基于磁共振成像的针灸师大脑可塑性研究

【摘要】大脑作为人类行为的源头，其受到环境、生理因素、经验和训练的影响，可以发生可塑性变化。神经可塑性即指大脑发育成熟之后仍然能受到多种因素的影响而发生功能和结构改变的特性，它是大脑的主要属性之一，表现在从宏观（包括行为、解剖、生理、脑重、皮层厚度、脑区沟回面积等方面）到微观（包括分子、细胞、树突长度、树突棘密度、神经元数量、突触效能、突触连接等方面）的多个方面。神经可塑性是人类学习的基础。近年来，在可塑性框架下的学习和记忆机制研究进展迅速，尤其是磁共振成像（MRI）技术的出现和成熟，使得研究者能在系统水平对大脑的可塑性变化及其机制进行精细的在体研究。专家（experts）是人类学习机制研究的鲁棒对象群体，专家技能（expertise）被视为学习的高级状态受到了学术界的重视，世界各国的多个研究组分别根据本国特点提出了极具特色的研究模型来研究从运动学习、知觉学习到认知学习过程中的重要问题，例如：英国的研究组利用出租车司机模型研究海马在空间导航中的作用，德国的研究组利用音乐家模型研究知觉-运动学习机制，美国的研究组利用冥想大师模型研究高级认知能力的学习机制。针灸是我国传统文化瑰宝，针灸师对针灸技艺的传承至关重要。在我国，针灸技能习得往往需要通过少则数年、多则数十年的刻苦学习和临床实践，长时间、高强度的练习使得针灸师具备了明显优于于常人的独特技能，因此，针灸师可以作为较为鲁棒的模型进行研究。对于针灸师大脑可塑性机制的研究能帮助我们了解针灸区别于其他行业的神经学特征，为针灸训练提供科学的依据，最终，我们希望这些研究能为中医院校的制订更优化的针灸培训机制提供有力的神经科学的证据。本文的主要工作和创新点总结如下:首先，本文根据针灸师的技能特点与针灸训练教学大纲，提炼出相应的行为特征，第一次提出针灸师专家行为模型，并针对该模型设计了行为学任务以验证模型的鲁棒性。对五十名针灸师及匹配的非针灸师进行测试表明针灸师在精细触觉分辨、精细运动控制和情绪控制方面有显著的专家技能。其次，本文对静息态下针灸师大脑功能可塑性变化进行了探究。长期训练可以使大脑发生功能可塑性改变。我们的研究针对针灸师专家模型，利用局部信号一致性方法（RegionalHomogeneity，ReHo）研究了静息状态下针灸师专家技能对局部大脑自发振荡模式的调节作用，结果表明：针灸师在腹内侧前额叶皮层/左侧额眶皮层（ventralmedialprefrontalcortex/orbitofrontalcortex，VMPFC/OFC）、左侧初级运动皮层（leftprimarymotorcortex，MI）和左侧初级体觉皮层手投射区（primarysomatosensorycortex,SI）的信号局部一致性显著高于非针灸师，回归分析表明：左侧初级运动皮层和左侧初级体觉皮层的手投射区的功能指标分别与针灸训练时间正相关。前人针对专家技能导致脑子功能可塑性的静息态研究注重于网络之间连接模式和网络内部连接强度的变化，本文从局部效应出发，第一次针对探求专家技能对静息态局部信号一致性的影响作了讨论。第三，本文对任务状态下针灸师大脑功能可塑性变化进行了探究。大脑功能模式的可塑性改变不仅体现在静息状态中，也体现在任务状态下针灸师大脑响应模式的改变。我们的研究针对针灸师专家模型，利用多体素模式分析（multi-voxelpatternanalysis,MVPA）方法，研究侵入性伤害性刺激下，针灸师和非针灸师行为和中枢响应模式的差异。我们的结果表明：对针刺这一显著的伤害性刺激，针灸师对该刺激缠上的负性情绪作出有有效的调节，体现在其显著性降低的不适感打分，同时，两组人在左外侧前额叶皮层（theleftlateralprefontalcortex）、左内侧前额叶皮层（theleftmedialprefrontalcortex）、左侧脑岛（theleftinsula）和双侧海马（thebilateralhippocampus）显现了不一样的响应模式。我们的研究揭示了认知加工对伤害性刺激引发的负性情绪的可能调节机制。最后，我们研究了针灸师大脑结构可塑性变化。我们利用基于体素的形态学分析方法（voxelbasedmorphometry，VBM）探究针灸师和非针灸师大脑灰质结构的差异，并利用回归分析探求训练时间与中枢表征之间的关系。我们发现：与非针灸师相比，针灸师双侧腹侧前扣带回/腹内侧前额叶皮层（ventralanteriorcingulatecortex/ventralmedialprefrontalcortex，vACC/VMPFC）、右侧小脑V/VI小叶（LobuleV/VI）和左侧初级体觉皮层手投射区（primarysomatosensorycortex,SI）的灰质体积显著增大，进一步，回归分析表明：右侧小脑V/VI小叶和左侧体觉区手投射区的中枢指标分别与针灸训练时间相关。现有的分析结果表明：这些区域可能是支持针灸师感觉-运动、情感控制专家技能的中枢基础。总结而言，本文的研究发现从结构和功能的两个方面明确了针灸师与非针灸师中枢差异，其能帮助我们理解针灸师特殊技能的神经基础。但是，需要说明是，由于前期研究为横向研究（cross-sectionalstudy），因此，我们难以确定中枢-行为之间的确定性联系和训练对中枢-行为改变之间的因果关系，但是，我们后期的研究可以以现有研究结论为基础，辅以纵向实验设计（longitudinalstudy）、基因影像学和分子生物学的方法获得确切的归一性结论。另外，需要注意的是，我们的研究最终应该使病患收益，因此，下一步研究应该逐步明确中枢表征和针灸技能高低之间的对应关系，以及这些差别和临床效果之间的关系。
【作者】董明皓；
【导师】田捷；
【作者基本信息】西安电子科技大学，模式识别与智能系统，2013，博士
【关键词】磁共振成像；可塑性；针灸师；

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