太極拳的功能性磁共振成像研究進展與思路探討

張勇，呂迪陽，李匡時，孫伊婷，李宗衡

作者單位：

北京中醫藥大學東直門醫院康復科，北京 100700

太極拳是中華民族寶貴的非物質文化遺產，是古代導引吐納、易經陰陽、中醫經絡等多個傳統文化元素的完美融合。太極拳通過對形、神、意、氣的綜合訓練，從而達到強身健體，促進生理和心理功能改善的良好療效[1]。近年來，國內外學者從武術學、養生學、心理學、醫學、生物力學等多個角度對太極拳進行了全面分析研究[2]。在太極拳的臨床醫學應用方面，也涌現出了大量的研究報告和文獻綜述，內容涉及骨關節[3]、內分泌[4]、呼吸[5]、循環[6]、中樞系統[7]等各個系統的常見疾病。尤其是國際頂級醫學期刊《新英格蘭醫學雜志》發表了太極拳干預治療纖維肌痛[8]和帕金森氏病[9]的研究報道之后，太極拳的臨床應用價值得到了業內學者的廣泛關注與認可。

在臨床研究的同時，學者也開始借助現代科技對太極拳背后的效應機制進行深入分析。既往學者從神經電生理、腦功能、生物力學等多個角度探討了太極拳相關的效應機制，并取得了初步進展[10]。在太極拳相關的腦功能機制方面，得益于近年來功能性磁共振成像(functional MRI，fMRI)技術的快速發展，一系列高質量的研究成果相繼發表在國際學術期刊上。筆者擬對太極拳的功能性磁共振成像研究進展進行綜述分析，借以探討太極拳相關的腦功能效應機制，為后續開展更深入的研究提供思路支持。

1 橫斷面的功能性磁共振成像研究進展

既往國內外學者開展了大量的功能性磁共振成像研究，通過對研究成果的深入分析和解讀，業內普遍認為一種特定的疾病狀態或一種特定的運動或感覺的反復刺激，能夠產生相應的腦功能變化[11-12]。例如偏頭痛患者長期反復的疼痛刺激，會使得多個與感覺和疼痛相關的腦區和腦網絡的功能減低[13]；中風病患者的疾病狀態也會產生相應的腦功能變化[14]；中醫的針灸刺激也被證實能夠產生特定的中樞效應[15]。基于這樣的前提，太極拳作為一種能夠提高平衡、認知等多種能力的特殊運動，在長期練習太極拳的健康人群中也必然能夠找到與之相對應的腦功能變化。基于這樣的假說，學者將長期練習太極拳的健康人群作為研究對象，采用橫斷面的研究方式，應用功能性磁共振成像技術探討長期練習太極拳帶來的中樞效應。

中國科學院心理研究所的Wei等[16-18]開展的太極拳的功能性磁共振成像研究，采用了橫斷面研究方式，以長期練習太極拳的受試者為研究對象，以匹配的健康受試者為對照，兩組分別行進行功能性磁共振成像掃描后對比分析。該項研究納入了22名長期練習太極拳的受試者[男性7名，女性15名，年齡(52±6)歲，太極拳練習年限(14±8)年]。通過與18名健康受試者的功能性磁共振成像數據對比發現，太極拳組受試者右側大腦半球的中央前回、腦島、額中回以及左側大腦半球的顳上回、枕顳中回、舌回等腦區的皮質厚度明顯厚于健康對照組[16]。且左側枕顳中回和舌回皮質的厚度與太極拳練習的強度顯著正相關。研究者據此推測長期練習太極拳能夠引起局部的大腦皮質功能變化，這些神經功能的變化與冥想和有氧運動等產生的變化具有一定的相似性[16]。進一步分析研究[17]表明，太極拳組受試者右側中央后回的功能同質性增強，左側前扣帶回和背外側前額葉皮層的功能同質性減低。研究者推測功能同質性的增強是大腦整合能力的提升，功能同質性的減低是大腦精細分化的表現。這些變化為從腦功能可塑性層面探討太極拳促進老年人行為和意識的改變提供了潛在可能[17]。后續從部分低頻振幅角度的分析研究[18]表明，太極拳組受試者的雙側額頂葉網絡、默認模式網絡、背側額前角回網絡的部分低頻振幅減低，且額頂葉網絡和默認模式網絡的功能連接度與認知等行為學評分具有顯著相關性，從腦網絡連接層面對太極拳這種身心訓練的腦功能機制進行了解讀[18]。

華東師范大學也開展了太極拳的橫斷面功能性磁共振成像研究[19-21]，該研究納入了26名長期練習太極拳的老年人健康受試者[男性8名，女性18名，年齡(65.2±2.3)歲，太極拳練習年限(10.4±5.5)年]，以人口學信息匹配的26名健康受試者作為對照。功能性磁共振的研究結果顯示，太極拳組受試者相較于對照組受試者在背外側前額葉皮層與額中回的靜息態功能連接度減弱。且腦區功能連接度的減弱與五因素正念度量表評分以及情緒控制能力的提升顯著相關[19]。低頻振幅分析的結果也呈現類似的相關性[20]。灰質體積的研究結果證實太極拳組受試者的丘腦和海馬的灰質體積比健康受試者增大，同時也表現出正向的相關性[21]。研究者推測，長期練習太極拳能夠通過減低執行控制網絡的腦區功能連接度同時提高腦區灰質體積來調節改善練習者的判斷能力和情緒控制能力。

山東醫學科學院的Yao等[22]開展的功能性磁共振研究納入了20名長期練習太極拳的受試者[太極拳練習年限(8.45±5.1)年]，與25名匹配的健康受試者為對照，兩組分別進行擴散張量功能成像，借以對比分析腦白質的部分各向異性值。結果表明太極拳受試者組在胼胝體壓部的部分各向異性值顯著高于對照組，并且與太極拳的練習時間和熟練程度呈現正相關。研究者推測，太極拳能夠通過改善大腦白質來延緩腦組織的老年退行性改變。

2 病例對照的功能性磁共振成像研究進展

對長期練習太極拳的健康人群進行橫斷面的功能性磁共振成像研究，表達的是太極拳長期累計效應在中樞腦功能層面的反應。另有學者開展了病例對照研究以探討太極拳短期干預產生的腦功能變化。以沒有太極拳練習經歷的健康人群為研究對象，分別接受太極拳和對照干預，在干預前后分別進行功能性磁共振成像，通過功能影像結果對比并與行為學指標進行相關性分析，來解讀短期練習太極拳產生的中樞腦功能變化。

中國科學院心理研究所進行的太極拳相關的功能性磁共振成像研究，將太極拳訓練、認知功能訓練、團體心理咨詢作為一套組合身心干預措施，以健康知識講座為對照進行對比分析。該項研究共納入試驗組受試者17名[男性9名，女性8名，年齡(68.7±5.7)歲]，對照組受試者17名[男性11名，女性6名，年齡(71.7±4.0)歲]。兩組受試者按照分組不同分別接受6周的相應干預，并分別在干預前后進行功能性磁共振成像掃描。研究結果表明，試驗組受試者在內側前額葉皮層和顳葉的靜息態功能連接度顯著增強，并且功能連接度的增強與認知行為能力的變化呈正相關[23]。低頻振幅分析的結果則表明，試驗組受試者在額中回、額上回、小腦前葉等腦區的低頻振蕩分數值顯著提升[24]。血氧信號的對比證實，試驗組受試者在顳上回、顳中回、小腦后葉等腦區的信號明顯增強[25]。由于額葉皮層、顳葉、小腦是老年性退變的主要腦區，研究者借此推測包含太極拳訓練在內的組合身心干預措施可能通過增強相關腦區功能的形式來提高認知能力，進而起到延緩大腦的衰老的作用。

福建中醫藥大學也進行了太極拳相關的功能性磁共振成像研究[26-30]，將符合標準的老年人分為太極拳組[男性13名，女性8人，年齡(62.4±4.8)歲]、八段錦組[男性9名，女性6名，年齡(62.3±3.9)歲]和健康宣教對照組[男性19名，女性6名，年齡(59.8±4.8)歲]，在12周的干預治療前后分別進行記憶量表評測和功能性磁共振成像掃描，進而對比分類各組之間的差異。韋氏記憶量表評測結果顯示，太極拳組和八段錦組受試者12周干預后，記憶評分均顯著優于對照組。靜息態功能連接度的分析結果表明，太極拳組和八段錦組受試者在12周干預之后，前額葉皮層和雙側海馬的功能連接度顯著增強[26]。多頻段部分低頻振幅分析的結果顯示，太極拳組和八段錦組受試者的前額葉皮層在多個頻段內呈現增強趨勢[27]。以上功能增強都與記憶評分的改善呈正相關。皮層灰質體積研究[28]和默認模式網絡功能連接度的研究[29]也得到類似結果。研究者據此推測這些腦功能的增強是太極拳和八段錦預防記憶功能減退的中樞機制所在。后續以背外側前額葉皮層為種子點進行的關聯分析證實，太極拳組和八段錦組受試者背外側前額葉皮層與顳葉皮層和扣帶回的靜息態功能連接度減弱，且減弱程度與記憶評分呈負相關[30]。研究者認為這是各個腦區功能獨立化的表現，也是對太極拳和八段錦預防衰老性記憶功能減退的一種機制解讀。

臺灣學者Wu等[31]開展的功能性磁共振成像研究，對比分析了16名太極拳組受試者[男3名，女13名，年齡(64.9±2.8)歲]和15名健康對照組受試者[男0名，女15名，年齡(64.9±3.2)歲]。太極拳組受試者每周進行3次訓練，每次60 min，對照組受試者僅進行兩周一次的電話咨詢，在12周干預前后分別進行功能性磁共振成像掃描并對比分析。結果表明，太極拳組受試者任務轉換速率更快，錯誤率更低，在任務轉換等情況下前額葉皮層的激活程度更高，說明練習太極拳能夠提高老年人前額葉等腦區的工作效率。

3 太極拳的功能性磁共振成像研究思路探討

太極拳相關的功能性磁共振成像研究已經取得初步成果，并且在國際學術期刊發表一系列高水平論文。學者們的既往研究應用腦區激活、腦區功能連接度、腦網絡功能連接度、部分各向異性、低頻振幅、灰質白質體積等多種角度對功能影像數據進行分析，證實太極拳能夠在前額葉皮層、顳葉、海馬、小腦、丘腦、胼胝體等多個腦區和腦組織產生正向的增強效應。由于分析方法的不同，這些正向增強效應體現為激活增強、功能連接度增強、體積增大、部分各向異性數值增大等多種形式。并且這些影像學數據的變化與多個臨床量表的評測結果呈現正相關。這些研究結果在一定程度上能夠相互印證，共同闡釋太極拳提高認知、控制等多種能力的中樞效應機制，也為太極拳延緩大腦衰老的退行性改變提供了腦功能層面的證據支持。

值得注意的是，在正向增強效應的同時，學者們也觀測到了部分腦功能的減低表現。例如，在長期練習太極拳的健康受試者中，左側前扣帶回和背外側前額葉皮層的功能同質性減低[17]，背外側前額葉皮層與額中回的靜息態功能連接度減低[19]，雙側額頂葉網絡、默認模式網絡、背側額前角回網絡的部分低頻振幅值減低[18]。以及太極拳干預組的背外側前額葉皮層與顳葉皮層和扣帶回的靜息態功能連接度減弱[30]。對于這些減低效應，學者們分析認為這是各個腦區和腦網絡功能進一步精細分化和功能獨立的體現。在后續開展的深入研究中，有必要進一步分析這些減低效應的內涵所在，以全面的闡釋和解讀太極拳產生的腦功能效應。

為了更全面地分析腦功能層面的效應機制，學者多采用將影像學結果與量表或行為學指標進行相關性分析的研究方法。這樣能夠將二者有機結合，揭示中樞變化與外周表現的關系。后續的研究中，可以引入一些更加客觀和量化的評價指標，例如實驗室檢查指標、運動力學檢查數據、神經電生理檢查指標等。這些客觀數據的引入能夠避免因為量表和行為學評價而帶來的主觀偏倚因素的影響，使得研究結果更具有說服力和公信度。

樣本量偏小一直是功能性磁共振成像研究的一個不容忽視的重要問題。但是目前業內尚沒有形成功能性磁共振成像研究的樣本量計算方案。隨著近年來相關研究的不斷深入，越來越多的功能性磁共振成像研究開始依托臨床隨機對照研究展開，例如成都中醫藥大學Zhao等[32]開展的針灸治療偏頭痛的功能性磁共振成像研究就是依托一項大樣本的臨床隨機對照試驗。后續在設計太極拳相關的功能性磁共振成像研究時，可以參考這種研究方法，避免因樣本量偏小而帶來的結果偏差。

太極拳干預的異質性也是太極拳的功能性磁共振成像研究的干擾因素之一。目前業內有楊氏、陳氏、簡化24式等多個不同的太極拳套路。在后續開展研究的過程中，有必要選擇固定的太極拳套路，減少因干預措施的異質性對結果造成的影響。此外，既往研究多是以老年健康受試者作為研究對象，缺乏對各個年齡層段人群的細化研究。相較于老年人，年輕受試者的腦功能變化干擾因素更少，后續可以將年輕受試者作為研究對象，通過病例對照的研究方法，觀察太極拳干預在腦功能層面的影響機制。

4 小結

在太極拳的臨床應用價值得到業內學者一致認可的同時，相關的效應機制研究也不斷深入。應用功能性磁共振成像技術對太極拳相關的中樞腦功能機制研究逐漸受到重視。近年來學者應用多種功能性磁共振成像分析方法，對長期練習太極拳和短期太極拳干預產生的腦功能變化進行了多角度的挖掘分析。研究成果表明，太極拳能夠在多個腦區和腦網絡產生增強效應，這為太極拳延緩大腦衰老的退行性改變提供了腦功能層面的證據支持。但是既往研究也存在一定的不足之處，后續有必要開展更大規模的細化研究以進一步驗證太極拳臨床療效背后的中樞腦功能效應機制。

利益沖突：無。