靜息態fMRI觀察電刺激誘發肢體持續麻木感

方 杰，魯學婷，劉 飛，費家廷，王海寶

(安徽醫科大學第一附屬醫院放射科，安徽 合肥 230022)

麻木(numbness)系內外界因素包括血運障礙、神經病變及營養不良等所致機體針刺感覺異?；蛉笔?，涉及各系統多種疾病[1]。電刺激能激活皮膚感受器、神經、肌肉細胞等，產生疼痛麻木、神經傳導、肌肉收縮及大腦信號改變，已廣泛用于疼痛、最小意識狀態、腦卒中和抑郁障礙等相關腦功能研究[2-3]?；谘跛揭蕾?blood oxygenation level dependent, BOLD)的靜息態功能磁共振成像(resting state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI)能反映靜息狀態下腦功能，安全、可重復性強，空間分辨率高，為腦功能研究的重要手段。本研究基于電刺激誘發肢體持續麻木感，模擬臨床病理性麻木，以rs-fMRI結合比率低頻振幅 ( fractional amplitude of low frequency fluctuation, fALFF)方法觀察腦功能變化，為探討持續性麻木感腦機制提供依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象 招募21名健康成人，男10名，女11名，年齡24～30歲，平均(26.0±1.8)歲；均為右利手；身體健康，無MR檢查禁忌證，既往無精神疾病、神經系統病變、精神活性物質依賴或濫用史、嚴重軀體疾病。本研究獲校生物醫學倫理委員會批準 (倫理編號：20190474)，受試者均自愿參加研究，并簽署知情同意書。

1.2 設計 掃描前對受試者進行訓練，通過改裝引線將電麻木刺激儀與貼于其右側小腿下段內外側的兩個表面電極(4.5 cm×6.0 cm)相連。掃描分兩階段，間隔2 min：第一階段無電刺激，采集3D-T1WI(結構像，6 min 12 s)和BOLD-fMRI(10 min)；第二階段持續性施加相同脈沖電刺激，刺激誘發肢體麻木，同時行BOLD-fMRI(10 min)。掃描結束后囑受試者參考數字分級評分法(numerical rating scale, NRS)[4]評價個體麻木感強度，0分表示無麻木感，10分代表麻木強烈。

1.3 儀器及參數 采用深圳奧泊康公司CL-105低頻脈沖電刺激儀(電源：6 V 0.3 W，1～15檔)，根據掃描前訓練，選擇受試者均能耐受并產生麻木效果的第7檔脈沖(頻率：1000 Hz)。采用Philips Ingenia 3.0T MR儀，頭顱專用線圈。首先采集矢狀位3D-T1WI結構像，TE 2.9 ms，TR 6.5 ms，FOV 256 mm×256 mm，FA 9°，矩陣256×256，層厚1 mm，層距0 mm，層數211，時間6 min 12 s；之后平行于胼胝體前后聯合行BOLD-fMRI掃描，TR 3 000 ms，TE 30 ms，FA 90°，FOV 217 mm×217 mm，矩陣64×64，層厚3.3 mm，層距0，層數48，時間10 min。

1.4 圖像后處理 以Mricron軟件將MR數據從DICOM格式轉化為NIFTI格式，剔除前10個時間點的數據。采用CONN v18軟件進行時間校正、頭動校正(計算X、Y、Z軸上的平移參數和旋轉參數，頭動平移<1.5 mm，旋轉角度<1.5°)、空間標準化、去線性漂移、去除協變量(包括6個頭動參數、心跳、呼吸、腦脊液和腦白質等高頻生理噪聲)等預處理，然后以半峰全寬(full width at half-maximum, FWHM)均為4 mm的高斯核行平滑化處理，并完成時域濾波(帶通濾波范圍0.01～0.08 Hz)；經傅里葉轉換及均方根計算得到每個體素的標準ALFF值，除以整個頻段的ALFF值，得到每個體素0.01～0.08 Hz頻段的fALFF值；進一步獲得平均標準化fALFF值。

1.5 統計學分析 采用CONN v18軟件對有無電刺激下腦fALFF進行兩配對樣本t檢驗(FDR校正，簇塊≥500體素)，并以性別及年齡作為協變量，獲得存在顯著差異的腦區及其參數。對電刺激下腦fALFF與個體麻木感強度評分行全腦相關分析(FDR校正，簇塊≥500體素)，并以性別及年齡作為協變量，獲得顯著相關腦區及其統計參數；再以顯著相關腦區為ROI，提取受試者ROI的fALFF值。以SPSS 16.0統計分析軟件對fALFF值與個體麻木感強度評分行Pearson相關分析。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 評分 受試者個體麻木感強度評分結果為(7.3±1.3)分。

2.2 有無電刺激腦fALFF比較 電刺激下額葉內側皮質、前扣帶回、左側顳中回、左側顳下回、右側顳中回、右側顳下回和右側顳極fALFF顯著增強(P均<0.05，FDR校正)，而楔前葉/后扣帶回及右側小腦顯著減低(P均<0.05，FDR校正)。見圖1、表1。

表1 電刺激導致fALFF產生顯著差異的腦區

圖1 電刺激導致fALFF顯著差異腦區 暖色示fALFF升高，冷色fALFF降低；L：左；R：右

2.3 相關分析 電刺激下楔前葉/后扣帶回和左側顳中回fALFF與個體麻木感強度評分呈顯著正相關(P均<0.05，FDR校正)，右側額極和左側顳下回則呈顯著負相關(P均<0.05，FDR校正)。見圖2、3，表2。

表2 電刺激下腦fALFF與個體麻木感強度評分顯著相關腦區

圖2 電刺激下腦fALFF與個體麻木感強度評分顯著相關腦區 暖色：正相關；冷色：負相關；L：左；R：右

圖3 電刺激下腦區fALFF與個體麻木感強度評分相關性分析 A.楔前葉/后扣帶回(r=0.835，P<0.001)； B.左側顳中回(r=0.830，P<0.001)； C.右側額極(r=-0.773，P<0.001)； D.左側顳下回(r=-0.810，P<0.001)

3 討論

麻木是常見的復雜多維體驗，能引起不適感和不良情感體驗。肢體麻木感常繼發于血管、神經等多種疾病。本研究采用電刺激成功誘發持續性肢體麻木感，對全部受試者施加相同的脈沖電刺激，而受試者麻木感強度評分結果不同，提示麻木感存在個體差異。

rs-fMRI可用于檢測大腦的自發神經活動。fALFF屬于rs-fMRI數據分析方法，反映靜息狀態下大腦功能區低頻率(0.01～0.08 Hz)BOLD信號波動特征，可降低腦室及腦白質生理噪聲信號干擾，有助于檢測持續麻木感引起的腦功能變化[5]。本研究結果顯示電刺激誘發肢體持續麻木感相關腦區涉及楔前葉、扣帶回、額葉內側皮質、顳葉及小腦。楔前葉/后扣帶回及額葉內側皮質是腦默認網絡(default mode network, DMN)的重要組成部分，參與情緒、記憶、意識及認知等諸多功能，對維持機體基礎狀態具有著重要作用，許多疾病的病理生理改變與DMN異常關聯密切，如抑郁癥、阿爾茲海默病、兒童注意缺陷多動障礙癥等[6]。

本研究發現電刺激誘導持續性麻木感引起額葉內側皮質及前扣帶回激活顯著增強，表明其在麻木感相關腦機制中起著重要作用。額葉內側皮質接受廣泛的感覺輸入，屬感覺整合區域，推測大腦對麻木感的處理與額葉內側皮質激活增加有關，為腹側神經網絡的關鍵節點之一，該網絡對識別外界環境刺激產生的情緒意義及情感狀態有關[7]。KRAGEL等[8]發現消極情緒表現集中在腹內側前額葉皮層，認知控制表現集中在背內側前額葉皮層，本研究結果與之相符。前扣帶回是認知網絡的重要節點之一，參與注意、感知覺、自主反應及情緒等整合[9]。前扣帶回是邊緣系統的關鍵結構之一，參與評估內部和外部刺激的動機內容，并調控與情境有關行為[10]；前扣帶回激活增加可能與受試者知覺感受、注意力轉移至受刺激部位及情緒調節有關，或者是機體對麻木感產生適應性的基礎。麻木與疼痛均屬于感覺異常，均引起不適感及不良情緒體驗。既往研究[10]發現有疼痛反應時額葉內側皮質及前扣帶回兩個腦區激活增加，參與感覺處理、注意力及情緒調控。本研究結果提示麻木與疼痛可能具有類似的腦機制，上述兩個腦區在麻木調節中也具有重要作用。

麻木狀態下兩側顳葉廣泛激活增加，但部分腦區相關分析存在相反結果，與顳葉腦區功能分化有關。顳葉是DMN的經典組成部分，為感知和高階社會認知的重要腦區[11]，顳葉異常會引起記憶、情緒、注意力、執行決策及控制力異常[12]，推測其可能參與麻木所致認知及情緒反應調節。

本研究顯示麻木刺激下楔前葉/后扣帶回fALFF值減低,且與個體麻木感強度評分顯著相關，提示楔前葉/后扣帶回與麻木感靜息態腦功能密切相關。AMINOFF等[13]認為楔前葉與后扣帶回功能相似，為整合高級認知的復合體及DMN關鍵節點，靜息狀態下處于高激活狀態，對整合DMN功能起著關鍵作用；楔前葉/后扣帶回神經活動減低或為麻木狀態下DMN異常的基礎，對大腦、身體和環境之間的整合及管理內部認知模型至關重要[14]。本研究發現持續麻木時楔前葉/后扣帶回激活減低，與成人周圍性面神經麻痹患者楔前葉激活減低相契合[15]，由此推測麻木可致機體對外界刺激反應遲鈍。

本研究發現麻木的腦機制中有小腦參與。小腦具有運動、行為、情感和認知等功能[16]。研究[17]表明小腦參與感覺獲取，對感覺事件進行預測、處理及適當反應調控，支持其控制知覺和認知方面感覺的觀點。在情緒方面，參與負面情緒控制時，小腦蚓部激活增加[18]。本研究發現麻木感引起不良情緒體驗，致小腦蚓部fALFF值減低，推測麻木感引起小腦情緒調節異?；驒C體接觸刺激時保持不動，引發運動抑制對小腦的調節。

額極是前額葉皮層的重要部分，參與注意、記憶、情緒及執行控制能力等多種認知功能整合。既往研究[8,19]發現認知控制能力下降時，前額葉fALFF值減低。本研究中個體麻木感強度評分越高，右側額極激活越弱，提示受試者整體注意力、情緒及維持靜止狀態等認知控制能力下降。

綜上所述，本研究發現麻木感與情緒、認知、感覺運動及BMN等功能腦區密切相關，存在個體差異，且涉及楔前葉/后扣帶回、左側顳中回、左側顳下回及右側額極，為研究病理性麻木腦機制提供了新的依據。