0 引言

       AIS是全球第二大死亡原因疾病，且致残风险逐年升高^[1]。目前AIS治疗方式主要是溶栓或取栓治疗^[2]，受限于4.5 h溶栓时间窗^[3]限制，很多AIS患者会失去溶栓机会，故AIS患者的其他早期辅助治疗手段备受关注。近年来针刺治疗逐渐成为AIS患者早期的一项重要辅助治疗手段并被写入指南^{[4, 5]}。本研究采用静息态功能磁共振成像技术及独立成分分析方法，观察AIS患者针刺前后及全脑功能连接变化，探索电针治疗AIS的即刻脑网络变化，为揭示其长期针刺治疗的疗效脑机制提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经湖北省宜昌市中心人民医院伦理委员会批准（批准文号：20122-012-01），全体受试者均签署了知情同意书。前瞻性纳入AIS患者及HC各27例，获得所有受试者知情同意后进行fMRI扫描及临床量表评定。

1.1.1 AIS组

       本研究共纳入2022年4月至2023年2月在宜昌市中心人民医院神经内科住院就诊的27例AIS患者。入组标准：（1）经MRI及临床检查确诊为急性单侧缺血性脑卒中且以单侧肢体运动障碍为最主要临床表现的25~80岁患者，均为右利手，且受教育年限9年及以上；（2）首次出现卒中症状，病程在2周以内；病灶定位在单侧脑半球，长径大于1 cm；并排除颅内合并其他病变和引起单肢体运动障碍的其他病因，如外伤、炎症、肌肉劳损等；（3）患者无其他部位单侧肢体运动障碍病史；（4）入组前4周未接受针刺治疗。排除标准：（1）急性期病情进展中或生命体征不稳定者；（2）MRI 检查过程中头动大于1.5 mm 或转动大于1.5 º；（3）部分图像缺失或图像质量差；（4）既往有针刺过敏、不能耐受电针强刺激及晕针患者。

1.1.2 HC组

       HC为同期经招募的27例健康对照者。入组标准：（1）既往体键，无任何运动功能障碍（运动功能量表评定），受教育年限9年及以上；（2）查体无脑卒中症状，且颅脑MR平扫+扩散加权成像（diffusion-weighted imaging, DWI）均为阴性；（3）年龄25~80岁，均为右利手。排除标准：（1）MRI检查过程中头动大于1.5 mm 或转动大于1.5 º；（2）部分图像缺失或图像质量差。

1.2 研究方法

1.2.1 针刺方法

       固定上肢或下肢针刺穴位，具体如下：上肢手三里、曲池、外关、肩髃穴；下肢足三里、阳陵泉、悬钟、三阴交、太冲穴。头部针刺根据国际标准头穴方案（GB/T21709.2-2008）选穴针刺，固定运动功能障碍针刺穴位（百会、前顶、悬厘、曲鬓、正营、玉枕）。采用电针刺激（电子针疗仪SDZ-Ⅲ，华佗牌，江苏苏州医疗仪器公司），电针频率固定，连续波模式，1 Hz^[6]，每次25 min^{[7, 8]}，调节电流强度，以能耐受又不引起疼痛为宜，既往经验显示为4~8 mA^{[9, 10]}。电针针刺任务均由同一位有经验针灸师执行。

1.2.2 量表评定

       对于入组的患者及健康自愿者进行运动功能障碍相关评估。（1）采用简化FMA量表对运动功能障碍严重程度进行评估。评估范围从0到100，表示运动功能从轻度运动障碍到严重运动障碍。（2）采用改良Brunnstrom偏瘫运动功能评价量表对运动功能评定。评定范围从1期到6期，表示运动功能从迟缓期到正常。（3）采用肌力检查评估（Manual Muscle Testing, MMT）量表对肢体肌力评估。评定范围从0级到5级，表示肌肉从无任何收缩到能抵抗重力，并完全抵抗阻力运动。（4）采用改良Ashworth肌张力分级法评估量表对肢体肌张力及痉挛程度评估。评定范围从0级到4级，表示肌张力从无肌张力增加到僵直状态。对于AIS组进行综合性脑卒中量表评定，本研究采用美国国立卫生研究院卒中量表（National Institute of Health Stroke Scale, NIHSS）对卒中严重程度评估。评定范围在0~42分，分数越高表示神经受损越严重。

1.2.3 MRI数据采集

       所有受试者使用荷兰PHILIPS公司Ingenia 3.0 T双射频源超导MR扫描仪，采用8通道鸟笼状头部线圈采集影像数据。MRI扫描序列包括定位相、DWI、表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）、高分辨率三维T1加权结构像和静息态功能磁共振功能像。高分辨率结构像扫描参数：TE 3.4 ms，TR 7.4 ms，采集矩阵64×64，视野250 mm×250 mm，层厚1.2 mm，层间距0.6 mm，翻转角8°，体素大小1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm；rs-fRMI功能像扫描参数：TE 22 ms，TR 2000 ms，采集矩阵64×64，视野192 mm×192 mm，厚度3.0 mm，层间距0 mm，翻转角90°，体素大小3.0 mm×3.0 mm×3.0 mm。

1.2.3 数据预处理

       扫描完成的数据采用MRIcro (https://www.mccauslandcenter.sc.edu/crnl/)软件进行分析，分析所获得的信息，排除不完整的数据。

       （1）独立成分分析（independent component analysis, ICA）分析前预处理步骤：在Matlab R2020b软件上运行SPM 12（https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/）及GRETNA（http://www.nitrc.org/projects/gretna/）软件包对功能像和结构像数据进行预处理。预处理步骤如下: 将原始文件转换为NIFTI格式，去除前10个时间点，时间层校正，头动校正（排除水平移动>3 mm及旋转移动>2°的受试者），空间标准化以及空间平滑（半峰全宽6 mm×6 mm×6 mm）。本研究空间标准化采用的大小为[-90 -126 -72；90 90 108]，体素大小为3 mm×3 mm×3 mm，即AAL90_3 mm模板。

       （2）功能连接（functional connectivity, FC）分析前预处理步骤：在Matlab R2020b软件上运行SPM 12及RESTplus V1.21（http://www.restfmri.net/）软件包对静息态功能磁共振图像和结构图像进行预处理。预处理步骤如下：将DICOM格式转换为NIFTI，去除前10个时间点，然后进行时间层校正和头部运动校正，空间标准化，滤波（0.01~0.08 Hz），去除协变量。

1.2.4 提取默认网络及感觉运动网络

       使用GIFT软件（http://icatb.sourceforge.net/）中的infomax算法对27名受试者进行组空间ICA，独立成分的个数由软件包采用最小描述长度法（Minimum Description Length, MDL）估计为28个，为避免受试者顺序及随机性对ICA结果的影响，使用 RandInit和Bootstrap方式重复运算100次，默认网络及感觉运动模板选取GIFT软件自带模板，进行空间ICA得到与DMN/SMN模板最匹配的成分为默认网络及感觉运动网络。然后计算每个受试者的成分和相应的时间过程（反向重建）并转换为z分数。

1.2.5 FC值计算

       将针刺前后差异有显著统计学意义脑区作为感兴趣区（region of interest, ROI），提取各ROI的BOLD信号的时间序列，与全脑其他区域体素时间序列作Pearson相关性，得到FC系数。

1.3 统计学分析

       本研究采用Shapiro–Wilk test检验数据的正态性；采用SPSS 25.0（SPSS Inc., Chicago, IL, USA）统计学软件对AIS组及HC组的临床资料进行统计分析。对于连续性资料，采用两样本t检验和秩和检验；在本研究中，AIS组和HC组年龄不属于正态分布，则采用秩和检验，以均数±标准差来表示；性别、是否高血压、受教育年限等为计数资料，用卡方检验来验证，以例数来表示。检验水准为α=0.05，P<0.05表示差异有统计学意义。

1.3.1 ICA、FC结果组间分析

       运用SPM 12软件中的工具包的fMRI模块，运用Specify 2nd-level功能对AIS组和HC组ICA、FC值进行两样本t检验分析，对两样本t检验结果进行FWE校正，以体素水平P<0.005、簇水平P<0.05为差异有统计学意义。运用Xjview (http://www.alivelearn.net/xjview/)软件包显示差异性脑区。

1.3.2 ICA、FC结果针刺前后分析

       运用SPM12软件中的工具包的fMRI模块，运用Specify 2nd-level功能对AIS组针刺前、后ICA、FC值进行配对两样本t检验分析，对配对两样本t检验结果进行FWE校正，以体素水平P<0.005，簇水平P<0.05为差异有统计学意义。运用Xjview软件包来显示差异性脑区。

       提取存在显著差异的脑区的ICA、FC值，采用SPSS 25.0（SPSS Inc., Chicago, IL, USA）统计学软件对这些脑区的ICA、FC值和FMA量表评分进行相关性分析。本研究中，存在相关性的脑区为左额叶及右侧顶下小叶，因左额叶及右侧顶下小叶ICA数据不属于正态分布，则使用Spearman相关性分析；以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       AIS组与HC组分别为27例，一共54例；两组间年龄、性别、受教育年限、是否高血压之间的差异均无统计学意义（P>0.05）（表1）。AIS组针刺后的FMA评分高于针刺前（P<0.01），差异有统计学意义（表2）。

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表1  AIS组和HC组人口统计学和临床特征比较
Tab. 1  Comparison of demographic and clinical characteristics between AIS and HC groups

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表2  AIS患者组针刺前后临床疗效比较
Tab. 2  Comparison of clinical efficacy before and after acupuncture in AIS patient group

2.2 ICA结果

       与HC组比较，刺激前AIS组在左侧前额叶功能连接增加，左侧顶下小叶、右侧后扣带回功能连接减低（表3、图1）；AIS患者针刺治疗后右侧前额叶功能连接显著增加（表4、图2）。以上结果均经FWE校正，体素水平P<0.005，簇水平P<0.05。

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图1  AIS组与HC组ICA功能连接差异脑区图及三维图。图中红色区域为功能连接增高脑区，绿色区域为功能连接减低脑区；FWE校正。AIS：急性缺血性脑卒中；HC：健康对照；ICA：独立成分分析。
Fig. 1  Brain area maps and 3D maps of functional connectivity differences in ICA analysis between AIS group and HC group. The red areas in the figure are brain areas with increased functional connectivity, and the green areas are brain areas with decreased functional connectivity; FWE corrected. AIS: acute ischemic stroke; HC: healthy control; ICA: independent component analysis.

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图2  针刺前后差异脑区图及三维图。图中黄色或红色为ICA功能连接增高脑区；FWE校正。ICA：独立成分分析。
Fig. 2  Differential brain area maps before and after needling and three dimensional map. ICA analysis of brain areas with increased functional connectivity are shown in yellow or red in the figure; FWE corrected. ICA: independent component analysis.

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表3  AIS组和HC组ICA组间功能连接差异脑区
Tab. 3  Functional connectivity differences between AIS and HC group ICA analysis groups Brain regions

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表4  针刺前后差异脑区
Tab. 4  Differential brain areas before and after acupuncture

2.3 FC变化

       将ICA针刺前后存在差异脑区右侧前额叶[蒙特利尔神经科学研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）坐标：42，39，-3]作为ROI计算全脑功能连接改变，在基于SPM的两样本t检验和FWE校正之后，与HC组相比，左侧顶下小叶、左侧后扣带回、左侧额叶FC值增加，部分小脑区域FC值增加（FWE校正，体素水平P<0.005，簇水平P<0.05）（表5、图3）。

       在基于SPM的配对两样本t检验和FWE校正之后，针刺治疗前后右侧丘脑及左额叶FC值增加（FWE校正，体素水平P<0.005，簇水平P<0.05）（表6、图4）。

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图3  AIS组与HC组全脑FC差异脑区图及三维图。图中红色或黄色为全脑FC增高脑区；FWE校正。AIS：急性缺血性脑卒中；HC：健康对照；FC：功能连接。
Fig. 3  Brain area maps and 3D maps of whole brain FC differences between AIS and HC groups. Red or yellow color in the figure is whole-brain FC-enhanced brain regions; FWE corrected. AIS: acute ischemic stroke; HC: healthy control; FC: functional connectivity.

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图4  针刺前后全脑FC差异脑区图及三维图。图中红色或黄色为全脑FC增高脑区；FWE校正。FC：功能连接。
Fig. 4  Brain area maps and 3D maps of whole brain FC differences before and after acupuncture. Red or yellow color in the figure is whole-brain FC-enhanced brain regions. FWE corrected. FC: functional connectivity.

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表5  AIS组和HC组全脑功能连接异常脑区
Tab. 5  Abnormal brain regions of whole brain functional connectivity in AIS and HC groups

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表6  针刺前后全脑FC异常脑区
Tab. 6  Whole brain FC abnormal brain areas before and after acupuncture

2.4 AIS组ICA异常脑区与临床量表相关性分析

       由于FMA量表适用于中等运动功能水平的患者（Brunnstrom分期Ⅲ至Ⅴ期），而对于其他功能水平患者容易出现地板效应和天花板效应^{[11, 12]}。故从27例AIS组中排除Brunnstrom分期Ⅰ、Ⅱ期共7例患者，余下20例患者进行相关性分析。

       针刺前后右侧前额叶（r=0.842，P<0.001）ICA功能连接差值与FMA量表差值呈强相关及正相关（图5）。

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图5  针刺前后右侧前额叶ICA功能连接差值与针刺前后FMA量表评分差值相关性分析。ICA：独立成分分析；FMA：Fugl-Meyer运动功能评分。
Fig. 5  Correlation analysis of the difference in functional connectivity of the right prefrontal ICA analysis before and after acupuncture with the difference in FMA scale scores before and after acupuncture. ICA: independent component analysis; FMA: Fugl-Meyer Assessment.

3 讨论

       本研究基于rs-fMRI比较了AIS与HC脑功能差异，进一步观察了电针治疗AIS前后的即刻脑网络脑区变化，结果显示：AIS组在左侧前额叶及左侧顶下小叶、右侧后扣带回功能连接存在异常；AIS组左侧顶下小叶、左侧后扣带回、左侧额叶脑区的FC值较高。电针治疗使AIS患者的右侧前额叶功能连接出现即刻增高，且针刺治疗前后右侧前额叶功能连接差值与FMA量表差值呈较强的正相关；电针治疗使AIS患者的右侧丘脑及左额叶FC值即刻增高。

3.1 AIS运动功能障碍的边缘系统（后扣带回、海马）-丘脑-皮层（顶下小叶-额叶）神经环路脑功能活动异常

       中脑-丘脑-皮层神经环路被认为是大脑启动运动系统的经典环路^[13]，以往的针刺研究中主要以额顶叶代表的感觉运动网络研究^{[14, 15, 16]}为主，近年AIS运动障碍研究逐渐过渡到以楔前叶/后扣带回为代表的默认网络研究^{[17, 18]} 上。同样的，AIS患者运动功能障碍恢复机制上也更多从默认网络成分出发进行探索^{[19, 20]}。本研究发现AIS患者在左侧前额叶及左侧顶下小叶、右侧后扣带回功能连接异常，左侧顶下小叶、左侧后扣带回、左侧额叶脑区的FC值较高，与既往研究结果相近^{[21, 22, 23, 24]}。其中前额叶是感觉运动网络的重要组成部分，参与运动执行等过程^[25]。背侧前额叶更是被认为是针刺治疗的关键研究靶点，与紧邻感觉运动网络的额顶网络以及远离感觉运动网络的默认网络有关^[26]。默认网络一直被认为与前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）有强关联，尤其是与内侧PFC和后内侧节点之间的紧密联系得到高度认可^[27]，本研究中左侧顶下小叶及左侧后扣带回等默认网络成分的参与更证实了这一点。虽然中扣带回被广泛认为参与运动前区以及额顶叶的运动功能调节^[28]，但近年研究证实紧邻后方的PCC也被认为是电刺激可调节运动功能的靶点^[20]之一。AIS患者在本研究中默认网络（顶下小叶和后扣带回）ICA功能连接及FC值较高，推测可能与海马接受来自前额叶-顶叶的前庭神经信号信息并进行路径整合^[29]有关。顶下小叶（inferior parietal lobule, IPL）主要由前部的缘上回和后部的角回构成^[30]，而前IPL与感觉运动网络与突出网络相连，后IPL与默认网络相连，分别对应不同受体补偿初级运动皮层而改善卒中患者手部运动障碍^[31]。同样的，近年研究也发现IPL与运动辅助区（supplementary motor area, SMA）的运动功能改善关系^[32]。另外，我们发现部分AIS患者小脑FC值增加，这可能与小脑同几乎整个中枢神经系统都有直接或间接的联系有关，尤其是运动、前运动和顶叶皮质^[33]，且近年已有将小脑作为刺激治疗卒中的靶点共识^[34]。综上，AIS患者存在边缘系统（后扣带回、海马）-丘脑-皮层（顶下小叶-额叶）神经环路中多脑区功能异常，且此环路与运动功能关系似乎更为密切，但具体调节方式需要继续深入研究。

3.2 针刺对AIS患者前额叶及丘脑功能活动存在即刻调节作用

       本研究经过电针刺激治疗后，发现右侧前额叶功能连接出现即刻增高，同时针刺使AIS患者右侧丘脑及左额叶FC值即刻增高。KHAN等^[35]认为针刺可以改变PFC血流动力学。SI等^[21]研究进一步证实针刺可通过改变PFC相关脑网络而改变运动功能。PFC通过投射到自主中枢调节躯体反应和行为^[36]，且针刺主要通过调控前额叶氧合血红蛋白增加或减少来调控^[37]。LI等^[38]通过循环神经网络（recurrent neural network, RNN）工具对针刺大脑额、颞、顶、枕叶皮层的研究中发现额叶对针刺最敏感，额叶皮层的连接和分布包含着节律可控性的信息，因而额叶皮层具有较高的神经元聚集和可控性，且信息传递成本较低，更适合用于日常治疗。本研究中，针刺后右侧前额叶功能连接值与FMA评分呈强正相关，说明针刺治疗伴随的正性调节可能影响运动功能相关脑区如前额叶的脑自发活动异常有关，这也可能是AIS患者会出现左额叶FC增强的原因，并从侧面验证了前额叶作为针刺AIS靶点的可行性。例如CHEN等^[39]研究了施针者与被施针者之间的PFC脑耦联过程；CAO等^[40]近期探讨了背外侧前额叶-初级体感皮层（dorsolateral prefrontal cortex- primary somatosensory cortex, DLPFC-S1）对于针刺调控的潜在中枢机制。另外，本研究中，针刺使AIS患者的右侧丘脑FC值即刻增高，证实丘脑在环路中的中转作用功不可没^[41]，这也与目前的丘脑“直接”与“间接”通路学说相符^{[42, 43]}。

3.3 针刺对AIS患者的DMN及SMN功能即刻调节作用可能有助于长期治疗AIS运动功能障碍的机制研究

       脑卒中是多个网络间功能耦合降低的结果，运动功能障碍的影响主要集中在运动网络（如SMN）上，本研究发现DMN连通性同时也发生显著变化，这与之前的卒中脑功能学研究相符^{[44, 45]}。中医针灸学中一直有关于针刺脑卒中的双向调节机体失调理论^[46]，近年也有关于针刺改变AIS患者运动功能障碍不同动态功能连接模式的研究^[47]。后扣带回是DMN的重要组成部分，近年有研究者提出过针刺可能以默认网络为“中继站”，通过调节多个网络和传递信息方式有效整合连接网络的观点^[48]。本研究未在针刺即刻效应中发现DMN脑区的即刻调节，可能与针刺刺激期间，大脑多水平的边缘-边缘-新皮层网络普遍失活，同时感觉运动网络显著激活有关^[49]，也可能与默认网络的延时作用效应有关。例如最近的一项针刺脑卒中纵向研究观察到卒中一个月后DMN才恢复到接近正常水平^[50]，从侧面验证了脑卒中后默认网络功能耦合重组延时可能的客观存在。同时，基于体素形态学分析（voxel-based morphometry, VBM）的形态学研究也观察到针刺可以导致额叶与DMN结构明显重组，并增加各向异性分数（fractional anisotropy, FA）值^[51]。这也可能有助于长期针刺治疗AIS患者运动障碍的机制理论研究。

3.4 局限性

       本研究存在以下不足：（1）研究样本量较少，结果可能存在偏倚；（2）针刺后即刻调节引起变化脑区较少，与长期治疗后的变化脑区可能存在一定差异。在未来的研究中，将进一步扩大样本量，行随机对照及纵向研究，运用多种脑功能影像指标及分析方法，进一步探讨电针对AIS患者的脑网络调节效应及机制。

4 结论

       综上所述，本研究运用ICA方法及全脑FC分析方法初步观察静息态下针刺AIS运动功能障碍患者SMN及DMN网络功能连接特点，结果显示AIS运动功能障碍患者存在边缘系统（后扣带回、海马）-丘脑-皮层（顶下小叶-额叶）神经环路脑功能活动异常，同时初步探索电针可即刻调节AIS患者的脑自发活动，结果主要涉及前额叶脑区。结合既往研究，推测前额叶可能是电针治疗AIS运动功能障碍患者有效的脑功能效应靶点之一。