Övervakning Akupunktur Effekter på Human Brain av fMRI

Summary

FMRI och fysiologisk övervakning används för att studera effekterna av akupunktur på centrala och perifera nervsystemet. Akupunktur mobiliserar en limbiska-paralimbic-hjärnbarkens nätverk med stor överlappning med standardläget nätverket, för att modulera neurologiska aktivitet, möjligen relaterade till dess autonoma effekt i det perifera nervsystemet.

Abstract

Funktionell MRT används för att studera effekter av akupunktur på BOLD respons och funktionell anslutning av den mänskliga hjärnan. Resultaten visar att akupunktur mobiliserar en limbiska-paralimbic-hjärnbarkens nätverket och dess anti-korrelerade sensomotoriska / paralimbic nätverk på flera nivåer i hjärnan och att de hemodynamiska svaret påverkas av psykofysisk svar. Fysiologiska övervakning kan utföras för att utforska perifert svar av det autonoma nervfunktion. Denna video beskriver de studier som gjorts på LI4 (hegu), ST36 (zusanli) och LV3 (taichong), klassisk akupunkter som vanligen används för begränsande och smärtlindrande åtgärder. Vissa frågor som kräver uppmärksamhet i tillämpningar av fMRI för att akupunktur undersökning noteras.

Protocol

Del 1: Informerat samtycke och under förberedelse

Vuxna friska frivilliga rekryteras för studien enligt Institutional Review Board godkända förfaranden. Informerat samtycke av ämnet är undertecknat innan studien.

Del 2: Ställa in fysiologisk utrustning för övervakning

AD Instrument PowerLab system möjliggör fysiologiska data som ska synkroniseras med fMRI skanna med hjälp av fMRI-trigger signalen registreras på en ingångskanal. Detta är en laptop-baserat system med ingångar för EKG, andning, hud konduktans svar, pulsoximetri och andra fysiologiska signal som skulle behöva registreras.

1. Om en respiratorisk bältessystem används, måste givaren vara ansluten till ett vägguttag i rummet intill skannern, med röret som leder till bandet matas via inloppet till skanningen rummet och en BNC-kontakt som leder till PowerLab i skanna kontrollrum.
2. Om en utlösare används för att synkronisera de fysiologiska data till fMRI data och en BNC-kabel måste också ansluta MR-signalen scannern trigger till PowerLab i genomsökningen kontrollrummet.
3. Samla övervakningsutrustning. Fyra EKG-elektroder kommer att behövas, liksom en EKG-kabel ansluten till en MR-kompatibel In Vivo systemet rollcart.
4. Om hud konduktans mäts, anslut kontakterna huden konduktans i breakout rutan i sökningen rummet, och har gel hud konduktans klar i sökningen rummet.

Del 3: Förbereda ämne för MR-scanning

1. Det är viktigt att utesluta onödiga ångest och trötthet på dagen av skanningen eftersom grundtillstånd kan påverka svaret från hjärnan till akupunktur stimulering. Föreslå ämnet äter en lätt måltid före ingreppet, så att svaghet och ogynnsamma reaktioner kan undvikas.
2. Instruera motivet ligga liggande i maskinen bär öronproppar för att undertrycka scanner buller och med huvudet orörlig med vadderade stöder. Eftersom signal / brusförhållandet av akupunktur stimulering skanningar är låg jämfört med vanliga motoriska eller visuella arbetsuppgifter, tenderar de uppgifter som ska lättare skadad i huvud rörelse. Ett stöd placeras under knäna för att hålla hälarna formen ytan av båren för att minska kroppens rörelse. Huvudet spolen är fäst och kuddar är justerade för komfort. För en genomsnittlig skanning möte i 2 timmar, är komforten viktig för oavbruten skanning.
3. Om fysiologiska övervakning önskas, bör ämnet vara upprättad enligt föregående avsnitt innan den tas i skannern. Det är önskvärt att övervaka vakenhet av ämnet med eye-tracking under genomsökningar om det finns.
4. Fäst 4 EKG-elektroder till ämnet vänstra övre delen av bröstkorgen (för kvinnliga försökspersoner, ta privatliv skyddsåtgärder exempelvis sänka persienner på fönstret till viken i genomsökningen kontrollrummet och stänga skannern dörren). Fäst kabeln till elektroderna och in vivo-enheten. Av säkerhetsskäl denna kabel och alla andra kablar som leder till frågan ska köras direkt längs skanna bordet, utan att bilda några slingor. Slå på in vivo-enheten och kontrollera EKG-signalkvalitet. Justera elektroderna positionering om det behövs.
5. Fyll brunnarna av SCR elektroder med ledande gel. Denna speciella SCR Gelen isoton till huden. Utför avbrott noll i diagram programvara. Fäst SCR elektroderna till 2 intilliggande distala fingrar i ämnet hand genom att linda den kardborrband runt så tätt som känns bekvämt.

Del 4: funktionell MR-sekvenser skräddarsydda för avbildning akupunktur stimulering.

1. Vi använder en 1,5 eller 3,0 tesla Siemens Trio MR-systemet (Siemens, Erlangen, Tyskland) utrustad för eko plan avbildning med en vanlig kvadratisk huvudet spole.
2. Våra studier under åren visat genomgående att akupunktur hade omfattande verksamhet under funktionella system på flera nivåer i hjärnan. De strukturer som finns vid basen av hjärnan såsom amygdala, hippocampus, ventrala mediala prefrontala cortex och subgenual områden är särskilt känsliga för mottaglighet artefakter. Det är viktigt att kontrollera varje EPI funktionella scanna att utesluta signalförlust i dessa regioner som vi funnit skillnader i förlust av signaler mellan två modeller av en Siemens scanner med liknande fältstyrka och med en liknande MR-sekvens för datainsamling.
3. Tunnare hjärnan skivor är att föredra för att minska känslighet artefakter. Skivor 3 mm tjock med 0,6 mm eller 0,75 mm lucka i sagittal eller axiell orientering används för att täcka hela hjärnan, inklusive hjärnstammen och lillhjärnan beroende på minneskapacitet av Imaging System. Övriga riktlinjer och skiva tjocklek kan användas för partiell avbildning av hjärnan. Den särskilda uppmärksamhet som vi betalar för att dessa frågor bidra till merkonsekvent resultat av akupunktur effekter på strukturerna vid basen av hjärnan.
4. Den funktionella skannar förvärvas med en T2 *- viktade gradient eko sekvens (TR / TE 4000/30 ms, FOV 200 mm, matrix 64x64, flip vinkel 90 °, skiva tjocklek 3,0 mm, mellanrum 0,6 mm). Vi förvärvat sammanlagt 150 tidpunkter i 10 min. Bildsamling föregås av 4 dummy genomsökningar för att möjliggöra jämvikt av fMRI-signalen. Den kortare TE minskar känsligheten artefakter. Den relativt långa TR tillåter hela hjärnan täckning med hög rumslig upplösning.

Del 5: Den inledande localizer och anatomiska skannar

1. Innan funktionell skannar med akupunktur körs, är en localizer skanning, en högupplöst anatomiska skanna, och T1-viktade 3D MP-RAGE förvärvas för att säkerställa rätt placering och anatomiska sundhet. Allmän iakttagelse på denna punkt kan försäkra att onödiga skannar inte körs. Den localizer, en mycket kort skanning, försäkrar att hela hjärnan är inkluderad i sökningen och ger dig möjlighet att rada upp det med AC-PC-linje. Om det finns några misstänkta avvikelser, kommer forskarna skicka bilder till en utbildad röntgenläkare men bör inte göra några påståenden om vad som finns på skanna till ämnen.
2. Den inledande skannar tar ca 20 minuter totalt. Kort visning kan berätta utredaren om det kommer att vara lämpligt att fortsätta skanning. Detta är en bra tid att tala med ämnet och se till att de fortfarande är bekväma och inte upplever några negativa effekter från att vara i magneten.

Del 6: Akupunktur med fMRI övervakning

Av de två former av behandling (manuell nål manipulation och elektrisk stimulering), kommer denna video att begränsas till manuell akupunktur, som har en mycket längre historia av klinisk användning. Akupunktur stimulering ges i två exemplar går till klassiska akupunkturpunkter LI4 på handen, LV3 på foten eller ST36 på benet, som sysselsätter steril engångs endast använda akupunkturnålar.

1. Instruera patienter att slappna av, hålla ögonen stängda och avstå från rörelser under skanning. För att undvika skadliga stimulans, instruerar vi specifikt ämne för att höja ett finger om någon av akupunktur förnimmelser närmar sig en summa på 8, och höjer två fingrar i fall av kraftig smärta i någon grad.
2. Efter isättning av nålen, provkörning motivets känslighet och tolerans för nål manipulation för att hjälpa dig att välja djupet av insättning och kraften av manipulation för datainsamling.
3. Under 10 min funktionell avbildning, är nålen roteras i 2 min under M1 och M2, och kvar på plats under de viloperioder R1 (2min)), R2 (3min), R3 (1 min). Den akupunktör ser inte förhållningssätt eller lämna ämnet direkt före eller efter stimulering period, eftersom till och med att rörelsen kan påverka resultaten. (Paradigm, figur 1)
   
   Figur 1. Akupunktur fMRI Paradigm.
4. Vid färdigställandet av akupunktur stimulering, registrerar akupunktör den kraft med vilken nålen emot manipulation. Vid slutet av varje skanning, frågar annan personal utredare motivet att gradera de förnimmelser upplevs på en skala från 1-10. Listan, värk, ömhet, tryck, fullhet, tyngd, domningar, stickningar, dov smärta, skarp smärta, bygger på erfarenheterna av akupunktör samhället och tidigare experimentella data snarare än smärta enkäter i litteraturen. Den psykofysiska svar kategoriseras som en typisk deqi grupp och en annan grupp av deqi blandat med skarp smärta som bygger på dessa poster.
5. Tala med de ämnen mellan skanningar se till att de känner sig bekväma och de hålla sig vaken. Om någon del av kroppen börjar kramp eller känner sig obekväm, bör forskningen personal på plats vidta lämpliga åtgärder för att lindra obehaget. Rörelser som genereras av ämnet skulle leda till att data korruption. Enstaka patienter kan somna under skanning, vilket skulle påverka hemodynamiska svaret.

Del 7: Data Processing

1. Flera nivåer av analys kan köras. En allmän linjär modell använder viloperioder som utgångspunkt för att fastställa% BOLD MR-signalen förändras vid varje Voxel av hjärnan under uppgiften. Det avgör också den statistiska signifikansen av dessa förändringar och tar bort BOLD data som inte når 3 sammanhängande voxlar vid en viss p-värdet.
2. Utför frö-baserade cross korrelationsanalys för att visa den funktionella anslutningar mellan en neurologisk regionen och resten av hjärnan. Detta görs genom att välja en hänvisning regioner och jämföra sin tid-kurs med den i alla andra Voxel i hjärnan. Andra analyser såsom oberoende komponent analys, fuzzy klusteranalys, SEM, Granger-kausalitet kan tillämpas.
3. Fysiologiska data kananalyseras som genomsnittet av svar inom fönster relaterade till akupunkturnål stimulering. Till exempel kan EKG-data förses för QRS-komplex timing följt av analys av hjärtfrekvens och hjärtfrekvensvariabilitet.

Del 8: Resultat

Figur 2. Hemodynamisk respons i akupunktur deqi vs taktil stimulering till höger LI4, ST36 och LV3 (52 runs/37 ämnen). Det kluster av avaktiveras strukturer på MPFC (mediala prefrontala cortex) (1), MPC (mediala parietala cortex) (2), MTL (mediala temporalloben) (3), var mer framträdande i akupunktur (Fig. A) än i taktil stimulering (Fig B). Omfattande avaktivering av rätten BA22/21 (4) i akupunktur har inte observerats i taktil stimulering. Den sensomotoriska BA43 (5) och föreningen cortex (6) visade större aktivering i taktil stimulering än i akupunktur (visas inte). Intressant nog var rätt främre isolering, (7) aktiveras i akupunktur och inte i taktil stimulering. (P <0,0001).

Figur 3. Hemodynamisk respons i deqi (52 runs/37 personer) kontra deqi blandat med skarp smärta (52 runs/29 personer) under akupunktur stimulering till höger LI4, ST36 och LV3, Den framstående avaktivering av MPFC (1), MPC ( 2) och MTL (3) ses med deqi frånvarande smärta (Fig. A) var försvagat i närvaro av smärta (Fig. B). Med smärta blev aktivering av motoriska och föreningsfrihet cortices (4) mer framträdande, och en delmängd av det limbiska och paralimbic regioner, såsom MIDC / SMA (5), postC_BA23 (6), Amy (7), och cerebellär vermis ( 8) blev aktiverad. Den högra främre isolering (9) var markant aktiveras i deqi medan mindre områden av främre och bakre isoleringen (10) har aktiverats bilateralt i smärta. P <0,0001.

Figur 4 överlappning i limbiska-paralimbic-hjärnbarkens nätverk (LPNN) i akupunktur med standardläget nätet (DMN). The Bold respons LPNN av GLM-analys (Fig.A) och modell-fri Fuzzy Klusteranalys (Fig. B ) under akupunktur stimulering på LI4, ST36 och LV3 visar nästan identiska mönster med DMN (Fig.C, anpassad från Shulman et al, 1997). Kluster av områden med sammanhängande signal minskar visas i mediala prefrontala cortex (1), postero-mediala cortex (2) och tinningloben (3). p <0,0001.

Discussion

Anställning av rätt teknik, erfarenhet av akupunktör och en stor urvalsstorlek för att möjliggöra separation från störande effekterna av oavsiktliga skadliga stimulering är viktiga förvärv och tolkning av akupunktur fMRI-data. Våra studier av flera klassiska akupunkturpunkter visar att akupunktur modulerar det limbiska nätverk, en viktig inneboende regelsystemet för den mänskliga hjärnan. Nätverket visar betydande överlappning med standardläget i vila hjärnan. Dessa associerade autonoma nervsystemet funktion förändringar kan påvisas genom fysiologisk övervakning.