張 威，徐春生，朱一芳綜述 李傳富審校

（1.安徽中醫(yī)學院，安徽 合肥230038；2.安徽中醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院，安徽 合肥230031）

針刺作為中國傳統醫(yī)學的一種重要治療方法，其治療作用已經得到廣泛認可，但針刺的作用機制尚不完全清楚［1］，f MRI近年來被廣泛應用于針刺作用機制的研究中。國內外學者在針刺腦功能成像方面做了大量的研究并取得了一些成果，但研究結果差異很大［2］，如 Cho［3］首次報道了針刺視覺相關的穴位可以引起大腦視覺皮層的激活，但是實驗結果不能很好地被后來的研究所重復，因此，Cho［4］于2006年撤回了發(fā)表在《美國科學院院刊》雜志上的文章。針刺腦功能成像作為一門新興而且復雜的技術，研究結果受數據采集、實驗設計、數據處理及個體差異等多種因素的影響，而這些影響因素在以往的針刺腦功能成像相關研究中并未引起足夠重視，因此全面了解針刺腦功能成像的相關影響因素具有重要的現實意義。

1 f MRI數據采集相關參數對針刺腦功能成像的影響

針刺腦功能成像數據采集過程涉及到各種參數選擇，包括設備場強和回波時間等，這些參數的差異均可能影響研究結果。MRI信號強度與設備的主磁場強度成正比，場強越大，MR圖像的SNR越高。超高場強MRI以其較高的磁敏感效應及較高的分辨力倍受關注，但某些研究［5］報道了磁敏感效應的增加也在顱底增加了相應的偽影。目前f MRI研究大多數都是在1.5～3.0 T的 MR掃描儀器上完成的，但關于設備場強是否對實驗結果產生影響的研究目前尚未見報道。針刺腦功能成像采用的掃描序列包括GRE序列和EPI序列，以EPI序列最為常用，但不同學者對掃描序列具體參數的選擇如重復時間、TE、掃描層厚等有所差異。其中TE的選擇對圖像質量的影響最為重要。TE是一個決定磁敏感的重要參數并影響著激活信號的對比度，同時還決定著相位編碼的獲取速度，也是成像速度的重要影響因素。張海等［6］研究了不同TE對腦功能成像的影響，結果表明不同TE對功能激活區(qū)結果有不同的影響，其中以TE為50 ms時得到的激活信號更強。因此，在f MRI研究中應該綜合考慮到各種數據采集參數對研究結果的影響，不斷優(yōu)化數據采集掃描參數，以提高針刺腦功能成像結果的可靠性。

2 實驗方案設計對針刺腦功能成像的影響

利用f MRI研究針刺作用機制過程中，最基本也是最重要的一個方面就是實驗方案的設計，目前國內外文獻報道的f MRI實驗設計的各個方面均存在明顯差異，深入了解實驗設計對研究結果的影響具有重要的意義。針刺腦功能成像實驗設計大體上可以分為任務態(tài)f MRI和靜息態(tài)f MRI，任務態(tài)f MRI是通過設計不同的刺激任務，觀察針刺過程中不同任務狀態(tài)下哪些腦區(qū)被激活，分析針刺的即刻效應；而靜息態(tài)f MRI實驗設計能夠通過不同的數據處理方法，了解不同狀態(tài)下如針刺前和針刺后的腦功能變化情況，在針刺研究中具有獨特的優(yōu)勢。

2.1 基于任務態(tài)f MRI的實驗方案設計

2.1.1 針刺刺激方案設計對腦功能成像的影響在任務態(tài)f MRI刺激方案設計中，組塊設計和事件相關設計是2種最常見的類型。組塊設計是基于認知相減原理的最經典設計模式，以組塊的形式交替呈現刺激任務及靜息任務，主要用于腦功能區(qū)的定位。其缺點在于容易引起被試者的期待反應，不能很好地模擬臨床治療的過程［7］。且近年來f MRI研究表明［8］針刺具有明顯的持續(xù)效應，在針刺刺激作用完成后可能會保留針刺效果，導致大腦的活動狀態(tài)并沒有恢復到刺激前的平穩(wěn)狀態(tài)，使得基于組塊設計的基線水平發(fā)生了變化。Dhond等［9］發(fā)現針刺的這種持續(xù)性效應在刺激結束后依然可以改變大腦默認模式網絡以及感覺運動網絡。Qin等［10］基于針刺持續(xù)性效應首次提出了非重復事件相關設計模式，即單組塊后長時間靜息的設計模式，這種方法可在一定程度上克服傳統組塊設計用于針刺研究的不足。

事件相關設計關注的是單次刺激或行為事件所引發(fā)的血氧反應，主要用于認知領域的研究。這種設計的優(yōu)點體現在刺激順序以及刺激時間間隔的隨機性，可以減輕被試者的期待反應。也有學者對組塊設計和事件相關設計進行了比較研究，如傅悅等［11］對13例健康志愿者進行不同任務模式下右手簡單對指運動f MRI實驗，研究這2種實驗設計在方法學上的差異及其適用范圍，結果顯示2種實驗設計均可激活對側初級運動區(qū)及雙側輔助運動區(qū)，以組塊設計激活作用更強、范圍更大，有利于功能區(qū)的檢出；事件相關設計激活作用較弱，有利于研究各功能區(qū)之間的相互聯系。而無論是組塊設計還是事件相關設計，國內外學者在刺激時間和重復次數上均存在著明顯的不同，如何構建一套符合針刺特點的科學化、標準化的刺激方案有待研究者努力。

2.1.2 對照組的選擇對針刺腦功能成像的影響從針刺引起腦功能活動的特異性角度來說，對照組的選取是必需的，而國內外學者關于對照組的選擇存在著明顯的不同。目前f MRI研究對照方法主要包括假針刺對照和安慰劑針對照，假針刺對照包括非穴位對照和非治療穴位對照2種；安慰劑針包括簡單的皮表針對照法和“Streitberger”針／皮表套迭式鈍頭針對照法［12］。也有學者針對真假穴位引起腦功能激活區(qū)做了對比研究，曾統軍等［13］比較了針刺外關穴和非穴引起的腦功能激活區(qū)差異，發(fā)現針刺外關穴相對于非穴能較為特異性地激活中央后回和左側小腦等區(qū)域，為其療效特異性的中樞機制之一。但Fang等［14］發(fā)現在針刺真穴和假穴時兩者激活區(qū)域存在著明顯的重疊，大腦激活區(qū)域無明顯差異?？梢钥闯?，國內外學者在關于穴位特異性問題上還存在著爭議，這可能與f MRI研究缺乏統一的對照組標準有關。理想的安慰針刺對照應該符合如下標準：安慰針刺沒有或幾乎沒有特定治療作用，并且要針刺沒有治療作用的部位，受試者還不能察覺安慰針刺與治療針刺的差別［15］。要使對照組的安慰針刺完全符合上述要求面臨著很大的挑戰(zhàn)，因為針刺的具體作用機制尚不明確。目前國內學者［16］較為認可的非穴位針刺點選取方法包括：①傳統穴位旁開一定距離，避開經絡循行路線，或鄰近穴位之間的中點；②遠離穴位的部位，且與穴位不在同一神經節(jié)段和解剖組織（如肌肉）上。在今后的研究中，根據研究目的和所治療疾病選取相對合理可行的針刺對照方法，制定統一的非穴位對照標準，才能提高穴位特異性的研究結果的科學性。

2.1.3 不同針刺方法對針刺腦功能成像的影響針刺方法主要包括針刺的種類、針刺深度、針刺強度（針刺頻率、持續(xù)時間等），而不同的針刺方法引起腦功能變化可能是不同的。近年來有學者研究了電針和手針對腦部激活區(qū)域的影響，Kong等［17］對11例健康志愿者的合谷穴進行電針和手針f MRI對照研究，發(fā)現電針可以引起中央前回、中央后回、頂下小葉、殼核和島葉信號的增高，相比較手針可以引起后扣帶回、顳上回、殼核和島葉信號的減低，提示電針和手針刺激有不同的腦網絡參與。也有學者研究了不同進針深度對腦激活區(qū)的影響，如Mac Pherson等［18］觀察了手針深刺和淺刺合谷穴對腦功能成像的影響，結果表明深刺和淺刺引起的腦激活區(qū)無明顯差異。也有學者針對不同穴位頻率電刺激人腦反應作了研究，如 Napadow 等［19］分別采用2 Hz、100 Hz電針刺激健康志愿者的足三里穴，發(fā)現2 Hz電針激活腦干的區(qū)域廣于100 Hz。綜合以上報道可以看出，采用不同的針刺方法都可能會對針刺腦功能成像產生影響，而多數學者在針刺方法的具體內容上并不統一，這種針刺方法的差異很可能影響到實驗結果的準確性。因此，在今后的研究中應深入開展針刺方法方面的研究，如統一采用電針并規(guī)定針刺的深度、角度，控制電針的頻率、波形等參數，盡量在整個實驗過程中由同一醫(yī)師負責針刺工作，使每一位受試者產生得氣感等，以減少針刺方法的差異對f MRI實驗結果的影響。

總之，任務態(tài)f MRI實驗設計是基于某種特定的實驗任務，研究任務刺激在腦內的激活區(qū)，國內外學者在這方面得出了許多有意義的結果。但是任務態(tài)f MRI實驗設計是早期研究應用較多的方式，其不足之處在于很難模擬臨床治療過程及難以避免針刺持續(xù)性效應的影響，而靜息態(tài)f MRI實驗設計彌補了任務態(tài)f MRI在這方面的不足。

2.2 基于靜息態(tài)f MRI的實驗方案設計 靜息態(tài)一般指受試者清醒、閉眼、平靜呼吸、安靜平臥、最大限度減少身體主動與被動運動并且盡量不做任何思維活動的狀態(tài)。Biswal［20］最早證實了在靜息狀態(tài)下左右大腦半球感覺運動皮層的BOLD信號存在低頻漲落并保持著很高的相關性，暗示了在靜息狀態(tài)下不同腦區(qū)之間可能存在著復雜的功能連接。2001年Raichle等［21］發(fā)現在靜息狀態(tài)下后扣帶回等一些腦區(qū)有穩(wěn)定的負激活現象存在，這些腦區(qū)在靜息狀態(tài)下功能比較活躍，他們將這些功能上較活躍的腦區(qū)定義為默認腦網絡。隨著研究的深入，許多學者［22］發(fā)現在靜息狀態(tài)下大腦存在各種網絡，包括運動網絡、視覺網絡等，這些網絡由一些解剖位置分離但功能相關的腦區(qū)組成。近年來靜息態(tài)已被應用于多種疾病的研究中，如Buckner［23］發(fā)現默認腦網絡可能會被一些疾病中斷，包括阿爾茨海默病、抑郁癥、精神分裂癥和孤獨癥等。

靜息態(tài)實驗設計相對于任務態(tài)摒棄了復雜的任務刺激，可以了解特定狀態(tài)下的腦功能情況，并且能夠通過不同的數據處理方法包括基于種子點的功能連接分析、圖論分析、小世界模型分析等，從不同側面了解腦功能狀態(tài)。因此，利用靜息態(tài)可以設計出更能體現針刺效應的實驗設計方案，也可以通過不同的方法得出更多有意義的結果。劉波等［24］利用靜息態(tài)f MRI研究針刺后效應對腦功能連接的影響，他們以雙側后扣帶回作為種子點對全腦皮層進行功能連接分析，通過分析針刺前及拔針后25 min的靜息態(tài)數據，發(fā)現針刺后雙側后扣帶回與腦部廣泛區(qū)域存在著功能連接，且針刺后原有大部分腦區(qū)的功能連接強度明顯增強。Liu等［25］采用圖論分析方法研究針刺治療后靜息狀態(tài)下的大腦網絡，結果表明刺激真穴位能使腦干的聯系不斷加強，在此過程中前島葉在聯系大腦各個網絡中起到很大作用。同樣在靜息態(tài)的研究中也會涉及到針刺對照組和針刺方法的選擇，這些在上文已有提及?？傊o息態(tài)為全面探索大腦內部活動機制提供了新的思路和方法，已成為腦功能成像領域研究的熱點。

3 數據處理方法對針刺腦功能成像的影響

目前f MRI數據處理方法主要分為兩類：模型驅動分析法和數據驅動分析法［26］。應用較多的數據處 理 軟 件 有 SPM（statistical para metric mapping）、AFNI（analasis of f unctional neur oI mages）和 FSL（f MRIB soft ware library），其 中 SPM 和AFNI是基于模型驅動的數據處理方法。但是這幾種程序都會涉及到大量、復雜的參數選擇，包括統計模型的選擇、閾值校正方法的選擇等，其中任何一項都會影響實驗結果，而且不同的軟件后處理結果也可能存在不同［27］。而數據驅動方法由于不需要預先假設大腦響應的時間曲線形式，相對于模型驅動方法具有更好的適應性。目前已有的數據驅動方法有主成分分析、獨立成分分析和聚類分析等?？赡苁遣煌瑢W者在數據后處理方面選擇了不同的程序和參數，這也是導致多數學者研究結果出現差異的原因之一［28］。但是相對于其他影響因素，數據處理方法相對受質疑較少，因為每一種數據處理方法都有其科學性，很難在同一水平上比較其優(yōu)劣，主要還是看大家普遍采用和廣泛認同的數據處理方法，也可以互相取長補短，多種方法聯合使用。

4 個體差異對針刺腦功能成像的影響

不同個體對相同穴位的針刺反應差異很大，徐春生等［29－30］通過采用相同的實驗設計、數據采集參數及數據處理方法進行f MRI個體差異研究，結果顯示針刺研究的被試樣本量大小不同、樣本量相同的不同被試分組之間而呈現出巨大的差別。且新近的研究表明心率變異（heart rate variability，HRV）也存在著個體差異，深入了解個體差異的大小對科學地判斷針刺研究的結果具有重要的價值。HRV是指逐次心跳周期差異的變化情況，HRV與許多疾病的發(fā)病率和死亡率相關，針刺可以調節(jié)HRV，可能是通過調節(jié)自主神經系統的功能來治療疾病［31］。個體差異與很多因素相關，不同個體對針刺感覺的差異及其療效的認知程度，隨之而產生的心理預期可能是受試者產生個體差異的重要因素［32］。個體差異可能也會與HRV相關，在未來的研究中將針刺與HRV相結合將進一步促進個體差異的研究［33］。

5 結語

f MRI為我們提供了一種可以無創(chuàng)、實時、活體地反映針刺過程中腦功能變化的方法，已成為研究針刺作用機制的最重要工具之一，在腦的基礎研究和臨床神經科學等方面顯示出廣闊的發(fā)展前景。但f MRI作為一種新興而且復雜的研究手段，研究結果受到多種因素的影響，如序列參數的選擇、實驗方案的設計、數據后處理方法的選擇與個體差異等。目前對針刺腦功能成像各種影響因素的研究還不夠深入，為得出可靠的實驗結果，下一步有必要對其進行系統化、規(guī)范化研究。總之，應用f MRI研究針刺的作用機制需要不斷完善研究手段，建立一套相對統一和規(guī)范化的方法學。

［1］Vander Ploeg K，Yi XB.Acupuncture in modern society ［J］.Jour nal of Acupunct ure Meridian Stud，2009，2：26－33.

［2］徐春生，李傳富，鮑風 .針刺健康人功能性磁共振成像研究進展 ［J］.中國CT和 MRI雜志，2010，8（2）：64－67.

［3］Cho ZH，Chung SC，Jones JP，et al.New findings of the correlation bet ween acupoints and corresponding brain cortices using f unctional MRI［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1998，95：2670－2673.

［4］Cho ZH，Chung SC，Lee HJ，et al.Retraction.New findings of t he correlation bet ween acupoints and corresponding brain cortices using f unctional MRI［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2006，103：105－127.

［5］Ge Y，Gross man RI，Dai J，et al.Ultra－h(huán)igh－field MR i maging：a spectacular vision of the brain［J］.Chin J Magn Reson Imaging，2010，1：169－176.

［6］張海，馮錫剛 .腦功能磁共振成像的掃描參數優(yōu)化［J］.蘇州大學學報，2006，26（4）：602－604.

［7］Beissner F.Functional magnetic resonance i maging studies of acupunct ure mechanis ms：a critique［J］.Focus on Alter native and Co mpli mentary Therapies，2011，16：3－11.

［8］Bai L，Qin W，Tian J，et al.Detection of dyna mic brain net wor ks modulated by acupuncture using a gragh t heor y model［J］.Pr ogress in Nat ural Science，2009，19：827－835.

［9］Dhond RP，Yeh C，Par k K，et al.Acupunct ure modulates resting state connectivity in default and sensori motor brain networ ks［J］.Pain，2008，136：407－418.

［10］Qin W，Tian J，Bai L，et al.FMRI connectivity analysis of acupuncture effects on an a mygdala－associated brain network［J］.Mol Pain，2008，4：55.

［11］傅悅，張權，張云亭，等 .手運動組塊設計和事件相關設計的f MRI比較研究 ［J］.放射學實踐，2006，21（1）：5－8.

［12］張毅，劉鵬，田捷，等 .針刺效應的神經影像學研究［J］.軟件學報，2009，20（5）：1 207－1 215.

［13］曾統軍，賴新生，黃泳，等 .針刺外關穴與非穴f MRI腦功能成像的比較研究 ［J］.中國醫(yī)學影像學雜志，2010，18（6）：532－537.

［14］Fang JL，Krings T，Weidemann J，et al.Functional MRI in healthy subjects during acupuncture：different effects of needle rotation in real and false acupoints［J］.Neur oradiology，2004，46：359－362.

［15］劉京，王俊英，劉俊嶺，等 .安慰針刺對照設計的研究進展與相關問題探討 ［J］.針刺研究，2007，32（6）：389－392.

［16］田小平，李瑛，馬婷婷，等 .經穴與非經穴效應比較研究的現狀與思考 ［J］.中國針灸，2008，28（12）：907－909.

［17］Kong J，Ma L，Gollub RL，et al.A pilot study of f unctional magnetic resonance i maging of t he brain during manual and electroacupunct ure sti mulation of acupunct ure point （LI－4 Hegu）in nor mal subjects reveals differential brain Activation bet ween met hods［J］.Jour nal of Alter native And Co mplementary Medicine，2002，8：411－419.

［18］Mac Pherson H，Green G，Nevado A，et al.Brain i maging of acupuncture：co mparing superficial wit h deep needling ［J］.Neuroscience Letters，2008，434：144－149.

［19］Napado w V，Makris N，Liu J，et al.Effects of electroacupunct ure versus manual acupuncture on t he hu man brain as measured by f MRI［J］.Hu m Brain Mapping，2005，24：193－205.

［20］Biswal B，Yet kin F，Haught on V，et al.Functional connectivity in the motor cortex of resting hu man brain using echo－planar MRI［J］.Magn Reson Med，1995，34：537－541.

［21］Raichle ME，Mac Leod AM，Snyder AZ，et al.A default mode of brain f unction［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2001，98：676－682.

［22］van der Heuvel MP，Hulshoff Pol HE.Exploring t he brain net work：A review on resting－state f MRI f unctional connectivity［J］.European Neuropsychophar macology，2010，20：519－534.

［23］Buckner RL.The serendipitous discovery of t he brain’s default net wor k［J］.NeuroImage，2011，62：1137－1145.

［24］劉波，劉峴，龍玉，等 .MRI觀察針灸后效應對腦功能連接的影響［J］.中國醫(yī)學影像技術，2009，25（12）：2 186－2 189.

［25］Liu J，Qin W，Guo Q，et al.Distinct brain net works f or ti mevaried characteristics of acupunct ure ［J］.Neur oscience Letters，2010，468：353－358.

［26］Lu N，Shan BC，Xu JY，et al.Improved temporal cl ustering analysis method applied to whole－brain data in acupuncture f MRI st udy［J］.Magnetic Resonance Imaging，2007，25：1190－1195.

［27］Zhang J，Anderson JR，Liang L，et al.Evaluation and opti mization of f MRI single－subject processing pipelines wit h NPAIRS and second－level CVA ［J］.Magnetic Resonance Imaging，2009，27：264－278.

［28］Beissner F，Henke C.Met hodological pr oblems in FMRI studies on acupuncture：a critical review wit h special emphasis on visual and auditory cortex activations［J］.ECA M，2011，154：1－7.

［29］徐春生，李傳富，楊駿，等 .樣本量大小對針刺腦功能成像激活區(qū)定位的影響［J］.中國中西醫(yī)結合影像學雜志，2011，9（4）：289－292.

［30］徐春生，李傳富，楊駿，等 .針刺腦功能成像的個體差異初步研究 ［J］.中國針灸，2012，32（1）：69－74.

［31］Anderson B，Nielsen A，Mc Kee D，et al.Acupunct ure and heart rate variability：a systems level approach to understanding mechanism ［J］.Explore，2012，8：99－106.

［32］Atlas LY，Wager TD.Ho w expectations shape pain［J］.Neuroscience Letters，2012，520：140－148.

［33］Fas mer OB，Liao H，Huang Y，et al.A naturalistic st udy of the effect of acupuncture on Heart－Rate Variability ［J］.J Acupunct Meridian St ud，2012，5：15－20.