fMRI觀察電刺激麻木感對正常人中樞神經系統的影響

魯學婷，王海寶，方 杰，徐麗艷，劉 飛

(安徽醫科大學第一附屬醫院放射科，安徽 合肥 230022)

麻木感是機體的一種感覺障礙，可分為2類，其一為生理性麻木感，主要由于身體某一部位神經較長時間受壓及血液供給障礙引起，如長時間下蹲導致的下肢麻木、手腳位置不當等[1]，大多歷時短暫，解除壓迫狀態后迅速消失；另一類為由神經障礙、循環障礙等疾病引起的病理性麻木感，大多長時間存在，待原發病治愈后方可消失。MRI現已廣泛用于研究針刺效應的腦機制[2]。本研究采用功能MRI(functional MRI, fMRI)觀察電刺激肢體產生麻木感時大腦皮質激活情況，探討電刺激麻木感對正常人腦功能的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 招募22名健康志愿者，男、女各11名，均為右利手，年齡24～30歲，平均(26.0±1.8)歲；大學本科及以上學歷，無相關神經及精神疾病史，無家族遺傳性疾病史，無近期服用影響大腦功能藥物史。本研究經安徽醫科大學倫理委員會批準(20190474)。

1.2 儀器與方法 采用深圳奧泊康公司生產的CL-105脈沖電刺激儀，于受試者右側內外腳踝上方裸露皮膚貼敷約3.5 cm×4.0 cm電極片，接通電源后先進行預試驗，對受試者施以低頻率(400 Hz)及高頻率(1 200 Hz)2種不同頻率電刺激，使其適應麻木感強度，并對不同電刺激頻率進行麻木感評分和效價評分。麻木感評分：電刺激時感覺麻木感很強為9分，中度麻木感為5分，未出現麻木感為1分。情緒效價評分：感覺舒適、享受為9分，感覺中立(無舒適或不適感)為5分，感覺不適為1分。

采用Philips Ingenia 3.0T MR儀、頭顱線圈采集顱腦MRI。掃描參數：3D-T1W，采用梯度回波序列進行矢狀位掃描，TE 2.9 ms，TR 6.5 ms，FOV 256 mm×256 mm，FA 9°，矩陣256×256，層數211，層厚1 mm，層距0 mm；任務態血氧水平依賴性fMRI(blood oxygenation level-dependent fMRI, BOLD-fMRI)，采用回波平面成像脈沖序列行全腦軸位掃描，掃描層面平行于前后聯合連線，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 mm，層數48，共126個時間點。

任務刺激采用組塊設計方法，對每名受試者實施2組任務程序，同時采集BOLD-fMRI。每組任務程序包括6個靜息和6個運動組塊。每組前18 s為空白掃描，于第19 s開始，通過分別給予“低頻率電刺激-靜息-高頻率電刺激-靜息……”及“高頻率電刺激-靜息-低頻率電刺激-靜息……”的刺激范式實現第1、2組任務程序，每個組塊持續30 s，重復3次；2組任務程序之間間隔1 min。見圖1。掃描結束后，受試者對MR檢查過程中不同頻率電刺激進行麻木感評分和效價評分。

圖1 2組任務程序的刺激范式 A.第1組； B.第2組 L為低頻率電刺激；H為高頻率電刺激；R為靜息

1.3 數據處理及統計學分析 采用Matlab R2018a和SPM12軟件處理腦功能數據；以SPSS 20.0軟件進行統計學分析。計量資料以±s表示。對原始數據進行預處理，包括去除前18 s的靜息態圖像、轉換圖像格式、頭動校正及圖像標準化等，之后進行配對樣本t檢驗，以激活簇至少達5個像素為有意義的激活腦區，獲得不同頻率電刺激下腦激活強度存在顯著差異的腦區，并采用FWE法校正，獲得激活簇峰值的MNI空間坐標及參數值；以激活腦區為ROI，采用配對樣本t檢驗比較不同強度電刺激下腦激活區激活效應值的差異。比較低頻率及高頻率電刺激下受試者麻木感及情緒效價評分差異，以線性相關分析觀察高頻電刺激下麻木感與情緒效價評分的關系。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 麻木感評分及效價評分比較 低頻率刺激下麻木感為(3.50±0.96)分，高頻率刺激下麻木感(7.27±1.28)分，差異有統計學意義(t=13.18，P<0.01)。低頻率及高頻率刺激下情緒效價評分為(7.13±1.28)分和(3.54±1.40)分，差異有統計學意義(t=10.77，P<0.01)。高頻率電刺激下麻木感與情緒效價評分呈負相關(r=-0.53，P=0.01)。

2.2 2種電刺激下腦激活強度差異比較 不同電刺激下腦激活強度存在顯著差異的腦區主要包括左側島葉頂蓋、左側中扣帶回、左側顳葉、右側頂葉島蓋、左側中央后回、右側中央島蓋、右側島葉后部及左側丘腦，見表1、圖2。

表1 高頻率電刺激與低頻電刺激激活存在顯著差異腦區

圖2 不同電刺激下激活存在顯著差異腦區

2.3 高低頻率電刺激下激活腦區的激活效應值比較 低頻電刺激與高頻電刺激下激活腦區激活強度差異均有統計學意義，高頻率電刺激下左側島葉頂蓋、左側中扣帶回、左側顳葉、左側頂葉島蓋、左側中央后回、左側中央島蓋、左側島葉后部及左側丘腦激活效應值均高于低頻率電刺激(t=7.55、6.73、6.69、6.34、5.95、5.90、5.84、5.37，P均<0.05)，見圖3。

圖3 高低頻率電刺激條件下激活腦區效應值比較 A.左側中央后回； B.左側中扣帶回； C.左側丘腦； D.左側島葉頂蓋

3 討論

肢體麻木感常隨各種疾病發生，多伴不同程度肢體疼痛及無力等[3]。神經受壓、損傷或局部血運障礙等可能導致持續麻木，嚴重影響工作效率及生活質量。BOLD-fMRI是常用fMRI技術，可觀察血流、血容量和人血紅蛋白氧合之間的相互作用關系。人在感知外界變化時會激活相關腦區，導致磁場信號變化。目前BOLD-fMRI已用于定位運動、感覺及語言等功能區[4]。

既往疼痛相關腦功能成像研究[5]較多，卻少見關于麻木感的fMRI研究報道。直流脈沖電刺激可用于觀察疼痛[6]，根據不同電流強度誘發不同等級疼痛感覺，能明顯激活相應腦區，數據處理后可獲得較為理想的腦功能激活圖，且易為受試者接受，無明顯不良反應。本研究利用電刺激建立正常人麻木感模型，以fMRI顯示麻木感任務態中顯著激活的腦區，結果顯示低頻率與高頻率電刺激下麻木感評分及效價評分均存在明顯差異，且高頻率電刺激下麻木感與效價評分呈負相關，提示隨著電流頻率增加，受試者負性情緒亦增加，即2種不同頻率電刺激產生的麻木感帶給人的主觀感覺有明顯差異。

本研究中任務態fMRI顯示高頻率電刺激較低頻率電刺激腦激活強度明顯增強的腦區主要有左側島葉頂蓋、左側中扣帶回、左側顳葉、右側頂葉島蓋、左側中央后回、右側中央島蓋、右側島葉后部及左側丘腦[7]。一般淺感覺傳導通路的第一級神經元位于脊神經節，第二級神經元在脊髓灰質后角，最后在丘腦再次更換神經元，丘腦是其第三級神經元。丘腦是大腦皮層發達動物的最重要的感覺信息傳導接替站，多數全身各種感覺的傳入信息均在丘腦更換神經元，最終投射到大腦皮層的不同區域[8]。丘腦只對感覺進行粗略分析與綜合[9]，淺感覺傳導更換神經元后上行至內囊，最后投射到大腦軀體感覺區。中央后回是大腦皮質的軀體感覺區，接替丘腦傳來的信息，其投射的是對側體表的軀體感覺[7]。本研究發現電刺激下丘腦和中央后回均被激活，證實麻木感于丘腦更換神經元后投射到中央后回?？蹘Щ匚挥陔蓦阵w上方，是邊緣系統的組成部分，前扣帶回包含扣帶回中部，與人類認知執行及情緒處理等密切相關，其對情緒、感覺、運動和認知信息有獨特的處理方式，整合多種來源的傳入，包括動機形成、錯誤預估以及認知和情感網絡再現等[10]。產生麻木感時，前扣帶回被激活，推測麻木感可能對大腦認知等功能造成影響。麻木感在丘腦轉換神經元，傳遞至前扣帶回介導情緒，這些結構的功能可能是將麻木感與認知信息、情緒信息及學習記憶聯系起來。島葉的功能十分復雜，近年研究[11]發現島葉與情緒、成癮及痛覺調節等有關。MISKOWIAK等[12]發現島葉不僅可識別厭惡情緒，其本身即與產生厭惡情緒密切相關，且其產生的厭惡情緒具有選擇性。有學者[13]指出，島葉可能并不直接產生厭惡情緒，而是在產生各種情緒后選擇性保留厭惡情緒。島葉亦與成癮密切相關，fMRI研究[14]發現網絡成癮青少年與正常青少年左側島葉存在明顯差異；而香煙成癮者島葉損傷后煙癮程度有所下降[8]，酒精成癮者雙側島葉fMRI激活強度明顯大于非成癮者[15]，提示島葉對于成癮形成具有重要地位。產生麻木感島葉激活，原因可能在于對這種感覺產生了厭惡情緒，亦有可能成癮。軀體疼痛可激活島葉，目前對于后者在麻木感和疼痛調控中的具體作用機制是否相同尚不明確。電刺激產生麻木感時，顳葉亦被激活，顳葉是聽覺中樞，可能患者在麻木感中出現幻聽；另外，顳葉還與記憶、情緒等有關，提示顳葉可能參與情緒分析。

綜上所述，電刺激產生麻木感與左側島葉頂蓋、左側中扣帶回、左側顳葉、右側頂葉島蓋、左側中央后回、右側中央島蓋、右側島葉后部及左側丘腦激活有關；組塊設計BOLD-fMRI可用于檢測麻木感相關腦區活動，有助于揭示麻木感產生的腦機制，為早期診斷及鑒別診斷麻木相關疾病提供依據。