Monitoring Acupunctuur effecten op de menselijke hersenen door fMRI

Summary

FMRI en fysiologische monitoring is gebruikt om de effecten van acupunctuur op het centrale en perifere zenuwstelsel te bestuderen. Acupunctuur mobiliseert een limbisch-paralimbische-neocorticale netwerk, met een grote overlap met de standaard-modus netwerk, te moduleren neurologische activiteit, mogelijk gerelateerd aan de autonome effect in het perifere zenuwstelsel.

Abstract

Functionele MRI wordt gebruikt om de effecten van acupunctuur op de BOLD respons en de functionele connectiviteit van het menselijk brein te bestuderen. Resultaten tonen aan dat acupunctuur een limbisch-paralimbische-neocorticale netwerk mobiliseert en de anti-gecorreleerd sensomotorische / paralimbische netwerk op meerdere niveaus van de hersenen en dat de hemodynamische respons wordt beïnvloed door de psychofysische reactie. Fysiologische controle kan worden uitgevoerd om de perifere respons van het autonome zenuwfunctie te verkennen. Deze video beschrijft de studies uitgevoerd op LI4 (Hegu), ST36 (zusanli) en LV3 (taichong), klassieke acupunten die algemeen worden gebruikt voor modulerende en pijn acties ter vermindering van. Voor sommige problemen die aandacht nodig hebben in de toepassingen van fMRI onderzoek naar acupunctuur worden genoteerd.

Protocol

Deel 1: Informed consent en het onderwerp voorbereiding

Gezonde volwassen vrijwilligers worden gerekruteerd voor de studie volgens de Institutional Review Board goedgekeurde procedures. Geïnformeerde toestemming van het onderwerp wordt ondertekend voor het begin van de studie.

Deel 2: Het opzetten van fysiologische bewakingsapparatuur

De AD Instrumenten PowerLab systeem maakt het mogelijk voor de fysiologische gegevens worden gesynchroniseerd met de fMRI-scan met behulp van de fMRI triggersignaal opgenomen op een ingangskanaal. Dit is een laptop gebaseerd systeem met ingangen voor ECG, ademhaling, huidgeleiding reactie, pulsoximetrie, en alle andere fysiologische signaal dat zou moeten worden opgenomen.

1. Als een respiratoire gordel systeem wordt gebruikt, moet de transducer worden aangesloten op een stopcontact in de kamer naast de scanner, met de buis die naar de riem gevoed via de inlaat in de scan kamer en een BNC connector die leidt tot de PowerLab in de scan control room.
2. Als een trigger wordt gebruikt om de fysiologische gegevens naar de fMRI gegevens te synchroniseren, dan is een BNC-kabel moet de MRI-scanner triggersignaal ook aansluiten op de PowerLab in de scan controlekamer.
3. Verzamel controle-inrichtingen. Vier ECG-elektroden nodig zal zijn, evenals een ECG-kabel is aangesloten op een MR-compatibele In vivo-systeem rollcart.
4. Als geleiding van de huid wordt gemeten, sluit u de huidgeleiding connectors in de breakout-box in de scan kamer, en hebben huidgeleiding gel klaar in de scan kamer.

Deel 3: Voorbereiden onderwerp voor het scannen van MR

1. Het is belangrijk om uit te sluiten onnodige angst en vermoeidheid op de dag van de scan, omdat fundamentele staat kan de reactie van de hersenen om acupunctuur stimulatie beïnvloeden. Suggereren het onderwerp een lichte maaltijd te eten voorafgaand aan de procedure, zodat zwakheid en ongewenste reacties kunnen worden vermeden.
2. Instrueer het onderwerp op hun rug liggen in de machine het dragen van oordopjes om scanner ruis te onderdrukken en met het hoofd geïmmobiliseerd door kussens ondersteund. Sinds de signaal / ruis-verhouding van de acupunctuur stimulatie scans is laag in vergelijking met gemeenschappelijke motorische of visuele taken, de gegevens zijn doorgaans gemakkelijker worden beschadigd door het hoofd beweging. Een steun is onder de knieën te houden de hielen vormen het oppervlak van de brancard naar het lichaam beweging te verminderen. Het hoofd spoel is bevestigd en kussens zijn aangepast voor meer comfort. Voor een gemiddelde scannen sessie van 2 uur, comfort is van vitaal belang voor een ononderbroken scannen.
3. Als fysiologische monitoring gewenst is, moet gebonden zijn worden bereid volgens de vorige paragraaf voordat zij in de scanner. Het is wenselijk om de waakzaamheid van het onderwerp monitor met eye-tracking tijdens de scans indien beschikbaar.
4. Bevestig de 4 ECG-elektroden naar links van het onderwerp bovenkant van de borst (voor de vrouwelijke proefpersonen, neem privacy voorzorgsmaatregelen, zoals het verlagen van de blinds op het raam aan de baai in de scan control room en het sluiten van de scanner deur). Bevestig de kabel aan de elektroden en de in vivo-apparaat. Voor de veiligheid van deze kabel en alle andere kabels die leidt tot het onderwerp moet rechtstreeks langs de scan tafel, zonder dat de vorming van een loops. Zet de in vivo-apparaat en controleer op ECG-signaal kwaliteit. Stel elektrode plaatsing indien nodig.
5. Vul de putten van de SCR-elektroden met geleidende gel. Deze speciale SCR-gel moet worden isotone voor de huid. Voer open circuit nul in grafiek software. Bevestig de SCR elektroden tot en met 2 aangrenzende distale vingertoppen van de hand van het onderwerp door het wikkelen van de velcro rond zo strak is comfortabel.

Deel 4: Functionele MRI sequenties op maat gemaakt voor beeldvorming acupunctuur stimulatie.

1. We maken gebruik van een 1,5 of 3,0 Tesla MRI-systeem van Siemens Trio (Siemens, Erlangen, Duitsland), uitgerust voor echo planar imaging met een standaard kwadratische hoofd spoel.
2. Onze studies door de jaren heen consistent aangetoond dat acupunctuur een uitgebreide actie over functionele systemen op verschillende niveaus van de hersenen had. De structuren gelegen aan de voet van de hersenen, zoals de amygdala, hippocampus, ventrale mediale prefrontale cortex en subgenual gebieden zijn bijzonder gevoelig voor de gevoeligheid artefacten. Het is belangrijk om elke EPI functionele scan check uit te sluiten signaalverlies in deze regio's vonden we verschillen in het verlies van signalen tussen twee modellen van een Siemens scanner met vergelijkbare veldsterkte en met een vergelijkbare MRI-sequentie voor het verzamelen van gegevens.
3. Dunnere plakjes hersenen zijn voorkeur voor het verminderen van de gevoeligheid artefacten. Plakjes van 3 mm dik met 0,6 mm of 0,75 mm gat in de sagittale of axiale richting worden gebruikt om de gehele brein inclusief de hersenstam en het cerebellum, afhankelijk van de geheugencapaciteit van de imaging-systeem te dekken. Andere oriëntaties en slice dikte kan worden gebruikt voor een gedeeltelijke beeldvorming van de hersenen. De speciale aandacht die wij besteden aan deze kwesties bij te dragen aan de meerconsistente bevindingen van acupunctuur effecten op de structuren aan de basis van de hersenen.
4. De functionele scans worden verworven met een T2 *- gewogen gradiënt echo sequentie (TR / TE 4000/30 ms, FOV 200 mm, 64x64 matrix, flip hoek van 90 °, slice dikte van 3,0 mm, tussenruimte 0,6 mm). We kochten een totaal van 150 punten in de tijd 10 minuten. Foto collectie wordt voorafgegaan door vier dummy scans om te zorgen voor evenwicht van de fMRI-signaal. De kortere TE vermindert de vatbaarheid artefacten. De relatief lange TR vergunningen hele brein dekking met een hoge ruimtelijke resolutie.

Deel 5: De eerste localizer en anatomische scans

1. Voordat functionele scans met acupunctuur worden uitgevoerd, zijn een localizer scan, een hoge resolutie anatomische scan en de T1-gewogen 3D MP-RAGE verworven om de juiste positionering en anatomische deugdelijkheid te garanderen. Algemene opmerking op dit punt kan u verzekeren dat onnodige scans niet worden uitgevoerd. De localizer, een zeer korte scan, zorgt ervoor dat het hele brein is opgenomen in de scan en stelt u in staat om deze line-up met de AC-PC lijn. Als er verdachte afwijkingen, zullen onderzoekers stuurt beelden naar een geoefend radioloog, maar mag geen enkele beweringen over wat er op de scan te onderwerpen.
2. De initiële scans duurt ongeveer 20 minuten in totaal. Korte bekijken kan u vertellen de onderzoeker of het nuttig zal zijn om verder te gaan scannen. Dit is een goed moment om te spreken met het onderwerp en zorg ervoor dat ze nog steeds comfortabel zijn en niet ondervindt nadelige effecten van om in de Magneet.

Deel 6: Acupunctuur met fMRI controle

Van de twee vormen van behandeling (manuele naald manipuleren en elektrische stimulatie), zal deze video is beperkt tot handmatige acupunctuur, die een veel langere geschiedenis van het klinisch gebruik heeft. Acupunctuur stimulatie wordt toegediend in tweevoud loopt de klassieke acupunctuurpunten LI4 op de hand, LV3 op de voet of ST36 op de been, in dienst steriel, eenmalig gebruik acupunctuur naalden.

1. Instrueer onderwerpen om te ontspannen, de ogen gesloten te houden en zich onthouden van bewegingen tijdens het scannen. Om te voorkomen dat schadelijke stimulatie, we specifiek de opdracht het onderwerp aan een vinger te trekken als een van de acupunctuur sensaties benadert een score van 8, en verhogen twee vingers in het geval van een scherpe pijn van een graad.
2. Na het inbrengen van de naald, pretest van het onderwerp gevoeligheid en tolerantie voor de naald manipulatie te helpen kiezen voor de diepte van inbrengen en de kracht van manipulatie voor het verzamelen van gegevens.
3. Tijdens de 10 minuten functionele beeldvorming, de naald is gedraaid gedurende 2 minuten tijdens de M1 en M2, en liet op zijn plaats tijdens de rusttijden R1 (2min)), R2 (3 min), R3 (1 min). De acupuncturist zorgt ervoor dat niet te benaderen of direct verlaten het onderwerp vóór of na de stimulatie periode, zoals ook die beweging kunnen de resultaten beïnvloeden. (Paradigm, fig. 1)
   
   Figuur 1. Acupunctuur fMRI Paradigm.
4. Na de voltooiing van acupunctuur stimulatie, de acupuncturist registreert de kracht waarmee de naald bestand is tegen manipulatie. Aan het einde van elke scan, een ander personeelslid onderzoeker vraagt ​​het onderwerp kwaliteit van de sensaties ervaren op een schaal van 1-10. De lijst, pijn, pijn, druk, volheid, zwaarte, gevoelloosheid, tintelingen, doffe pijn, scherpe pijn, is gebaseerd op de ervaring van de acupuncturist gemeenschap en de vorige experimentele data in plaats van pijn vragenlijsten in de literatuur. De psychofysische reactie is gecategoriseerd als een typische deqi groep en een andere groep van deqi vermengd met scherpe pijn op basis van deze records.
5. Spreek met de onderwerpen tussen de scans om ervoor te zorgen dat ze comfortabel voelen en ze wakker te blijven. Als een deel van hun lichaam begint te kramp of zich ongemakkelijk voelen, moet de wetenschappelijke staf op het terrein passende maatregelen nemen om het ongemak te verlichten. Bewegingen die door het onderwerp zou leiden tot data corruptie. Af en toe onderwerpen kunnen in slaap vallen tijdens het scannen, wat zou de hemodynamische respons beïnvloeden.

Deel 7: Data Processing

1. Meerdere niveaus van analyse kan worden uitgevoerd. Een algemene lineaire model maakt gebruik van rusttijden zoals een baseline te bepalen van de% BOLD MR-signaal te veranderen bij elke voxel van de hersenen tijdens de taak. Het bepaalt ook de statistische significantie van deze veranderingen en verwijdert BOLD gegevens die niet in drie aaneengesloten voxels te bereiken op een bepaalde p-waarde.
2. Uitvoeren van zaad op basis van correlatie analyse van de functionele connectiviteit tussen een neurologische regio en de rest van de hersenen laten zien. Dit wordt gedaan door het selecteren van een referentie-regio's en het vergelijken van de tijd-cursus met die van elke andere voxel in de hersenen. Andere analyses, zoals onafhankelijke componenten analyse, fuzzy cluster analyse, structural equation modelling, Granger causaliteit kan worden toegepast.
3. Fysiologische gegevens kunnenworden geanalyseerd door het gemiddelde respons binnen windows met betrekking tot acupunctuur naald stimulatie. Zo kan ECG-gegevens worden geannoteerd voor QRS-complex timing gevolgd door analyse van de hartslag en de hartslag variabiliteit.

Deel 8: Resultaten

Figuur 2. Hemodynamische reactie in acupunctuur deqi vs tactiele stimulatie aan de rechterkant LI4, ST36 en LV3 (52 runs/37 onderwerpen). De clusters van gedeactiveerd structuren op de MPFC (mediale prefrontale cortex) (1), MPC (mediale pariëtale cortex) (2), MTL (mediale temporale kwab) (3), werden meer prominent in acupunctuur (afb. A) dan in de tactiele stimulatie (afb. B). Uitgebreide uitschakelen van de juiste BA22/21 (4) in de acupunctuur werd niet waargenomen in tactiele stimulatie. De sensomotorische BA43 (5) en vereniging cortex (6) toonde meer activering in tactiele stimulatie dan in acupunctuur (niet afgebeeld). Interessant was de juiste anterior insula, (7) geactiveerd in acupunctuur en niet in tactiele stimulatie. (P <0,0001).

Figuur 3. Hemodynamische respons in deqi (52 runs/37 onderwerpen) versus deqi vermengd met scherpe pijn (52 runs/29 onderwerpen) tijdens de acupunctuur stimulatie aan de rechterkant LI4, ST36 en LV3, De prominente deactivatie van de MPFC (1), MPC ( 2) en MTL (3) gezien met deqi afwezig pijn (afb. A) was verzwakt in de aanwezigheid van pijn (figuur B). Met pijn, activering van de sensomotorische cortex en vereniging (4) werd meer op de voorgrond, en een subset van het limbische en paralimbische regio's, zoals de MIDC / SMA (5), postC_BA23 (6), Amy (7), en cerebellaire vermis ( 8) werd geactiveerd. De juiste anterior insula (9) werd duidelijk geactiveerd in deqi, terwijl kleinere gebieden van de anterieure en posterieure insula (10) werden bilateraal geactiveerd in pijn. P <0,0001.

Figuur 4 Overlap van limbisch-paralimbische-neocorticale netwerk (LPNN) in acupunctuur met de standaard-modus netwerk (DMN). De BOLD respons van de LPNN door de GLM-analyse (FIG.A) en door model-free Fuzzy Cluster-analyse (afbeelding B ) tijdens de acupunctuur stimulatie op LI4, ST36 en LV3 tonen vrijwel identieke patronen met de DMN (Fig.C, aangepast van Shulman et al., 1997). Clusters van regio's met een coherent signaal af in de mediale prefrontale cortex (1), postero-mediale cortex (2) en temporale kwab (3). p <0,0001.

Discussion

De inzet van de juiste technieken, de ervaring van de acupuncturist en een grote steekproef de scheiding vergunning van verstorende effecten van onbedoelde schadelijke stimulatie zijn belangrijk in het verwerven en interpreteren van acupunctuur fMRI gegevens. Onze studies van een aantal klassieke acupunctuurpunten geven aan dat acupunctuur het limbisch-netwerk, een belangrijke intrinsieke regelgevend systeem van de menselijke hersenen moduleert. Het netwerk vertoont aanzienlijke overlap met de standaard modus van de rust hersenen. Deze geassocieerde autonome zenuwstelsel functie verandert kan worden aangetoond door fysiologische monitoring.