महामारी कार्यात्मक स्कैन की जांच करने के लिए इन क्षेत्रों में संकेत हानि नियम के रूप में हम इसी तरह क्षेत्र शक्ति के साथ और डेटा संग्रह के लिए एक समान एमआरआई अनुक्रम के साथ एक सीमेंस स्कैनर के दो मॉडलों के बीच संकेतों के नुकसान में अंतर पाया गया.
पतली मस्तिष्क स्लाइसें संवेदनशीलता कलाकृतियों को कम करने के लिए बेहतर हैं. 0.6 मिमी या बाण के समान या अक्षीय अभिविन्यास में 0.75 मिमी अंतराल के साथ 3 मिमी मोटी स्लाइसें करने के लिए brainstem और सेरिबैलम इमेजिंग प्रणाली की स्मृति क्षमता पर निर्भर करता है सहित पूरे मस्तिष्क को कवर करने के लिए उपयोग किया जाता है. अन्य झुकाव और टुकड़ा मोटाई आंशिक मस्तिष्क इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हम इन मुद्दों के लिए भुगतान विशेष ध्यान अधिक करने के लिए योगदानमस्तिष्क के आधार पर संरचनाओं पर एक्यूपंक्चर के प्रभाव के अनुरूप निष्कर्ष.
कार्यात्मक स्कैन के साथ प्राप्त कर रहे हैं एक टी 2 *- भारित ढाल गूंज अनुक्रम (/ टी.आर. ते 4000/30 एमएस, FOV 200 मिमी, मैट्रिक्स 64x64, फ्लिप कोण 90 °, टुकड़ा मोटाई 3.0 मिमी, अंतराल 0.6 मिमी). हम 10 मिनट में 150 समय अंक की एक कुल हासिल कर ली. छवि संग्रह 4 डमी स्कैन से पहले fMRI संकेत के संतुलन के लिए अनुमति देने के. कम ते संवेदनशीलता कलाकृतियों को कम कर देता है. अपेक्षाकृत लंबे टी.आर. उच्च स्थानिक संकल्प के साथ पूरे दिमाग कवरेज परमिट.

भाग 5: प्रारंभिक localizer और शारीरिक स्कैन

इससे पहले कि एक्यूपंक्चर के साथ कार्यात्मक स्कैन चलाए जा रहे हैं, एक localizer स्कैन, एक उच्च संकल्प संरचनात्मक स्कैन, और T1 भारित 3D सांसद के गुस्से को सही स्थिति और शारीरिक सुदृढ़ता को आश्वस्त करने के लिए अर्जित कर रहे हैं. इस बिंदु पर सामान्य अवलोकन आश्वासन दे सकता हूँ कि अनावश्यक स्कैन नहीं चला रहे हैं. localizer, एक बहुत ही कम स्कैन, भरोसा दिलाते हैं कि पूरे मस्तिष्क स्कैन में शामिल है और आप यह लाइन लाइन एसी पीसी के साथ अनुमति देता है. अगर वहाँ किसी भी संदिग्ध विसंगतियों, शोधकर्ताओं ने एक प्रशिक्षित रेडियोलाजिस्ट के लिए छवियों भेज लेकिन क्या विषयों के लिए स्कैन पर है के बारे में किसी भी दावे बनाने के लिए नहीं किया जाना चाहिए.
प्रारंभिक स्कैन के बारे में 20 मिनट कुल ले. संक्षिप्त देखने अन्वेषक बताओ अगर यह स्कैनिंग जारी रखने के लिए उपयोगी हो जाएगा कर सकते हैं. यह एक अच्छा समय के विषय के साथ बोलते हैं और यकीन है कि वे अब भी आराम कर रहे हैं और अनुभव कर रहे हैं चुंबक में किया जा रहा से कोई प्रतिकूल प्रभाव नहीं है.

भाग 6: fMRI निगरानी के साथ एक्यूपंक्चर

उपचार (पुस्तिका सुई हेरफेर और बिजली उत्तेजना) के दो रूपों में से, इस वीडियो पुस्तिका एक्यूपंक्चर, जो नैदानिक इस्तेमाल की एक बहुत लंबा इतिहास है के लिए सीमित हो जाएगा. एक्यूपंक्चर उत्तेजना डुप्लिकेट रन में शास्त्रीय LI4 acupoints हाथ पर, LV3 या पैर पर पैर ST36 पर दिलाई है, बाँझ, एक समय का उपयोग एक्यूपंक्चर केवल सुइयों को रोजगार.

आज्ञा विषयों आराम करने के लिए रखने के लिए, अपनी आँखें बंद कर दिया और स्कैनिंग के दौरान गति से बचना चाहिए. हानिकारक उत्तेजना से बचने के लिए, हम विशेष रूप से एक उंगली उठाने अगर एक्यूपंक्चर उत्तेजना के किसी भी 8 के स्कोर दृष्टिकोण विषय निर्देश, और किसी भी डिग्री के तेज दर्द के मामले में दो उंगलियों बढ़ा.
सुई, pretest विषय की संवेदनशीलता और सुई हेरफेर प्रविष्टि की गहराई और डेटा संग्रह के लिए हेरफेर के बल चुनने में मदद करने के लिए सहिष्णुता डालने के बाद.
10 मिनट कार्यात्मक इमेजिंग के दौरान, सुई M1 और M2 के दौरान 2 मिनट के लिए घुमाया है, और बाकी समय (2min)) R1, R2 (3min), R3 (1 मिनट) के दौरान जगह में छोड़ दिया. acupuncturist या विषय सीधे छोड़ करने के लिए दृष्टिकोण नहीं उत्तेजना अवधि के पहले या बाद में, के रूप में है कि प्रस्ताव भी परिणाम को प्रभावित कर सकता है यकीन है कि बनाता है. (प्रतिमान, चित्र 1)

चित्रा 1 एक्यूपंक्चर fMRI प्रतिमान.
एक्यूपंक्चर उत्तेजना के पूरा होने पर, acupuncturist बल के साथ जो सुई हेरफेर तैयार रिकॉर्ड. प्रत्येक स्कैन के अंत में, अन्य स्टाफ अन्वेषक ग्रेड 1-10 के एक पैमाने पर अनुभवी उत्तेजना के अधीन पूछता है. सूची में, दर्द, पीड़ा, दबाव, परिपूर्णता, भारीपन, स्तब्ध हो जाना, झुनझुनी, सुस्त दर्द, तेज दर्द, acupuncturist समुदाय और साहित्य में दर्द प्रश्नावली के बजाय पिछले प्रयोगात्मक डेटा के अनुभव पर आधारित है. psychophysical एक ठेठ deqi समूह और दूसरे समूह deqi के इन अभिलेखों के आधार पर तेज दर्द के साथ मिश्रित प्रतिक्रिया के रूप में वर्गीकृत किया गया है.
स्कैन के बीच विषयों को यकीन है कि वे सहज महसूस करता हूँ और वे जागते रहने कर बोलो. यदि अपने शरीर के किसी भी भाग उद्वेष्ट करने के लिए शुरू होता है या असहज महसूस करते हैं, साइट पर अनुसंधान स्टाफ उपयुक्त कदम उठाने के लिए असुविधा को राहत देने चाहिए. विषय द्वारा उत्पन्न आन्दोलन डेटा भ्रष्टाचार के कारण होता है. समसामयिक विषयों सो स्कैनिंग के दौरान गिर सकता है, जो hemodynamic प्रतिक्रिया को प्रभावित करेगा.

भाग 7: डाटा प्रोसेसिंग

विश्लेषण के एकाधिक स्तर चलाया जा सकता है. एक सामान्य रेखीय मॉडल एक आधार रेखा के रूप में बाकी समय का उपयोग करता है% मस्तिष्क के कार्य के दौरान हर voxel पर बोल्ड एमआर संकेत परिवर्तन का निर्धारण. यह भी इन परिवर्तनों के सांख्यिकीय महत्व को निर्धारित करता है और बोल्ड डेटा है कि 3 सन्निहित voxels एक विशिष्ट पी मूल्य तक पहुँच नहीं निकालता है.
बीज आधारित पार सहसंबंध विश्लेषण प्रदर्शन करने के लिए एक स्नायविक क्षेत्र और मस्तिष्क के आराम के बीच कार्यात्मक कनेक्टिविटी दिखाने के लिए. यह एक संदर्भ क्षेत्रों का चयन और है कि मस्तिष्क में हर दूसरे voxel के साथ अपने समय के पाठ्यक्रम की तुलना द्वारा किया जाता है. स्वतंत्र घटक विश्लेषण, फजी गुच्छ विश्लेषण, संरचनात्मक समीकरण मॉडलिंग, Granger करणीय के रूप में अन्य विश्लेषण लागू किया जा सकता है.
शारीरिक डेटा कर सकते हैंएक्यूपंक्चर सुई उत्तेजना से संबंधित खिड़कियों के भीतर प्रतिक्रिया के औसत से विश्लेषण किया. उदाहरण के लिए, ईसीजी डेटा क्यूआर जटिल दिल की दर और हृदय की दर परिवर्तनशीलता के विश्लेषण के बाद समय के लिए एनोटेट किया जा सकता है.

भाग 8:

चित्रा 2 एक्यूपंक्चर deqi बनाम सही LI4, ST36 और LV3 (52 विषयों runs/37) में स्पर्श उत्तेजना में hemodynamic प्रतिक्रिया. MPFC (औसत दर्जे का prefrontal प्रांतस्था) में निष्क्रिय संरचनाओं के समूहों (1), एमपीसी (औसत दर्जे का पार्श्विका प्रांतस्था) (2), MTL (औसत दर्जे का टेम्पोरल लोब) (3), स्पर्श उत्तेजना की तुलना में अधिक एक्यूपंक्चर में प्रमुख थे (चित्र एक) (चित्र बी). एक्यूपंक्चर में सही BA22/21 (4) का व्यापक क्रियाशीलता छोड़ना स्पर्श उत्तेजना में नहीं मनाया गया. ज्ञानेन्द्रिय (5) BA43 और संघ प्रांतस्था (6) एक्यूपंक्चर में से स्पर्श उत्तेजना में अधिक सक्रियण () नहीं दिखाया दिखाया. दिलचस्प है, सही पूर्वकाल insula, (7) और स्पर्श उत्तेजना में नहीं एक्यूपंक्चर में सक्रिय था. (पी .0001 <).

चित्रा 3 (52 runs/37 विषयों) deqi बनाम deqi में hemodynamic प्रतिक्रिया सही LI4, ST36 और LV3, MPFC (1) के प्रमुख क्रियाशीलता छोड़ना एक्यूपंक्चर उत्तेजना के दौरान तेज दर्द (52 runs/29 विषयों) के साथ मिश्रित, एमपीसी ( 2) और (3) MTL deqi अनुपस्थित दर्द (चित्र एक) के साथ देखा दर्द (चित्र बी) की उपस्थिति में तनु था. दर्द के साथ, ज्ञानेन्द्रिय और संघ cortices (4) के सक्रियण अधिक प्रमुख बन गया है, और एमआईडीसी / SMA (5), postC_BA23 (6), एमी (7), और अनुमस्तिष्क vermis जैसे limbic और paralimbic क्षेत्रों के एक सबसेट ( 8) सक्रिय बन गया. सही पूर्वकाल insula (9) स्पष्ट रूप से deqi में सक्रिय था, जबकि पूर्वकाल और कूल्हों insula (10) के छोटे क्षेत्रों द्विपक्षीय दर्द में सक्रिय थे. <पी .0001.

चित्रा 4 एक्यूपंक्चर में limbic paralimbic neocortical (LPNN) डिफ़ॉल्ट मोड नेटवर्क (DMN) के साथ नेटवर्क के ओवरलैप; GLM विश्लेषण (Fig.A) के द्वारा और मॉडल मुक्त फजी क्लस्टर विश्लेषण (चित्र B LPNN के बोल्ड प्रतिक्रिया. ) LI4 पर एक्यूपंक्चर उत्तेजना के दौरान, ST36 और LV3 DMN (Fig.C Shulman एट अल, 1997 से अनुकूलित) के साथ लगभग समान पैटर्न दिखाने के. सुसंगत संकेत घटने के साथ क्षेत्रों के क्लस्टर औसत दर्जे का prefrontal प्रांतस्था, postero - औसत दर्जे का (2) प्रांतस्था और टेम्पोरल लोब (3) (1) में दिखाई देते हैं. p <.0001.

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Discussion

अनजाने हानिकारक उत्तेजना के confounding प्रभाव से जुदाई की अनुमति के लिए उचित तकनीक, acupuncturist के अनुभव और एक बड़े नमूना आकार के रोजगार के अधिग्रहण और एक्यूपंक्चर fMRI डेटा की व्याख्या में महत्वपूर्ण हैं. कई शास्त्रीय acupoints के हमारे अध्ययन से संकेत मिलता है कि एक्यूपंक्चर limbic नेटवर्क, एक महत्वपूर्ण मानव मस्तिष्क के आंतरिक नियामक प्रणाली modulates. नेटवर्क आराम मस्तिष्क के डिफ़ॉल्ट मोड के साथ महत्वपूर्ण ओवरलैप से पता चलता है. ये जुड़े autonomic तंत्रिका समारोह परिवर्तन शारीरिक निगरानी के द्वारा प्रदर्शन किया जा सकता है.

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Acknowledgments

काम / NIH राष्ट्रीय पूरक और वैकल्पिक चिकित्सा (R21AT00978) के लिए केंद्र (1-P01-०,०२,०४८-01) (K01 एटी +००२१६६-01), अनुसंधान संसाधन के लिए राष्ट्रीय केन्द्र (P41RR14075), मानसिक बीमारी द्वारा समर्थित किया गया और तंत्रिका विज्ञान डिस्कवरी संस्थान (मन) और मस्तिष्क परियोजना अनुदान (+३४,१८९ एन एस).

References

Hui, K. K. S., Liu, J., Marina, O., Napadow, V., Haselgrove, C., Kwong, K. K., Kennedy, D. N., Makris, N. The integrated response of the human cerebro-cerebellar and limbic systems to acupuncture stimulation at ST 36 as evidenced by fMRI. Neuroimage. 27 (3), 479-496 (2005).
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Shulman, G. L., Corbetta, M., Buckner, R. L., Raichle, M. E., Fiez, J. A., Miezin, F. M., Petersen, S. E. Top-down modulation of early sensory cortex. Cereb. Cortex. 7 (3), 193-206 (1997).