研究背景大量基础及临床研究表明,针灸疗法调节整体机能的关键是脑中枢。近二十年来,脑功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)因其无创性、脑中枢整体性、功能成像与结构成像相结合的优点,越来越多地应用于针灸脑效应及脑机制的研究。前期我们团队研究发现,手针的共同特征是诱导产生广泛的边缘叶-旁边缘叶-新皮层网络(limbic-paralimbic-neocortical network,LPNN)的调制效应。针刺激发的负激活脑区,与默认网络脑区部分重叠,但更多位于边缘叶系统,这些脑区与疼痛、情感情绪调控、记忆、认知等活动密切相关,可能是针灸的止痛、抗焦虑、抗抑郁等疗效的关键脑区。BOLD信号强度增加(正激活)反映神经元兴奋,脑血流增加;但信号强度下降(负激活)的潜在原理不甚明了,仍需要进一步深入研究,目前存在“盗血”和神经抑制等假说。并且,负激活是由兴奋下调还是抑制效应的上调引起的,尚无统一定论,需要新的方法探究血液动力学反应的神经化学变化。大脑皮层各种功能的正常发挥依赖于皮层中兴奋和抑制的动态平衡,这一平衡与谷氨酸(Glu)和γ-氨基丁酸(GABA)的活性密切相关,两者分别为脑内主要的兴奋性和抑制性神经递质。GABA能神经元对神经放电频率和血流动力学响应有影响,可能与BOLD信号的变化相关。BOLD效应主要是为能量产生而供氧,谷氨酸能系统作为最耗能的系统可能与此相关。磁共振波谱(Magnetic resonance spectroscopy,MRS)是唯一无创性检测活体组织器官能量代谢、生化改变和特定化合物定量分析的技术,为测量GABA和Glx(Glu+Gln)的相对及绝对定量提供新方法。国内外学者结合BOLD与MRS技术,研究发现,任务(面部情感图片刺激、视觉刺激、认知任务等)诱导的BOLD信号与不同脑区GABA/Glx存在不同的相关关系。但尚未研究针刺激发的脑BOLD效应与神经递质GABA/Glx的相关性。本研究将融合BOLD与MRS技术,探索针刺激发的脑功能效应的神经化学(GABA/Glx)基础。研究目的1.建立并优化BOLD及MRS多模态fMRI应用于针刺脑机制的研究方案;2.比较手针及Von Frey表皮刺激右侧合谷穴时脑功能激活效应;3.观察两种刺激合谷穴前、后,神经递质GABA/Glx的变化;及两种刺激方法引起的神经递质改变的差异;4.初步探索针刺激发的BOLD正激活/负激活效应与神经递质GABA/Glx的关系。研究方法招募79名青年健康志愿者,男24名,女55名,平均年龄(24.42±1.44)岁。每名志愿者接受两次fMRI-MRS扫描,两次间隔3-5天。扫描序列相同,包括定位,高清解剖,任务前MRS,静息态BOLD,任务态BOLD及任务中MRS扫描;扫描时磁共振波谱的感兴趣区(ROI)定位相同,定位于双侧前额叶内侧皮层,ROI大小为(35×30×25)mm3。两次扫描时任务态和任务中MRS序列刺激穴位相同,均为右侧合谷穴;刺激方法不同,第一次为手针针刺及捻针,手法为平补平泻,频率60次/min;第二次为Von Frey纤毛针表皮触觉刺激,垂直刺入皮肤,频率与手针组相同,60次/min。刺激模式采用Block设计,每个Block进行间断的三次穴位刺激,每次30秒,每两次间隔2分钟。MRS数据采用LC Model软件处理,fMRI数据采用SPM 12、REST、Brainnet软件进行预处理、组内分析、组间比较,计算ROI内BOLD信号定量值。处理后数据采用SPSS 23.0统计分析。研究结果1.研究方案的建立初步录入10名健康志愿者,经过反复尝试,建立了 BOLD及MRS多模态fMRI研究方案,并应用于针刺脑机制的研究中。2.两种刺激方法激发的脑功能变化手针组结果显示(76名志愿者):主要激活脑区为体感皮层Ⅰ/Ⅱ区、丘脑、岛叶皮层,负激活区:双侧额叶内侧皮层、扣带回前部皮质、顶叶内侧皮层、下丘脑、壳核、海马、杏仁核、网状结构;VonFrey组结果显示(75名志愿者):主要激活脑区为体感皮层Ⅰ/Ⅱ区、岛叶皮层,负激活区:双侧扣带回前部、楔前叶。手针组负激活效应更广泛,主要位于边缘系统。两组组间比较(手针组-Von Frey组)结果显示,手针组双侧前额叶内侧皮层负激活更强,枕叶皮层激活较强。两组BOLD信号定量结果显示,手针组负激活效应较Von Frey组略强(t=-1.830,p=0.069)。手针刺激激发的负激活体素30以上的受试者最终平均强度也为负激活[BOLD均值(-3.36±0.40)],与其自身对照的表皮刺激相比[BOLD均值(-1.19±2.58)],负激活效应更显著,t==-3.59,p=0.002。3.两种刺激方法诱导的神经递质变化任务前、后的GABA水平相比,手针组与Von Frey组均无显著性差异(p>0.05);任务前、后的Glx水平同样如此(p>0.05)。4.不同性别志愿者GABA/Glx的比较47名女生,19名男生的结果纳入分析。手针组男、女生相比较:基线及任务后的GABA水平均无明显差异(P=0.79,P=0.99),任务前、后的Glx水平,男生组明显高于女生(P=0.026,P=0.024);Von Frey组:GABA任务前、后未发现男、女之间有统计学意义的差异,任务后男生Glx水平高于女生(P=0.04),基线Glx水平也有相同趋势。5.GABA和Glx相关性手针组与Von Frey组的GABA与Glx基线水平与任务后水平均呈正线性相关。手针针刺前、后GABA的差值与Glx的差值无明显相关,而Von Frey组刺激前、后,GABA的差值与Glx的差值仍呈正相关。6.任务激发的BOLD信号与GABA/Glx之间的关系两组的正、负激活BOLD信号与基线GABA与Glx均无明显相关。手针组负激活信号与任务后GABA和Glx均无显著相关。Von Frey组负激活信号与与任务后GABA有负相关趋势(r=-0.303,p=0.061)。两组负激活的BOLD信号与任务后GABA呈负相关(r=-0.223,p=0.041)。手针组与Von Frey组正激活信号与任务后神经递质则无相关现象。手针组BOLD负激活信号与Glx任务前、后的差值呈负线性相关(r=-0.18,p=0.03),而Von Frey组BOLD负激活信号与任务前、后GABA变化也呈负相关(r=-0.404,p=0.011),两组负激活合并分析,与任务前、后GABA差值呈负相关(r=-0.262,p=0.016),与任务前后Glx差值呈负相关趋势(r=-0.212,p=0.053)。手针组与VonFrey组正激活信号与任务前、后神经递质的变化无相关现象。研究结论融合BOLD及MRS两种技术的多模态fMRI,同时研究脑组织水平的血流动力学和分子水平的神经递质。此技术具有无损伤、简便易行的特点,可应用于针刺脑机制的研究中,建立了新的针刺脑机制研究方法,将提高我们对脑网络中神经化学变化的认识。1)进一步证实了针刺调制边缘叶-旁边缘叶-新皮层网络的假说;2)针刺在激发BOLD及GABA、Glx方面与Von Frey表皮刺激具有相对特异性;3)任务激发的BOLD负激活与GABA/Glx的变化呈显著负相关,BOLD负激活更倾向于神经抑制的假设,且与GABA/Glx水平密切相关。针刺可能是通过影响到前扣带回功能,调节脑内GABA/Glx水平,从而达到对疼痛、情绪等的脑调控效应。