Taixi（KI3）对健康青年和长老功能连通性的异质针灸作用：一种利用区域均匀性和大规模功能连通性分析的功能性MRI研究

摘要

以往的研究曾提出针刺不同组间的神经反应具有异质性，但鲜有研究。本研究旨在通过功能磁共振成像(fMRI)探讨针刺太溪(KI3)对健康青年和老年人脑区自发活动和功能连接(FC)的差异。20名健康青年志愿者和20名健康老年人在针灸前进行10分钟静息态fMRI检查，然后针刺太溪(KI3) 3分钟;在取出针头后，志愿者们进行了10分钟的第二次fMRI扫描。采用区域同质性(ReHo)和Power 264图谱的大规模FC分析方法分析脑自发活动的变化。与静息状态相比，两组针刺KI3后ReHo下降集中于左侧中后小叶、右侧中央旁小叶和右侧SMA。此外，HY组受试者的右舌区和前中央区ReHo下降。而HE组患者在KI3针刺后，右侧中央后、中央前、左侧缘上回、SMA及两侧扣带中部ReHo降低。与静息状态相比，针刺后HY组感觉/躯体运动和皮层下网络的平均网内FC较低。针刺后感觉/躯体运动与背侧注意之间的网络FC显著降低。 Furthermore, the internetwork FC between subcortical and dorsal attention and between subcortical and cerebellar showed the most obvious elevations after needling in the HY group. In the elder group, both FCs of internetwork and intranetwork primarily involving sensory/somatomotor, cingulo-opercular, and dorsal attention were declined after acupuncture. These results indicated that acupuncture at KI3 had heterogeneous acupuncture effects in different age groups. Our study led to converging evidence supporting the acupuncture effect segregation of different condition subjects and supporting evidence for prevention and treatment with acupuncture in the future.

1.介绍

针灸在中国已应用了数千年，并因其疗效迅速在西方替代和补充医学实践中得到普及[1］．许多研究表明，针灸在脑卒中康复、缓解疼痛、改善认知功能等方面发挥着重要作用[2- - - - - -4］．然而，其生物学机制尚不清楚。血氧水平依赖的功能MRI (fMRI)技术对针灸的作用机制等问题进行了研究，近年来在针灸研究中的应用取得了丰硕的成果。

最近，来自FMRI研究的累积证据表明，刺激的穴位可以诱导脑功能连通性的变化[5］．例如，针对阿尔茨海默病患者的针刺Lv3和Li4点可以增强与海马有关的区域的功能联系，这可能是针灸改善阿尔茨海默病的潜在机制[6］．在卒中患者中，TE5的针灸可以增加双边感觉传感器网络的合作[7］．

太溪(KI3)是中医理论中肾经的关键穴位之一，已被用于治疗认知障碍患者[8，该研究得到了健康志愿者针灸研究的支持:针刺KI3穴位可以增强认知相关区域之间的连通性[9］．此外，先前的FMRI研究[10.]发现同一穴位的针灸对脑功能连通性（FC）产生了不同的影响。然而，正如我们所知，很少有研究探讨针刺KI3对不同年龄段的健康人大脑大型FC的影响，这对于了解针刺机制至关重要。

针刺KI3穴位如何对不同人的脑功能连通性产生不同影响，是本研究的兴趣所在。重要的是，以往的区域同质性(ReHo)分析[11.]发现健康受试者针刺KI3后布罗德曼区(BA) 7的ReHo值降低。然而，另一个类似的ReHo分析[12.结果显示，真正针刺KI3后，右侧叶下区和ba10的ReHo值升高，ba31的ReHo值降低。考虑到这些研究中志愿者的年龄范围不同，我们可以将不同研究结果的不一致归因于人口统计学数据。因此，可以合理地预期，在KI3针灸后，健康年轻人和老年人的大脑FCs可能是不同的。

目前，已经开发了许多方法，并用于研究静止状态FMRI，例如低频波动的幅度（ALFF）[13.]，牺牲Alff（Falff）[14.，体素镜像同位连通性(VMHC) [15.]，reho [16.]和大规模的FC。这些聚类溶液可以揭示来自不同层的生理或病理效果。然而，一些研究已经认识到，REHO分析在描述临床性质方面取得了更好的表现，而不是ALFF或FALFF [17.，18.］．此外，VMHC专注于探索同位协调的差异(如性别差异)，而不是全脑网络。此外，大尺度FC是显示功能连通性的广泛大脑区域的集合，通过提供不同干预条件下不同功能如何出现的神经模型，为理解功能变化提供了一个连贯的框架。因此，在本研究中，我们应用ReHo和大规模的FC分析来验证针刺KI3在年轻人和老年人中可能诱发异质针刺效应的假设。这实际上是考虑到在未来，年轻人和老年人在遇到相同的情况时，可能会采取不同的刺激方案。

2.材料和方法

２.１.参与者

本研究的志愿者招募于西南医科大学第一附属医院。采用简易精神状态检查(MMSE)和蒙特利尔认知能力评估(MoCA)对健康老年志愿者进行全面的身体和神经心理检查。两组的入选标准如下:(1)右撇子，(2)正常饮食和睡眠模式，(3)无神经或精神障碍，(4)无药物依赖和酒精成瘾，(5)体重中等(BMI为18.5-23.9)，(6)常规磁共振成像(MRI)扫描未见脑损伤。本研究获得西南医科大学第一附属医院医学伦理委员会批准(批准号:KY2019007)。

２.２.图像采集

fMRI数据采集使用3.0 Tesla (MRI Achieva, Philips Medical Systems, netherlands) MRI扫描仪，使用回波平面成像(EPI)序列(TR 2000 ms, TE 30 ms, matrix) ，视场 ，体素的大小 ，翻转角度90°，38片，横向定向，扫描顺序交错，片厚4mm，间隙0，持续时间546 s)。泡沫垫和耳塞用于控制头部运动，减少扫描过程中扫描仪噪声的影响。受试者被告知保持静止，闭上眼睛，什么都不想。在检查前，志愿者被要求休息20分钟，并被告知整个实验过程。受试者首先进行结构3D t1加权扫描(TR 8 ms, TE 4 ms， 矩阵，翻转角7°，体素尺寸 ，切片160片，切片厚度2毫米)覆盖整个大脑。然后获取针刺前静息状态的fMRI数据(270个时间点)。然后对KI3进行3分钟的针刺刺激。随后，获得第二组针刺后状态的fMRI数据(270个时间点)(图)1）.

2.3。针灸干预

所有针灸行动都是由同一针灸师进行的，具有超过5年的临床经验。KI3的位置按照穴位的姓名和地点列出：中国国家标准GB12346-90（2006）。一次性无菌针灸针（ ，中炎，北京，中国)。针在KI3处垂直插入约2厘米的深度。为了诱导和增强针刺(德气)的感觉，针灸师通过顺时针和逆时针旋转针，每次旋转+或-360度，和提-推针来操作插入的针。针灸医生轮流进行每一种旋转和提插动作，每次持续30秒。两种手法针刺时间均为3分钟。

２.４.数据预处理

使用静息态fMRI 2.3数据处理助手(DPARSF)对初始静息态fMRI统计数据进行预处理。http://www.restfmri.net/forum/DPARSF）[19.建立在统计参数映射(SPM8，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm.）.本研究的预处理步骤如下:将DICOM格式的原始数据转换为NIfTI格式;然后，丢弃前4个时间点;其余266个时间点被修正为切片时间到中间切片，并重新对齐以修正头部运动;受试者在任何部位的位移超过2毫米 ， ，要么从本研究中排除了方向。之后，Friston 24参数模型[20.]采用重新评估数据来退回头部运动效应;同时，通过多元线性回归分析回归线性趋势，白种，脑脊液（CSF）信号和全局平均信号;随后，通过指数化​​Lie代数（Dartel）的漫反射解剖学注册[21]工具用于计算从原生个体空间到蒙特利尔神经学研究所(MNI)空间的转换，体素大小为 mm;使用Jenkinsons方法计算每个被试的体素特定框架位移(FD) [22，23］．并且每个受试者的卑鄙Jenkinson FD被用作恢复群体比较中的协变量。最后，我们在时间序列中执行了时间带通滤波（0.01-0.08 Hz）。在预处理之后，统计分析中包含来自20个休息状态和后续状态功能图像的20个受试者的数据。这些预处理数据不平滑地用于后续的重新分析。

执行高斯空间平滑(  mm) for the functional data in the later large-scale FC analysis.

2.5。重新分析

经过数据预处理、ReHo分析，利用脑功能数据处理软件DPARSF计算出整个大脑周围的每个个体元素及其相邻的27个个体元素在时间序列上的一致性，得到体素KCC;整个大脑周围每个个体元素的KCC值除以整个大脑所有体素的KCC值得到标准化的ReHo图平均值。最后对ReHo图进行平滑处理，即卷积一个FWHM为6 mm的各向同性高斯核来提高信噪比[16.，24］．

2.6。大规模功能连接分析

fMRI数据预处理后，使用MATLAB工具箱GRETNA (http://www.nitrc.org/projects/gretna/）[25，一个图像连通性的图形理论网络分析工具箱，用于构建功能性大脑网络。Power 264图集[26]作为提取时间序列的模板，用于初步分析。Power 264功能roi由14个功能网络组成，包括感觉/体动手、感觉/体动嘴、扣带回任务控制、听觉、默认模式、记忆提取、腹侧注意、视觉、额顶叶任务控制、显著性、皮层下注意、小脑、背侧注意和不确定性。本研究采用该模板将整个大脑皮层分为264个皮层区和皮层下区。提取每个节点的平均时间序列。然后，通过计算线性皮尔逊相关系数估计时间序列之间的两两函数连通性。然后，利用相应子网中边缘的均值计算FC的平均内部网络和互联网络。

2.7。REHO结果的功能相关性分析

为了确定Reho差异区域的功能相关性，采用了公共领域的行为分析工具GUI（芒果;研究成像研究所，UthSCSA，SAN Antonio）软件（参见方法描述[27]）。行为分析通过使用BrainMap数据库的数据来执行基于用户定义的ROI的区域行为分析（http://www.brainmap.org）.在这项研究中，我们根据REHO结果的集群定义了ROI。ROI已被标准化为Talairach空间并已装入芒果中。然后行为分析工具自动列出与加载的ROI相关联的每个行为子域，并计算关联的 -每个行为得分。一个积极的 -多重比较Bonferroni校正后评分大于3.0被认为是显著的( 使用Bonferroni校正进行多次比较)[27］．

2.8。统计分析

一个配对分别比较健康青年组和老年组针刺后和静息状态的ReHo结果。而平均詹金森FD被用作协变量，以消除微头运动的干扰。在体素水平上对统计图进行GRF校正 和群集水平 (单侧)。边缘连通簇连通性准则， ．然后，使用MATLAB工具箱XJVIEW（http://www.alivelearn.net/xjview）用解剖学自动标记模板2（aal2）[28[映射了体素的位置，在MNI坐标空间的条件下具有显着不同的reho值。

一个配对分别比较青年组和老年组针刺后KI3状态和静息状态功能网络连接的变化。带有阈值的错误发现率(FDR)校正 用于多种比较。科恩值来描述两个变量之间的效应量。

3.结果

３.１.样品组成

20个健康的年轻人(老年人) ，和20名健康老人(老年 ，他）右撇子志愿者被纳入该研究。青年和老年的平均Jenkinson FDS在休息状态和后期盟友中没有显着差异。在表格中显示了健康青年和长期群体主题的特征1．

３．２．针刺KI3对HYs和HEs的不同ReHo改变

将HY集团和HE组中的PostNeeedling状态FMRI数据与其自身的休息状态数据数据进行比较。HY组和HE组分别产生三簇（5种结构）和5个簇（10种结构）。最引人注目的发现是，后续状态和休息状态之间的最大改变的恢复区位于HY集团的枕骨和额叶。然而，在他群体中，最大的改变的恢复区位于顶叶和额叶。更具体地说，有人指出，在两组中，一些脑区域包括左移后和两组的右侧腺鳞片和右侧SMA在针灸后的再迅速下降。此外，与休息状态相比，涉及右侧舌头和前列的脑区在HY集团中拒绝了。此外，在HE组中针对的针刺Ki3后的降级再次发现在正确的后中心和前列，左髁上血浆和SMA以及Cingulum中间（图2、表2）.

3.3。hy和HEs在FC内、网络间针刺后的变化不同

对神经影像数据进行预处理后，提取每个受试者的Power 264函数roi的时间序列。然后，计算每个个体的功能网络的平均内部和内部网络连接。分别比较HY组和HE组针刺后状态和静息状态下的网络内FC和网络间FC(图)3.）.

3．4．HY集团

与静止状态相比，PostNeeDling状态中的HY组在感觉/体重仪中显示出较低的平均intanetwork FC（FDR ， ）和皮层下网络(FDR ， ）.此外，在针灸（FDR）后，感觉/体重素与背部注意力之间的互联网FC显着降低（FDR ， ）.此外，皮层下注意和背侧注意之间的网络FC (FDR) ， ）以及皮层下和小脑(FDR ， ）HY组针刺后升高最为明显(图)3.）.

3.5。他组

大范围的FC分析显示，与静息态fMRI相比，老年组针刺后网络和内部网络的FC均下降。我们发现，内部网络的平均连接，如感觉/躯体运动(FDR ， )，Cingulo-opercular（FDR ， )，听觉（FDR. ， )，违约(罗斯福 ， )，视觉(罗斯福 ， )，frontoparietal(罗斯福 ， )，突出(罗斯福 ， )，背侧注意(罗斯福 ， ）在针灸后，网络在HES中显着降低。

针灸对互联网FC的影响主要涉及感觉/体重素，川芎和背侧关注网络。有人指出，感觉/体重素和幂术之间的互联网Fc（FDR ， )，违约(罗斯福 ， )，突出(罗斯福 ， )，背部注意（FDR ， )，川通与听觉（FDR ， )，frontoparietal(罗斯福 ， )，在额顶叶和背侧注意(FDR)之间 ， )，以及显著性和背侧注意(FDR ， ）HE组针刺后明显下降(图3.）.

3.6。ReHo簇与HYs和HEs的功能关联差异

为了进一步探索KI3对HYS和HES的异质针灸效应，我们将REHO集群定义为ROI并进行了行为域分析。我们发现，来自HYS和HES的ROI的功能参与了行动/执行（语音），动作/执行（未指定）和认知/语言（语音）。但是，仅在HY集团的集群中观察到认知/语言（语言）。感知/麻烦（疼痛）和感知/麻烦（未指明）仅在他组的集群​​中获得（表3.）.

4。讨论

在本研究中，我们应用ReHo和大规模FC分析来检测HY组和HE组的针刺效果。我们发现针刺后，HY组和HE组与静息状态相比，ReHo和大规模FC均有明显变化。令人惊讶的是，刺激同一个穴位KI3可能会导致年轻人和老年人之间的一些不同的针灸效果。我们的研究表明，在不同条件下刺激同一穴位会产生不同的针刺效果，这对今后刺激策略的选择具有一定的指导意义。

通过ReHo分析，我们发现针刺KI3后，HEs和HYs均表现出中央后回、SMA和PCL的ReHo降低。HY组和HE组针刺后ReHo差异区域的一致性表明本研究方法稳定、重复性好。同时，考虑到中央后回在疼痛的感觉方面发挥着突出的作用，并且之前的研究报道KI3的功能涉及疼痛缓解[29，30.]，此外，SMA可能在不同疼痛模式下获得更高的区域脑血流量[31]支持KI3的针刺对治疗疼痛有一种协同作用。我们推测，该结果可能与针刺KI3治疗疼痛相关和认知障碍疾病的机制相关联。

我们发现，针刺KI3后，HEs和HYs有不同的ReHo差异脑区。HY组舌侧和中央前区ReHo降低，而HE组针刺后的ReHo在中央后、中央前、边缘上回、SMA和两侧扣带中部均降低。部分结果与之前的研究一致[12.，32，33］．这些发现进一步说明针刺KI3在不同年龄组具有不同的针刺效果。

后者大规模的FC分析，ki3在Hy和He组中的不同针灸效应转载。在HES的平均跨内工作中，有更多的子网随着连接的平均跨内作品的连接。此外，我们发现HY集团的平均互联网FC包括皮质和背部注意，小脑增加，并且在针刺穴位之后的感觉/体重素和背部注意力下降。在他组中，通过针刺减少了涉及感觉/体重素，背部注意力，背部注意力，背部关注，肺谐波等的更多平均互联网。这些结果与先前的FMRI研究一致，这表明针灸调节了一些皮质和皮质脑区域的活性[34- - - - - -36］．

值得注意的是，在HES中没有获得增强的平均互联网FC，并在HES中获得了互联网FC的互联网FC，其互联网FC显现出主要与感官/ SomatomotoR网络，CINGULO-ORMS任务控制网络，听觉网络和默认模式网络等非线性网络。这些发现进一步支持不同年龄组的针灸效应。我们可以通过衰老相关的神经塑性来解释这些结果。在具有老化的Fc的演变中存在异质的老化效果，并且FC的这些变化可以通过外部干预改变[37- - - - - -39］．

通过功能相关性分析，我们发现ReHo集群的异质性针刺效应可能导致HY组和HE组之间针刺KI3的功能异质性。两组ReHo聚类中被剥夺的ROIs的功能均涉及认知和行动/执行，而知觉/体觉的功能仅在HE组中获得。这些发现可能表明，针刺KI3可能影响认知、行动/执行和知觉/体感等功能。鉴于大脑区域抑制或兴奋的变化在衰老的功能进化中发挥了重要作用[40- - - - - -43，我们可以将青年组和老年组的不同针刺效果归因于抑制和兴奋之间平衡的变化。这些发现进一步说明了KI3对不同组针刺效果的异质性。更重要的是，本研究从神经学角度揭示了KI3在不同年龄组的针刺作用，为今后针刺在防治中的应用提供依据。

该研究中的一个限制是该实验中的受试者都是健康的人。在即将到来的研究中，患者将被包括作为受试者以检测对病理状态脑功能网络连接的针灸影响。

5。结论

通过基于ReHo和大规模FC分析的功能成像方法检测ReHo和FC的变化，我们证明了针刺KI3在不同年龄组具有不同的针刺效果。针刺KI3后，ReHo和FC存在显著差异，提示针刺对脑自发活动和功能网络的影响是针刺神经效应的重要机制。综上所述，我们的研究从神经学角度揭示了KI3在不同年龄组的针刺效应存在异质性，为今后针刺在预防和治疗中的应用提供了支持证据。

数据可用性

用于支持本研究发现的数据可由通讯作者要求提供。

利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

作者的贡献

X C和J R设计了研究并编辑了稿件。J R和R Z引导并进行针灸刺激。G C引导和执行成像采集。y h和l h收集的受试者。我写了这个手稿的草稿。J R执行了数据分析。

致谢

国家自然科学基金青年项目(no . 81804198);四川省人力资源和社会保障厅资助项目(no . 2018- 145,65);西南医科大学青年基金项目(no . 2018-ZRQN-003)。关键词:岩石力学，裂隙发育，裂隙发育，数值模拟感谢西南医科大学2020-2022年青年科技人才专项培养计划的资助。作者感谢冯旭女士在MRI扫描方面的出色技术支持。

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