基于靜息態(tài)功能磁共振成像的慢性下腰痛患者不同腦區(qū)自發(fā)活動變化研究進展

鐘向凱，邱志強，楊麒民，杜勇

川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院放射科，四川 南充 637000

慢性下腰痛（chronic low back pain，CLBP）是世界范圍內(nèi)致殘障的主要原因之一，臨床表現(xiàn)為持續(xù)3 個月或更長時間的背部或腰骶區(qū)域疼痛和不適，可同時伴有下肢放射痛［1-2］。近年來，靜息態(tài)功能磁共振成像（Resting State Functional Magnetic Resonance Imaging，RS-fMRI）技術憑借無電離輻射、可重復、易定位等優(yōu)點［3］，在疼痛醫(yī)學領域得到了廣泛應用，也將CLBP 的研究從局部病理機制帶向了與腦部功能活動聯(lián)系的探索中，為尋找潛在的中樞干預途徑和治療靶點提供可能。RS-fMRI 可以在受試者完全靜息的狀態(tài)下測量大腦網(wǎng)絡的自發(fā)活動，以此觀察相關腦功能區(qū)的變化情況［3］。在RS-fMRI 的數(shù)據(jù)分析方法中，功能分離法［4］依據(jù)認知功能不同的可將大腦劃分為不同腦區(qū)，包括額葉、顳葉、頂葉、枕葉、扣帶回/島葉、基底節(jié)、小腦等，著重分析不同腦區(qū)各自的功能變化［5］。其中，低頻振蕩振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）和局部一致性（regional homogeneity，ReHo）是衡量局部神經(jīng)元自發(fā)活動強弱的有效指標，具有較好的重復性和生理意義。ALFF 可基于能量角度反映腦組織在一定頻段內(nèi)的自發(fā)活動，ALFF值的增高與減低代表著相應區(qū)域自發(fā)神經(jīng)活動的水平［6］。ReHo 主要描述獨立體素與周圍相鄰體素時間序列的同步性，是評價靜息狀態(tài)下神經(jīng)元活動協(xié)調(diào)性的可靠指標［7］。Re-Ho 值的變化提示相應腦區(qū)同步活動的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)機制可能存在異常。目前已有許多學者利用ALFF和ReHo 分析方法對CLBP 患者的腦自發(fā)活動變化做出了大量研究，然而各研究的結果缺少統(tǒng)一性的結論，使得CLBP 患者疼痛的中樞神經(jīng)機制仍然存在爭議。現(xiàn)將基于RS-fMRI 的CLBP 患者不同腦區(qū)自發(fā)活動變化研究進展綜述如下。

1 額葉自發(fā)活動變化

額葉是人類大腦中最大的一葉，由前額葉和位于中央溝之前的初級運動區(qū)、前運動區(qū)組成［8］。前額葉皮層對復雜的認知行為、決策、個性表達以及社會行為具有重要影響。已有研究［9］證實，前額葉皮層是疼痛腦網(wǎng)絡的一部分，主要參與調(diào)節(jié)病理性痛覺信息的傳入。部分研究［10-12］發(fā)現(xiàn)，CLBP 患者在靜息狀態(tài)下右側額下回的ALFF 值以及經(jīng)降噪換算得到的分數(shù)低頻振幅（fractional ALFF，fALFF）值出現(xiàn)了增高，這也同時存在于胡蘭等［13-14］采用ReHo 分析方法的研究中；此外右側額中回、雙側眶額皮層的自發(fā)腦活動增高也可見報道［13，15］。而前額葉中腦功能活動減低區(qū)域多見于右側額上回［10，12，15］。前額葉皮質(zhì)是下行抑制系統(tǒng)的重要部分，眶額皮質(zhì)功能活動的異常改變，將影響下行抑制系統(tǒng)的正常激活。當上下行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)通路失衡時，將導致疼痛感覺的持續(xù)產(chǎn)生。相關研究［16］發(fā)現(xiàn)，積極情緒的反應多與左側前額葉相關，而右側前額葉多與負性情緒及情感退縮有關。上述研究中自發(fā)腦活動異常改變多位于右側前額葉，可能與慢性疼痛相關的負性情緒及回避反應的產(chǎn)生增加有關。朱園園等［14］研究發(fā)現(xiàn)，CLBP患者右側眶部額下回ReHo值的增加與疼痛病程存在顯著的正相關，推測ReHo 值的變化可作為評估病程長短的指標。

2 顳葉自發(fā)活動變化

顳葉是初級和次級聽覺皮層的所在地，對情緒、記憶等高級精神活動具有重要影響。近年來，顳葉也被認為是中樞疼痛整合的腦區(qū)之一［17］。相關研究［11，18-20］指出，與健康對照組相比，CLBP 患者顳葉的ALFF 值顯著增高，且多發(fā)生于雙側顳下回與顳中回，這進一步證實了疼痛患者記憶以及情緒調(diào)節(jié)存在異常。顳中回和顳下回分別參與距離相關信息的視覺處理和空間感知，在CLBP 患者中，由于椎間盤突出導致的神經(jīng)根壓迫常引起腿部麻木，來自下肢的空間信息輸入減少或局部區(qū)域效率減低可能是相關腦區(qū)ALFF 值增加的原因。海馬旁回是邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，與疼痛記憶的重新激活和疼痛敏感性有關［21］。部分研究［10-12，14，22］報導了在CLBP 患者中海馬旁回的ALFF/ReHo值也有所升高，該區(qū)域的功能活動增強表明在疼痛狀態(tài)下，信息編碼和整合的功能得到提升，但這也可能與情緒調(diào)控機制的能力減弱有關，從而影響了對疼痛感知的調(diào)節(jié)［23］。

3 頂葉自發(fā)活動變化

頂葉由第一軀體感覺區(qū)、頂上區(qū)及頂下區(qū)構成，與肢體的精巧運動、本體覺等復雜感覺有關。有研究［11，24］報道了CLBP 患者相較于健康人在初級軀體感覺皮層的ALFF 值顯著升高。作為外側疼痛系統(tǒng)的重要組成部分，初級軀體感覺皮層主要參與疼痛感知編碼，在受到來源于外周的疼痛或感覺異常激活后，通過影響大腦皮層水平的相互作用參與認知的形成［25-26］。章勇等［20］在多頻段上對椎間盤突出繼發(fā)腰腿痛患者的腦活動改變分別進行ALFF與ReHo分析，發(fā)現(xiàn)在兩種分析方法下受試者雙側楔前葉、右側頂下小葉/中央后回的腦自發(fā)活動均有降低，與ZHOU 等［19］研究一致，且發(fā)現(xiàn)LBLP 患者雙側楔前葉的ALFF 值降低與疼痛強度評分呈正相關。作為與疼痛整合密切相關的腦區(qū)，楔前葉的腦自發(fā)活動減少可能介導對疼痛的適應性處理，進而影響個體的疼痛體驗和情感反應［27］。在默認網(wǎng)絡中，楔前葉并未參與疼痛的實際表征，因此其活動變化可用于預測個體的疼痛敏感性差異。

4 枕葉自發(fā)活動變化

枕葉與視覺信息的處理有關。有研究［10］發(fā)現(xiàn)，腰背痛狀態(tài)下雙側枕中回的區(qū)域神經(jīng)元活動振幅下降，推測慢性疼痛可能導致枕葉與扣帶回之間信息傳遞功能出現(xiàn)異常。然而在ZHOU 等［18］的研究中卻得到相反結論，認為在腰痛患者中，枕中回可能會被體感刺激所激活。另有研究［12-13］報道了右側舌回的腦自發(fā)活動減低。在目前關于疼痛的腦功能研究中，關于舌回的功能鮮有報道。作為構成視覺空間網(wǎng)絡的一部分，它主要參與環(huán)境信息的編碼和存儲［28］，并與威脅性信息的早期視覺處理有關。目前關于枕葉在疼痛中的研究較少且缺少一致性結論，其在腰背痛的病理生理機制中的作用和地位尚需進一步研究。

5 扣帶回/島葉自發(fā)活動變化

扣帶回及島葉是邊緣系統(tǒng)的重要構成部分，而邊緣系統(tǒng)在啟動和調(diào)節(jié)行為、情感反應的復雜循環(huán)中發(fā)揮重要作用，參與情緒活動、學習與記憶功能、嗅覺形成以及內(nèi)臟活動的調(diào)節(jié)［29］。相關研究報道了CLBP 患者中前扣帶回的自發(fā)神經(jīng)活動增強［13，18，22，24］，而在后扣帶回發(fā)現(xiàn)腦活動減低［10-11，13］。在疼痛情緒信息的編碼與調(diào)制過程中，前扣帶回是不可或缺的一環(huán)。CLBP患者前扣帶回ReHo值的升高，提示慢性疼痛可能激活了前扣帶回對疼痛的調(diào)制及止痛作用。后扣帶回在負責提取情景記憶的環(huán)節(jié)中起到關鍵作用，也是情緒加工通路中的重要組成［30］。后扣帶回神經(jīng)活動的減低可能與CLBP 患者存在記憶功能障礙有關。島葉具有感覺、情感、認知等多維屬性［31］，是內(nèi)側痛覺系統(tǒng)的重要組成部分。島葉與疼痛預期有密切關系，對非傷害性刺激如嗅味覺等也有反應［32］。島葉的腦自發(fā)活動增強在基于ALFF 或ReHo 的研究中均可見報道［12-13］。右側島葉ReHo值的顯著升高可能與CLBP患者對疼痛相關信息的整合有關，而左側島葉ALFF 值的增高可能與慢性疼痛所伴隨的焦慮、抑郁等不良情緒有關。

6 基底節(jié)自發(fā)活動變化

基底節(jié)是疼痛矩陣區(qū)域的一部分，并參與處理疼痛信號的各個方面，包括疼痛的動機和運動反應［33］。有研究［11，18］在腰椎間盤突出癥患者靜息態(tài)腦活動分析中得到了雙側基底節(jié)ALFF 值降低的結果。另有研究［19-20］也報道了雙側尾狀核在CLBP 患者中腦自發(fā)活動的減低。基底神經(jīng)節(jié)不僅是神經(jīng)功能紊亂的主要部位，而且是嚴重抑郁癥、焦慮癥等精神疾病的主要部位［34］。CLBP 患者尾狀核神經(jīng)活動的異常改變，可能與長期疼痛所產(chǎn)生的焦慮、抑郁等負面情緒有關。然而在高燕［12］的研究中發(fā)現(xiàn)，CLBP患者尾狀核的ALFF 值較健康組增高。同時有研究［35］表明，基底神經(jīng)節(jié)參與認知與情感調(diào)節(jié)，并在疼痛時激活。上述矛盾的實驗結果可能受到較少的受試者數(shù)量或非統(tǒng)一的掃描參數(shù)等因素的影響，大樣本多中心的靜息態(tài)腦功能研究仍是未來慢性下腰痛腦功能機制探究的關鍵。

7 小腦自發(fā)活動變化

小腦通過電、化學作用在疼痛的跨模態(tài)調(diào)制過程中發(fā)揮重要作用，同時還通過情緒、認知和運動的調(diào)節(jié)控制參與疼痛加工整合［36-37］。目前國內(nèi)外部分研究［18-20］報道了在CLBP 患者的靜息態(tài)腦功能活動中，右側小腦后葉的腦自發(fā)活動增強。張珊珊等［10］也報道了腰背痛患者靜息狀態(tài)下雙側小腦扁桃體出現(xiàn)區(qū)域性fALFF 值增高，推測小腦對多種神經(jīng)行為的調(diào)節(jié)反應可能受到持續(xù)疼痛刺激的影響，進一步證實了小腦在情感、認知加工及自我覺醒機制中起著重要的作用。小腦與運動、感覺、注意力等多種神經(jīng)系統(tǒng)行為有密切關系，可通過調(diào)節(jié)注意力以及感覺、運動等相關反應，使機體對已知刺激或新環(huán)境的感受處于最佳接受和分析狀態(tài)［38］。ROSENBERGER等［39］還發(fā)現(xiàn)，小腦功能的變化伴隨著初級運動皮層等區(qū)域的改變，提示在慢性疼痛中小腦與運動皮層的功能存在相互協(xié)調(diào)的作用。

綜上所述，CLBP患者在靜息狀態(tài)下的腦自發(fā)活動改變涉及多個腦區(qū)，其中自發(fā)活動在右側額下回、雙側顳下回、右側小腦后葉顯著增加，而自發(fā)活動降低的腦區(qū)多位于右側楔前葉、右側頂下小葉及雙側中央后回。不同腦區(qū)的自發(fā)活動改變提示其在慢性疼痛刺激的響應、信息處理、功能調(diào)節(jié)中扮演著不同角色，RS-fMRI 技術憑借這一特點顛覆性地將CLBP的機制從局部病理研究帶向了對中樞腦功能調(diào)節(jié)的探索。然而目前的靜息態(tài)腦功能分析研究仍停留在小樣本層面，不同CLBP 的誘因、受試者的年齡分布以及數(shù)據(jù)分析方法的選擇可能導致了研究結果的差異，甚至在同一腦區(qū)存在截然相反的結論。未來的研究重點仍是如何建立更統(tǒng)一的RS-fMRI數(shù)據(jù)分析標準，并納入更大樣本量的實驗對象，以提高統(tǒng)計效力。在實驗設計方面還需要探索更多與CLBP 治療干預相關的特征性腦功能改變及其對預后的預測作用。同時，將功能網(wǎng)絡與結構網(wǎng)絡緊密結合是探索疼痛傳導通路的有力手段，對明確慢性疼痛的中樞干預途徑意義重大。