基于脑磁图及其与功能磁共振融合的针刺穴位特异性问题研究

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作为中华民族传统文化的瑰宝,中医针刺是我国医疗卫生事业中独具特色和优势的巨大卫生资源。近年来,以其“简、“便”、“廉”、“验”的特点,中医针刺得到了大力推广并逐步获得国际医学界的认可。然而,由于中医针刺本质上产生于实践,又经过中国古典哲学的深加工,使得其与现代医学在很多方面难以相容,已逐渐成为制约针刺理论发展的桎梏。得益于脑影像学技术的迅猛发展,国内外研究者在穴位特异性的神经表象、穴位与脑区的功能活动相关性等方面取得了丰富的研究成果。但是,目前的针刺机理影像学研究尚处于起步阶段,研究模式和研究方法还存在着一定的局限性,从而导致了研究结论的一致度较低,针刺理论的科学内涵也未能得到全面阐释。  一方面,以往的研究大部分采用以测量神经元活动所引发的血液动力改变为原理的功能性磁共振(fMRI)作为成像模态。fMRI的成像原理使得测得的信号比神经元活动的真实信号延迟了数秒。而构成大脑基本单元的神经元的信号变化往往发生在毫秒级时间尺度,因而采用fMRI得出的研究结论在一定程度上不能完全反映出大脑神经元对针刺刺激的真实反应;  另一方面,以往的研究重点关注针刺引起的大脑功能皮层的空间响应分布,但这一思路有待拓展。由于针刺效应的发挥是一个复杂的过程,需要通过多个脑区的协同加工作用来完成。因此,如果仅仅依靠单一脑区的空间激活模式,缺乏对脑区之间的交互作用关系的探讨,不足以完全阐明针刺穴位的特异性调节作用机制。  本文以在神经元信号振荡频段下直接度量针刺对大脑功能活动的调节效应为切入点,主要采用以描记神经元活动诱发磁场为原理的脑磁图(MEG)作为成像模态,以delta(0.5-4 Hz), theta(4-8 Hz), alpha(8-13 Hz), beta(13-30 Hz)和gamma(30-48 Hz)5个神经元信号振荡频段为切入点,对针刺穴位特异性问题展开探讨。  首先,本文采用基于傅里叶变换的方法计算了针刺前后大脑皮层主要功能区在5个频段下的相对谱能量,通过组分析方法探讨了针刺足三里穴和旁开假穴对大脑功能区相对谱能量的特异性调节作用。研究结果表明,针刺足三里穴位可显著地引起额叶的能量在delta频段增加,而在alpha和beta频段减少,发现了针刺对额叶的调节存在着低频化现象。  其次,本文采用基于希尔伯特变换分别计算了大脑主要功能区在5个神经信号振荡频段下的的能量值,随后采用功能连接度分析算法,研究针刺足三里穴位和旁开假穴对大脑网络连接的特异性调节作用。研究结果表明,针刺右腿ST36可以引起大脑左侧颞叶在delta,beta和gamma频段内的功能连接显著增强。此外,本文不但验证了针刺可引起左侧颞叶与额叶及前额叶的功能连接增强,更进一步指出,针刺足三里穴位后的变化主要在delta和beta频段,而针刺旁开假穴的变化仅在delta频段内。  此外,鉴于fMRI与MEG的时空分辨率具有优势互补的特性,本文还提出了一种基于fMRI和MEG双模态数据融合的分析框架,充分利用了fMRI的空间域分析能力与MEG的时间域分析能力优势,并将其成功应用在针刺机理研究领域,希望对以后的针刺机理研究乃至脑功能机理研究有所启发。我们首先对fMRI数据采用独立成分分析方法提取出大脑感兴趣区的空间位置信息,并根据空间位置作为先验指导源空间信号重建过程中的偶极了置放,从而求得对应感兴趣区的时间维度信息。获取时间序列后,采用偏相关分析方法评估了针刺足三里和旁开假穴对大脑默认态网络(DMN)中枢节点的调节作用。研究结果表明,后扣带回(PCC)在针刺前的5个频段内都是DMN网络中枢节点,但在针刺足三里穴位后,PCC仅在delta和gamma频段发挥着网络中枢的作用,而针刺旁开假穴对PCC在DMN的中枢节点地位并未产生显著影响。
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