基于fNIRS技術觀察針刺治療對非器質性失眠癥患者腦血氧變化的影響*

王子敬 徐一可 陳頂立 付 星 杜 漸 劉 穎

失眠患者的認知損傷為近年來研究最關注的問題之一。現有研究表明[1]，非器質性失眠癥患者存在廣泛的認知功能障礙，主要包括工作和情景記憶障礙[2]、執行控制功能缺陷[3]和注意力缺乏[4]，除此之外，社交關系受損、情緒調節障礙以及情緒信息的神經控制缺陷也是失眠患者的突出問題。研究證明[5]，情緒與認知功能之間存在重要聯系，能否準確地識別他人的情緒面孔，并做出適當反應，一定程度上反映個體社會能力的狀況，不同人群對情緒面孔的捕捉和識別存在差異，已有研究證實失眠患者對情緒面孔識別較正常人有差異[6]。且既往研究表明[7～9]，針刺會影響非器質性失眠癥患者大腦的激活程度，調整其腦區激活狀態。本研究通過近紅外腦功能成像(fNIRS)，依據神經血管耦合現象，受試者在識別不同類型情緒面孔時會激發皮層神經元的興奮，即會出現皮層大腦含氧血紅蛋白(oxygenated hemoglobin，oxy-Hb)濃度變化，通過近紅外功能成像技術，檢測針刺前后非器質性失眠癥患者進行情緒面孔識別時oxy-Hb濃度及腦區的激活程度，并分別與健康對照組進行對比，提供針刺治療失眠療效及改善失眠患者情緒調節障礙的客觀證據，闡明針刺治療失眠的機理。

1 對象與方法

1.1 對象 選取2021年2月～7月就診于北京中醫藥大學東直門醫院針灸科門診非器質性失眠癥患者作為治療組。納入標準：(1)符合國際疾病分類第10版(ICD-10)非器質性失眠癥[10]的診斷標準；(2)病程超過4周；(3)年齡18～65歲；(4)無心腦血管、內分泌等嚴重軀體疾病；(5)入組前匹茲堡睡眠質量指數(Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI)[11]評分≥7分；(6)為右利手。排除標準：(1)無法完成試驗；(2)有嚴重其他系統疾病需要治療者；(3)經檢查證實屬于器質性疾病或精神活性物質和非成癮物質所致失眠患者；(4)長期口服鎮靜類藥物者。治療組最終入組30例，其中男8例，女22例，年齡(42.85±13.15)歲。同時招募健康志愿者作為對照組，對照組納入標準：(1)年齡18～65歲；(2)無心腦血管、內分泌等疾病；(3)PSQI評分<7分。對照組共納入32例，其中男14例，女18例，年齡(39.05±14.40)歲。兩組性別、年齡等一般資料比較差異均無統計學意義(P>0.05)。兩組均已簽署知情同意書。本研究經中國中醫科學院中醫臨床基礎醫學研究所倫理委員會審定批準(編號: P20006/PJ06)。

1.2 方法

1.2.1 治療方法 治療組予2周針刺治療，對照組不予針刺治療。穴位：百會、神門、內關、三陰交、照海。配穴：心脾兩虛加心俞、脾俞；心膽氣虛加心俞、膽俞；陰虛火旺加太溪、太沖；肝郁化火加行間、太沖、風池；痰熱內擾加中脘、豐隆、內庭。腧穴定位參照《中華人民共和國國家標準·經穴部位 GB 12346-90》[12]。針具：使用貴州安迪牌一次性針灸針，規格為0.25 mm×40 mm(1.5寸)操作：囑受試者取仰臥位，暴露針刺區域，常規消毒后，針刺所選定的腧穴，百會平刺0.5寸，內關直刺0.8寸，神門直刺0.5寸，三陰交1.2寸，照海直刺0.5寸，體型肥胖患者可適當增加針刺深度，針刺得氣后，三陰交、照海穴行補法，百會、神門、內關平補平瀉，留針20 min。療程：隔日針刺1次，每周治療3次，連續治療2周后觀察療效。

1.2.2 實驗方法 (1)fNIRS檢測：采用近紅外腦功能成像儀(NIRx Medizintechnik GmbH，Germany NIRcout1624)進行任務態fNIRS檢測，采用Prfmotor模版，探測光波長為760 nm和850 nm，采樣頻率6.25 Hz，測試陣列由16個發射光源和16個接收探頭組成(共46個通道)，光源、探頭之間距離為3 cm，測試區覆蓋雙側的額葉及頂葉腦區(見圖1)。在普通室內進行，測試過程中要求保持環境安靜，每次1例患者獨立參加，要求其測試前24 h內禁用酒精制品、興奮性飲料及安眠藥。測試前對檢測者進行培訓，統一測試程序與指導語。患者進入實驗室后，檢測者向其介紹測試經過，休息10 min后進行fNIRS測試：患者取端坐位，盡量放松，保持頭部不動，調試探頭，待通道全部顯示信號接通后開始正式測試。fNIRS技術是將近紅外光直射于頭皮表面，利用生物組織在近紅外光譜(波長范圍大概在650～1 000 nm)具有低吸收、高散射的特性，而血液中的含氧血紅蛋白(oxyhemoglobin, HbO2)對特定波段近紅外光進行吸收。通過測定大腦皮質中特定波段散射光的強度，并利用朗伯比爾定律(Beer-Lambert law)完成原始光學數據到血氧濃度的轉換，可測量oxy-Hb的濃度，以激活腦區的氧合血紅蛋白濃度為指標評價療效。(2)任務態試驗：實驗為event實驗設計，任務基于E-prime 2.0程序編寫，從“中國面孔表情圖片系統”中選取中性、負性情緒面孔各40張作為視覺通道的刺激材料，男性、女性面孔各半，作為任務圖片，為避免面部特征、性別、吸引力等無關因素，以上圖片均匹配愉悅程度、喚醒度、情緒動機等參數，并使用制圖軟件統一大小與分辨率；80張任務圖片每張呈現1次，順序為隨機出現，組成80個試次(trail)，每次任務開始時，首先出現一個“+”在屏幕中央作為注視點，呈現時間為800 ms，隨后注視點消失在屏幕中呈現一個情緒面孔(中性或負性情緒面孔圖片)，一般呈現時間為3 000 ms，實驗任務要求患者判斷情緒面孔的類型，用右手做出正確的按鍵反應，即中性情緒面孔按2鍵，負性情緒面孔按3鍵，面孔消失后黑屏1 000～1 200 ms后進行下一個試次，循環直至實驗結束，在正式測試前對患者進行2 min的實驗任務訓練，訓練結束后即開始測試。

注：測試陣列由16個發射光源(紅色)和16個接收探頭(綠色)組成(共46個通道)，光源、探頭之間距離為3 cm，測試區覆蓋雙側的額葉及頂葉腦區

1.2.3 數據處理 應用nirslab軟件對數據進行預處理及分析，首先，將原始光強信號轉換為光密度數據；其次，通過帶通濾波(0.01～0.1 Hz)去除呼吸、心跳等高頻噪聲及低頻數據漂移；第三，采用比爾-朗伯定律(Beer-Lambert Law)將光密度值轉化為血紅蛋白的相對濃度。分別提取被試針刺治療前、針刺治療兩周時每個患者每個通道的oxy-Hb濃度值并進行對比。

1.2.4 統計學方法 采用統計軟件SPSS 22.0對數據進行處理，將所提取數據建立數據庫，符合正態分布采用均數±標準差描述，不符合正態分布采用中位數法[Md(P25，P75)]描述，計算兩組針刺治療前、針刺治療兩周后oxy-Hb濃度，并以此為指標進行分析，符合正態分布應用t檢驗，非正態分布應用非參數秩和檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 治療組針刺前與對照組在識別中性、負性情緒面孔時oxy-Hb濃度比較 在識別中性情緒面孔時，治療組左側額上回及額中回的oxy-Hb濃度低于對照組(P<0.05)。在識別負性情緒面孔時，治療組右側額葉及中央前回的oxy-Hb濃度高于對照組(P<0.05)。見表1。

表1 治療組針刺前與對照組識別中性、負性情緒面孔時oxy-Hb比較[Md(P25，P75)]

2.2 治療組針刺治療前后注視中性、負性情緒面孔時oxy-Hb濃度比較

2.2.1 針刺治療前后注視中性情緒面孔時oxy-Hb濃度的比較 在中性情緒面孔的條件下，針刺前后相比在左側的眶回、直回，左側額上回、額中回及額下回，右側中央前回，右側額上回的oxy-Hb濃度上升(P<0.05)；如圖2所示，紅色表示相關腦區oxy-Hb濃度較前增高，激活程度較前增加，藍色表示相關腦區oxy-Hb濃度較前降低，激活程度較前下降，顏色深淺與變化的強弱呈正相關，可見在針刺治療2周后，左側的眶回、直回，左側額上回、額中回及額下回，右側中央前回，右側額上回的oxy-Hb濃度上升(P<0.05)。見表2、圖2。

表2 針刺前后在中性情緒面孔下oxy-Hb的組內比較[Md(P25，P75)]

圖2 針刺前后在中性情緒面孔下oxy-Hb的組內比較(P<0.05)

2.2.2 針刺治療前后注視負性情緒面孔時oxy-Hb濃度的比較 在負性情緒面孔的條件下，針刺前右側中央前回的oxy-Hb濃度為5.16(-1.92,13.17)，針刺后為0.93(-7.82,4.80)，針刺后在右側中央前回的oxy-Hb濃度較針刺前下降(Z=-2.68,P=0.007)。如圖3所示，以紅色表示相關腦區oxy-Hb濃度較前增高，激活程度較前增加，藍色表示相關腦區oxy-Hb濃度較前降低，激活程度較前下降，顏色深淺與變化的強弱呈正相關，可見在針刺2周后，在頂葉部位出現廣泛腦區激活程度的下降，其中右側中央前回激活程度下降(P<0.05)。

圖3 針刺前后在負性情緒面孔oxy-Hb的組內比較(P<0.05)

2.3 治療組針刺后與對照組在識別中性、負性情緒面孔時oxy-Hb濃度的比較 針刺后，在識別中性情緒面孔條件下，治療組右側頂葉中央前回oxy-Hb濃度為-0.29(-5.33,6.25)，對照組為-3.56(-14.19,1.91)，治療組右側頂葉中央前回的oxy-Hb濃度高于對照組(Z=-2.05,P=0.040)，在識別負性情緒面孔條件下，治療組額頂葉oxy-Hb濃度與對照組比較差異無統計學意義(Z=-0.934,P=0.350)。

3 討論

近年來，神經影像學的發展為我們探索針灸治療非器質性失眠癥的機制提供了可能。神經血管耦合現象的發現是神經影像學發展的基礎，即腦內神經元興奮性增加，可引起腦血流動力學改變[13]，而血流動力學的改變即可引起腦內oxy-Hb的濃度變化。近紅外腦功能成像是神經影像學的一種，其具有一定的穿透能力，可以到達組織體幾厘米的深度[14]。血液中的含氧血紅蛋白(oxyhemoglobin, HbO2)和脫氧血紅蛋白(de-oxyhemoglobin, HbR)等，這些物質對近紅外波段光譜的吸收具有差異性，近紅外腦功能成像就是通過測定組織中的血氧濃度來完成對大腦的檢測[15]。本研究中，受試者在識別不同類型情緒面孔時會激發皮層神經元的興奮，依據神經血管耦合現象，即會出現皮層oxy-Hb濃度變化，通過近紅外功能成像技術，檢測其針刺前后識別情緒面孔時大腦皮層的oxy-Hb濃度并與健康志愿者做對比，結果表明：失眠患者經針刺治療前，其注視負性情緒面孔時oxy-Hb濃度高于健康對照組，主要表現在右側中央前回，在注視中性情緒面孔時oxy-Hb濃度低于健康對照組，主要表現在左側額上回及額中回；針灸治療前后進行比較，在注視負性情緒面孔時右側中央前回oxy-Hb濃度下降，在注視中性情緒面孔時左側額葉廣泛的oxy-Hb濃度較前上升，且同時在右側額葉及中央前回呈現同樣變化，為雙向調節的現象；針刺后與健康對照組比較，在注視中性情緒面孔時右側中央前回oxy-Hb濃度高于健康對照(P<0.05)，其左側額上回及額中回較健康對照組差異無統計學意義，注視負性情緒面孔時oxy-Hb濃度與健康對照組比較差異無統計學意義。這提示針刺治療具有雙向調節作用，既能降低異常興奮的腦區，又能激活未正常興奮的腦區。

既往研究發現，情緒面孔識別主要由額內側回參與[16]，額內側回位于額葉內側面的前區，可連接到額上回及中央前后回延伸到內側面的部分[17]，是參與高級認知及情緒活動的重要腦區[18]。本研究中額葉內側面無法被直接探測到，但在針刺治療前后，情緒面孔刺激的條件下，額上回及中央前回均會出現相應的oxy-Hb濃度變化，均在以額內側回為中心的網絡中[19]，從側面證實額內側回功能經針刺治療后得到調整。

心理學理論認為，情緒信息較中性信息會引起更快更多的注意，其中以負性情緒信息更加顯著，這稱為情緒的負性偏向現象[20]。而對情緒信息的注意控制能力下降是情緒障礙的典型癥狀[21]。有研究表明慢性失眠患者對情緒面孔的信息處理能力較健康人明顯下降，同時可能存在負性信息偏好，及負性情緒信息一致性記憶[6,22]。亦有研究表明，高焦慮個體對負性表情面孔有顯著注意偏向[23]，而失眠患者大多具有焦慮[24,25]。有研究發現[26]失眠患者對捕捉情感表達的敏感性降低和處理能力下降。綜上，非器質性失眠癥患者對負性情緒的高注意及低處理必然會導致大腦異常興奮代償來維持對情緒信息的處理能力。本研究中，針刺后失眠患者注視負性情緒面孔時oxy-Hb濃度顯著下降及治療后失眠患者與健康對照組在注視負性情緒面孔時無顯著差異性亦從側面證實了這一點。同時也說明針刺治療在改善失眠患者的負性信息偏好等癥狀上有優勢。針刺后失眠患者注視中性情緒面孔時oxy-Hb濃度較前上升且高于健康對照組(P<0.05)，提示針刺對失眠患者腦區激活的調節并非一蹴而就，可能存在著先提高至正常以上，再降至正常的波動。但由于治療時間不足及樣本量有限等因素的影響，仍需要進一步研究。

傳統中醫學認為失眠病機為“陽盛陰衰，陰陽失交”，《靈樞·邪客》載“……則衛氣獨衛其外。行于陽不得入于陰，行于陽則陽氣盛，陽氣盛則陽蹺陷，不得入于陰，陰虛，故目不瞑。”指出失眠與營衛運行失常密切相關，且陰陽蹺脈是營衛運行的重要通道[27]。《靈樞·寒熱病》載“入腦乃別陰蹺、陽蹺，陰陽相交，陽入陰，陰出陽，交于目銳眥，陽氣盛則瞋目，陰氣盛則瞑目。”說明陰陽蹺脈入腦而主持腦中陰陽[28]，同時陰陽蹺脈亦可聯系臟腑，張潔古曰：“陰蹺在肌肉之下，陰脈所行，通貫五臟，主持諸里，故名為陰蹺之絡。”因此可推斷其亦能調節臟腑陰陽。《素問·痹論篇》云：衛氣者，水谷之悍氣……。營氣者，水谷之精氣”，《靈樞·邪客》：“營氣者，泌其津液，注之于脈，化以為血……”營衛出于水谷，通過陰陽蹺脈，灌溉充盈臟腑氣血。《靈樞·營衛生會》載“老者之氣血衰，其肌肉枯，氣道澀，五臟之氣相博，其營氣衰少而衛氣內伐，故晝不精，夜不瞑。”綜上，充分說明“陽盛陰衰”是對全身氣血狀態的整體概括，而全身氣血狀態與神的功能緊密相連[29]，《靈樞·本神》曰：“……血脈、營氣、精神，此五臟之所藏也。”《景岳全書》曰:“蓋寐本于陰，神其主也。神安則寐，神不安則不寐。”均認為神與寐密切相關。本研究選穴中，百會為督脈穴，督脈入屬于腦可調腦神，神門為心經原穴，可調心神，二者相配可安神，內關為心包經絡穴，通陰維脈，三陰交為足三陰經交會穴，照海為陰蹺脈穴位，三者相配補陰而納陽，調整全身陰衰陽盛的狀態。

《研經言·五志論》提出情緒是“元陽”運動的結果，其載“元陽者升于春……為怒之象也……元陽者泄于夏……喜之象也；元陽者收于秋……憂之象也……元陽者藏于冬……恐之象也。”而“元陽者平于中央，此時陰陽和勻……靜觀以持其常焉。”綜上來講，依據陰陽理論，活動的、機能亢進等方面的事物為陽；相對靜止的、機能衰退等方面的物質屬于陰[30]，那么以元陽之動為陽，之靜之平為陰，在情緒信息中，喜樂、憂愁、恐懼、憤怒等正負性情緒為“陽”，相對的平靜的中性情緒為“陰”。本研究中，治療前注視負性情緒面孔時失眠患者oxy-Hb濃度高于健康對照組，注視中性情緒面孔時oxy-Hb濃度低于健康對照組，印證了“陽盛陰衰”的病機；經過治療后，失眠患者在注視負性情緒面孔時oxy-Hb濃度較治療前下降，在注視中性情緒面孔時oxy-Hb濃度較治療前上升，陽消而陰長，較前明顯改善。

綜上，失眠患者針刺治療2周后，額頂葉皮層的oxy-Hb變化具有差異性(P<0.05)，為針刺治療非器質性失眠癥，改善其認知功能障礙提供了新的證據，亦從側面印證了祖國醫學關于寤寐的陰陽理論。