文摘
最近的神经影像学研究表明,针灸的刺激motor-implicated穴位调节大脑区域活动与运动功能的处理有关。本研究旨在探讨acupuncture-induced变化之间的有效连接电动机地区hemiparetic中风患者通过使用多元格兰杰因果分析。总共9稳定复苏中风患者和健康对照组8招募和接受了三分的fMRI扫描:被动的手指运动和静止状态之前和之后手动针灸刺激。中风患者表现出显著的减毒有效皮质和皮质下区域之间的连接在被动电机的任务,这表明低效率的大脑皮层和皮层下motor-related区域之间的信息传输。针灸在motor-related motor-implicated穴位显示特定的调节网络在中风患者相对于健康对照组。这个特定的调制增强双向有效的小脑和初级感觉运动皮层之间的连接在中风患者,这可能弥补减毒有效皮质和皮质下区域之间的连接在被动电机的任务,因此,为提高运动协调和亚急性中风患者运动学习。我们的研究结果表明,进一步的功效研究针灸可以专注于提高运动协调的运动康复和运动学习运动康复。
1。介绍
虽然针灸已经广泛用于中风偏瘫的患者的康复在世界的许多地方,潜在的神经机制的有益作用针灸在很大程度上仍是个未知数。最近的神经影像学研究表明,针灸的刺激motor-implicated穴位调节大脑区域活动相关的运动信号的处理(1- - - - - -4]。这些发现了一些灯的功能基质传说的针灸中风康复治疗的效果。然而,motor-related网络中的相互作用以及它的影响导致汽车针刺引起的复苏仍然难以捉摸。
功能连接和有效连接的模型可以用来描述大脑中的脑区之间的相互作用网络(5]。最近的神经影像学研究表明,康复治疗能引起变化的有效连接motor-related地区中风患者(6,7],rTMS或药理治疗也可以改善stroke-induced赤字提高有效连接在电机网络(8- - - - - -10]。针灸,这是一个潜在的有效治疗中风康复,据报道在默认模式调节静息状态的功能连通性和感觉运动的大脑网络(11,12]。然而,最近的研究表明,不同区域之间的功能连接和有效连接都是重要的和必要的详细工作机制的大脑的功能体系结构。合成模型主要关注神经交互的方向和如何对另一个神经系统产生影响。这些信息可以用来探索皮质区域的特定的角色在一个分布式系统(5]。模式的变化正常皮质内连接和在半球中风患者运动赤字在亚急性阶段被发现(13]。此外,詹姆斯等人发现,提高电机的性能与能增强大脑半球之间的交流(6]。这些发现提供了令人信服的基本原理探讨acupuncture-induced变化之间的有效连接在hemiparetic中风患者运动区。
以前的神经成像研究主要集中在的功能特异性motor-related穴位在健康受试者。根据传统中医理论,针灸被认为发挥各种治疗效果通过恢复稳态平衡(14]。因此,针灸可能更具体影响病理失调患者与健康受试者相比。在目前的研究中,我们调查了在穴位针灸刺激阳陵泉在中风患者和健康者作为控制条件。据报道,针灸可以产生持续效果即使在针灸操作被终止(15,16]。在这项研究中,一个不重复与事件相关的(nr)设计(12,17)是用来调查针灸后连通性变化有效管理。基于时间可预测性原则,格兰杰因果分析可以用来探索roi之间没有任何有效的连接先天的规范的网络模型(18- - - - - -20.]。在目前的研究中,多元格兰杰因果模型,得到多个脑区之间的因果关系。这种方法是基于一个多变量向量自回归(兆乏)模型和允许我们检测同时定向多个roi之间没有任何影响先天的规范的网络模型。这种方法已经成功地应用在许多先前的脑网络研究(18- - - - - -20.]。我们假设中风患者可能表现出不同的模型有效连接在电机网络涉及被动的手指运动的任务和静止状态,和针灸可以诱导相对特定的调制效应相互作用在汽车网络与健康对照组相比。为了进一步了解针灸机理,我们进行了一项功能磁共振成像研究确定acupuncture-induced motor-related领域之间的相互作用的变化,有可能促进卒中后的运动康复。
2。材料和方法
2.1。主题
2012年3月至2013年2月,总共9前循环缺血性中风患者(7男性和2女性,平均年龄年,意味着天来美最初中风天,年龄在18岁到122天)是从北京东直门医院招募。入选标准如下:(1)2 >和< 12周缺血性中风的发病;(2)单边右侧striatocapsular病变;细微精神状态检查(3)(MMSE)评分≥21岁(21];(4)中度到重度的电动机的赤字contralesional上肢,Motricity指数(MI) < 80;根据爱丁堡偏手性(5)右利手的人(22];(6)年龄35 - 75 y。排除标准如下:(1)任何临床显著或不稳定的医学疾病,(2)bihemispheric或脑干梗塞;(3)严重的失语症就无法沟通,(4)以外的任何神经精神疾病中风,和(5)标准禁忌症等核磁共振non-MRI植入金属设备兼容。所有患者招募得分在以下函数措施在同一天MRI: (i) Motricity指数(MI)上肢和下肢(ii);(3)署;(四)Brunnstrom;(v)修改Ashworth规模;(vi) Barthel指数;(七)改良Rankin规模。
额外的8个健康受试者招募从东直门医院年龄和性匹配的对照组(6 2男性和女性;平均年龄年,所有右利手的人)。之间没有显著差异的年龄患者和健康者()。所有对照组没有药物滥用史,酗酒,中风,或其他神经或精神疾病。本研究经当地机构审查委员会批准并进行了符合赫尔辛基宣言,和完整的书面知情同意了所有科目。所有受试者针灸天真和病人特征表中列出1。
2.2。实验设计
病人和健康受试者有相同的核磁共振成像过程。八个病人经历了两次实验的间隔两周。一个病人只接受试验一次。每个控制对象进行了实验。每个实验包括三个功能包括运行,先后,静息状态扫描前后针灸刺激,和被动的手指运动。静息状态持续了8分钟(图运行1(一))。在静息状态运行期间,受试者被要求躺闭着眼睛一动不动,不去想什么特别的事,而不是就睡着了。垫子被用来减少头部运动。针灸运行NRER-fMRI设计范式(图1 (b)),将1分钟针操作,之前10秒休息,其次是8分钟扫描。电机任务运行采用传统块设计五个街区的20秒手指运动是由五块20秒交替基线,剩下10秒开始(图1 (c))。电机任务由一个重复运动的左手拇指是被动地反对左食指在1赫兹的频率。扫描的三分后,所有受试者问他们在任何运行期间睡着了。
(一)
(b)
(c)
针灸穴位的执行GB 34的左腿(Yanglinquan位于经济萧条前和差的腓骨)。这个穴位是最常用的穴位之一,被证明有各种功效的治疗中风偏瘫的在先前一些研究[23,24]。无菌一次性38-gauge纯银针灸针(0.3毫米直径40毫米长度)垂直插入的深度提供针灸刺激。2 - 3厘米在针灸刺激,针旋转一个大约180°的振幅为1分钟的速度每分钟120次平衡的“补肾和减少”技术。所有受试者不知情的假定针灸的效果。这个过程是由相同的经历和注册针灸师在所有科目。针灸运行后,受试者面对10点视觉模拟量表(血管),0 =没有感觉和1 - 3 =温和,4 - 6 =温和,7 - 8 =强,9 =严重,10 =难以忍受的感觉。受试者被要求评价疼痛的强度,压力、疼痛、沉重,丰满,温暖,凉爽,麻木、刺痛、钝或锐痛,他们觉得在针灸。实验对象被排除在进一步分析如果他们经历了剧烈的疼痛(大于平均超过2个标准差)。所有受试者经历剧烈的疼痛在17个主题。
2.3。数据采集和分析
西门子磁共振扫描仪成像进行3.0特斯拉在放射科,东直门医院。定制的头部固定器和公司垫被用来减少头部运动。功能与矢状扫描收集部分AC-PC平面平行。32轴向片和覆盖整个大脑获得通过使用T2 *三单发,gradient-recalled回波平面成像(EPI)序列。采集参数用于功能扫描TE = 30 ms, TR = 2 s,翻转= 90°角;切片厚度3.5毫米0.7毫米的差距;64×64年收购矩阵的视野(FOV)为225毫米×225毫米。针灸后运行,高分辨率结构获得在每个主题使用t1加权图像三维(3 d) MRI序列与体素1毫米大小3解剖定位。采集参数用于结构扫描TR = 1.9 s, TE = 2.52毫秒,矩阵= 256×256,FOV = 250毫米×250毫米,翻转角度= 9°,切片厚度= 1毫米。
所有图像进行了预处理和分析使用统计参数映射5 (SPM5,http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)。图像首先纠正头部动作使用最小二乘法最小化。的受试者都没有过多的头部动作(> 1.5毫米)在任何轴和头部旋转多个学位。然后MNI模板的图像数据进一步规范化和重新取样2毫米×2毫米×2毫米。最后,图像平滑与6毫米full-width-at-half最大(应用高斯内核空间噪声降低。然后这些数据被使用带通滤波器过滤(0.01 ~ 0.08赫兹)减少低频漂移和高频噪声的影响。
2.4。感兴趣的区域的定义
电机任务从每个主题是进入了一般线性模型(GLM)“固定效应”框架。大胆的信号改变电动机任务时期比其他时期估计在每个立体像素和个人t映射。然后个人t映射进了“随机效应”分析框架,并统计得到了地图(一个示例,富兰克林·德兰诺·罗斯福纠正)以及。脑区激活运动任务中不同群体测定统计地图。作为健康对照组脑区激活的手指运动期间一直在研究大量的先前的研究[25- - - - - -28),我们选择健康组脑区激活在电动机的任务感兴趣的区域(罗斯福纠正)为进一步有效的连接。这些motor-related大脑区域包括双边declive,双边culmen额皮层双边,双边顶叶小叶,丘脑外侧核,双边颞皮层,双边中间颞叶皮层、左侧中央前皮层,左侧中央后皮层,对中央前皮层,对中央后皮层,楔前叶,双边脑岛,两国后丘脑,双边前扣带皮层,双边尾状核,两国中间扣带皮层,和黑质。考虑到主体间解剖变异、roi是定义在个体解剖图,获得个人roi注册标准MNI空间得到一组概率解剖图。最后,roi被定义为使用标准Talairach-Daemon-based地图集。平均时间序列在每个ROI被选中,在体素,和标准化的对象来获取一个向量/ ROI,分别对不同条件(静息状态之前和之后的针灸和运动任务)在不同的组。对于双边激活区域,平均时间序列。
2.5。有效使用mGCA连通性分析
检测这些选定的ROI因果相互作用在三个条件,一个多元自回归模型(兆乏)的时间序列在每个ROI成立。直接传递函数(DTF)基于格兰杰因果关系的原理是计算多变量自回归模型(29日]。强调直接连接,减少调节影响,我们计算了部分相干每两roi评估之间的直接联系。代理数据的一种方法是用来测试的道路权重的重要性。空分布的2500套代理数据生成和DTF计算从这些数据集30.]。最后,单侧进行显著性检验比较DTF价值从原始时间序列与零分布(,纠正)。
对比静息状态和postacupuncture静息状态进行任意两个roi之间的路径的权值。这样,我们得到的变化之间的因果影响在motor-related网络状态和postacupuncture休息状态。为了更好地理解,网络的动态角色,“+”的网络中的每个节点,计算。“+”程度的一个节点被定义为所有边缘直接连接的数量,和笔记标准差超过的意思是学位看作网络的枢纽。网络的中心被认为对网络上的动力学的发展产生重要影响。
3所示。结果
3.1。心理物理结果
在这项研究中,所有受试者报告de气等不同强度的感觉疼痛,沉重,在针灸刺激和饱腹感。丰满的感觉被报道最常见的病人和对照组。根据受试者的报道,85%的患者和50%的健康受试者经历丰满的感觉,而第二个最普遍感觉经验在病人组和疼痛麻木健康组。感觉强度(均值±标准差)在健康组和患者组。虽然各种感觉的患病率显著不同()两组之间没有显著性差异两组之间的感觉经验的强度()。
3.2。mGCA映射结果
每两个之间的因果连接的视觉描述roi内motor-related网络进行节点代表大脑区域,边缘厚度表示的强度影响,和箭头指的方向(图的影响2)。
(一)
(b)
(c)
在电动机的任务,正确的中央后回和颞中回担任网络的中心在健康对照组,收到最多的信息流入大脑皮层和皮层下区域,如左侧中央前回、楔前叶、尾状核、顶叶小叶,丘脑外侧核。在中风患者,中央后回、中央前回左半球变成网络的中心,接受因果流入顶叶小叶和对方(图2(一个))。这种改变中心的模式表现出不同的变化从右(侧)半球左半球(影响)。此外,网络内的重要有效的连接性中风患者与健康对照组相比显著降低了。此外,在中风患者,缺乏明显的连接,如尾状核和小脑皮质下区域。
休息的有效连接网络了,分别在不同的组织图2 (b)。postacupuncture休息的有效连接网络了,分别在不同的组织(图2 (c))。在健康对照组、左侧中央前回、中央后回,伪劣顶叶小叶担任网络的中心,但在中风患者,网络的中心包括左侧中央前回、中央后回,脑岛,culmen,丘脑外侧核。有趣的是,虽然针灸刺激了左侧,左侧中央前和中央后回,而不是正确的中央前和中央后回,担任中心网络,在这两个患者和健康对照组。
变化之间的有效连接休息和postacupuncture静息状态的展示,分别在不同的组织表2和3。在健康对照组,针灸刺激后,预处理和中央后回收到各种增强的因果流入大脑区域包括declive、黑质、丘脑外侧核、顶叶小叶。在中风患者,针灸刺激后,pre -和中央后回接到culmen增强因果流入。与此同时,culmen还收到了增强流入从右中央后回。
4所示。讨论
在当前的研究中,我们调查的有效连接在中风患者改变电动机参与任务显示motor-related连接赤字在中风患者。然后,我们评估,针灸可以诱导相对功能特异性调制在汽车网络在中风患者,与健康对照组相比。
4.1。Motor-Related连接在中风患者
在这项研究中,我们发现不仅显著降低了有效连接在motor-related网络还缺乏大脑皮层和皮层下脑区之间的连接在中风患者运动任务。由于有效连接代表因果影响一个大脑区域施加在另一个(31日),缺乏有效的连接显示motor-related区域之间的信息传递效率低下。这个观察结果与先前的研究一致motor-related区域之间信息集成的效率显著降低中风患者(32,33]。由多个电路互连与大脑皮层,目标皮质下区域,如基底神经节和小脑,传统上被视为重要的调节肌肉运动皮层下结构变化,保证运动精度(34- - - - - -36]。因此,有效连接大脑皮层和皮层下之间的中断可能会主导汽车赤字在中风患者。
4.2。Acupuncture-Induced大脑连接的变化
在健康对照组,显著提高有效连接不同皮层下脑区感觉运动皮层在两个半球所示postacupuncture静息状态。相比之下,只有一个皮层区域(culmen)显示增强的有效连接在中风患者感觉运动皮层。此外,感觉运动皮层和culmen之间的信息传输是双向的。目标大脑区域更集中在中风患者。先前的研究已经报道,针灸可以调节感觉运动区域的活动(1,2)和小脑结构(37,38]在motor-implicated穴位。然而,很少有研究证明了集中和双向增强之间的因果流入中风病人的小脑和初级感觉运动皮层。有趣的是,这种增加的皮质下区域和感觉运动皮层之间的连接可以弥补缺乏大脑皮层和皮层下皮层之间的连接在中风患者执行电机的任务。
Culmen位于前小脑蚓体,被认为是部分spinocerebellum接收感官信息的初级感觉运动皮层和外围将调制信息发送回感觉运动皮质和脑干通过深小脑核(39,40]。通过这种方式,小脑调节下行运动系统(39,40]。在有效增强culmen和初级感觉运动皮层之间的连接可能与更多的双向信息传递cerebrocerebellar循环,这可能会导致更强的运动协调小脑对运动系统的影响。小脑也被视为一个关键结构的反馈处理和存储在运动学习运动技能,和运动学习机制参与自发恢复和康复训练包括导致运动疗法(测量)和impairment-oriented培训(物联网)41]。事实上,参与小脑卒中后运动恢复的过程中已经证明在以前研究[42- - - - - -45]。增加功能连通性ipsilesional初级运动区和小脑之间持续6个月期间在中风患者发病(43]。约翰森伯格等人发现,增加活动的特定区域的小脑和感觉运动皮层与改善运动机能运动康复后,建议恢复运动康复后可以促进小脑和感觉运动皮层的变化活动(46]。此外,实验对老鼠的研究已经表明,增强dentatothalamocortical途径改善电动机的输出的中风后的恢复(47]。综上所述,双向增加有效的针灸后小脑和感觉运动皮层之间的连接可能导致电机恢复中风后通过改善协调运动和运动学习。因此,未来的功效研究针灸可以专注于提高运动协调的运动康复在康复训练和运动学习。
之前的连通性研究触觉刺激了更强的功能连通性主要和次要的躯体感觉区侧半球比同侧半球触觉刺激后(48]。与触觉刺激,有一种明显的右半球的中心转移到左(同侧)半球中风患者和健康对照组后针灸身体的左边,显示更强的影响侧感觉运动皮层网络上的动态。这一发现恰逢前激光针灸研究的结果表明针灸效应不仅是基于处理传入的感官信息(49- - - - - -51]。此外,同侧的中央神经针灸的效果是传统针刺方法提供了依据“反对针刺”根据针灸可以执行相反的影响四肢。
减少在有效的连接从ACC楔前叶postacupuncture患者静息状态也发现在中风患者和健康对照组。这一发现是依照先前的研究结果显示中断相关性楔前叶和前扣带皮层(ACC)在poststimulation满足(52]。ACC的突出网络的重要节点,而楔前叶在默认模式网络中起着举足轻重的作用53,54]。突出网络被认为是确定最相关的内部和额外的刺激来指导行为(53]。因此,两个网络之间的有效连接的减少可能是由于针灸刺激政府在健康对照组和中风患者。
根据传统中医理论,de气被认为是针灸的治疗有效性的关键。的一个主要研究的局限,很难记录针灸刺激后德气的感觉持续了多久。另一个限制是,本研究的样本量不是很大。在未来的研究中,利用时间测定德气的感觉和一个更大的样本量可能提供一个清晰的针灸的治疗效果。
5。结论
针灸诱导和双向增强集中在有效的小脑和初级感觉运动皮层之间的连接在中风患者,这可能有助于改善协调运动和运动学习。我们的研究结果表明,未来的功效研究针灸在电动机复苏可以专注于提高运动协调和运动学习与其他康复训练相结合。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究得到了国家自然科学基金(授予号。81072773,81072773,81371630),基础研究基金为中央大学、北京新星计划(批准号Z111101054511116),北京市自然科学基金(批准号4122082)。