IF 3.3,余思奕团队:神经影像学视角——针刺重塑慢性失眠患者下丘脑网络连接机制研究

文摘   2024-11-26 10:07   美国  


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成都中医药大学针灸推拿学院余思奕团队

2024年11月14日

在BMC Complement Med Ther

(IF=3.3)

发表针灸学研究结果

The altered hypothalamic network functional connectivity in chronic insomnia disorder and regulation effect of acupuncture: a randomized controlled neuroimaging study

慢性失眠障碍中下丘脑网络功能连接的改变及针刺的调节作用:一项随机对照神经影像学研究


原文链接https://bmccomplementmedtherapies.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12906-024-04703-y


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引用格式:

Peng W, Xu H, Zhang C, Hu Y, Yu S. The altered hypothalamic network functional connectivity in chronic insomnia disorder and regulation effect of acupuncture: a randomized controlled neuroimaging study. BMC Complement Med Ther. 2024 Nov 14;24(1):396. doi: 10.1186/s12906-024-04703-y. PMID: 39543627; PMCID: PMC11566913.


【研究结果及亮点

  • 亮点针刺可能通过恢复与下丘脑相关的神经网络来缓解失眠症状。

  • 慢性失眠障碍(CID)患者表现出与左侧外侧眶额皮质(LOFC)的异常静息状态功能连接(rsFC)

  •  经过真针刺(RA)治疗后,这种异常连接以及失眠症状得到了显著改善。针刺可能通过恢复与下丘脑相关的神经网络来缓解失眠症状。


重点摘要


背景:

 慢性失眠障碍(CID)是一种普遍的睡眠障碍,其特征是持续难以入睡和维持睡眠,这不仅影响工作和日常生活质量,还可能引发情绪障碍,如抑郁和焦虑。

 越来越多的证据显示中枢神经系统在失眠的发生和维持中扮演关键角色,尤其是下丘脑,它被认为是睡眠-觉醒转换的中心调节器。下丘脑与睡眠-觉醒控制区域有直接联系,包括脑干核、基底前脑和皮层

 尽管动物研究支持下丘脑在睡眠中的复杂相互作用,但下丘脑的神经可塑性是否参与针刺治疗失眠尚不清楚

目的:

本研究旨在探讨下丘脑功能网络在CID的神经病理和恢复机制中的潜在作用,并假设真实的针刺治疗(而非假针刺)能够改善失眠症状,并通过调节下丘脑功能网络来实现这一效果。


研究方法:

       本研究由两个实验组成:横断面试验和纵向试验(图1A)

       横断面试验通过比较慢性失眠障碍(CID)患者和健康对照(HCs)之间的基于下丘脑的静息状态功能连接(rsFC)图谱,检查了CID的神经基质。

       纵向试验通过比较治疗前后基于下丘脑的rsFC图谱,调查了针刺的临床效果及其潜在的神经机制。最后,使用两个实验的rsFC结果制作了空间重叠图,以评估针刺治疗机制与基线异常的关系。

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研究流程图


干预:

      42名慢性失眠障碍(CID)患者和23名健康受试者对照(HCs),CID患者随机分配至真针刺(RA)组假针刺(SA)组

      治疗时间:两组均接受了为期四周的干预,每周连续五次,总共20次治疗。

   真针刺(RA)组:(23例)

      穴位:百会(DU20)、中脘(RN12)和足三里(ST36)(百会改善睡眠;中脘、足三里调节胃肠功能)

      手法:使用一次性不锈钢针垂直插入选定穴位,深度为0.5至1.5寸(1寸=25毫米),并进行轻微的提插、捻转以诱发“得气”感,即患者感到的酸、麻、重、胀感,以及针灸师感到的重、紧、涩感。得气后,留针30分钟

   假针刺(SA)组(22例)

     在非穴位(位于真实穴位旁边2厘米处)进行浅层针刺,深度为2-3毫米,这些位置不属于任何经络或传统穴位。

       手法:针刺后不进行任何操作,留针30分钟。

疗效评价指标:

  疗效评估

  • 匹兹堡睡眠质量指数(PSQI):量化睡眠质量;

  • 焦虑自评量表(SAS): 测量 CID 患者的焦虑水平。

  • 评估时间:基线(第 0 周)和治疗后(第 4 周)

  MRI 数据采集

  • 参与者CID患者的MRI扫描在治疗前后各进行一次,而健康对照组的MRI扫描仅进行一次。

  • 设备与参数:使用3.0T MRI扫描仪(GE Discovery 750, Milwaukee, WI)在电子科技大学MRI研究中心进行数据收集。结构像使用高分辨率T1加权脑体积MRI序列获取,参数包括重复时间(TR)/回声时间(TE)为5.964/1.976 ms,切片厚度1 mm,157层,翻转角度9°,视野(FOV)为256×256 mm²,体素大小1×1×1 mm³。功能像使用回波平面成像(EPI)序列获取,参数包括TR/TE为2000/30 ms,翻转角度90°,矩阵大小64×64,FOV为240×240 mm²,切片厚度4 mm,35层,体素大小3.75×3.75×3.2 mm³,总体积255。

  • 此外研究还进行了MRI数据预处理基于种子的功能连接分析:

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MRI 数据预处理

预处理工具:使用DPARSF和SPM12工具包在MATLAB 2014b环境中进行预处理。

预处理步骤:

去除前10个体积以减少噪声干扰。

切片时间校正。

重定位图像以纠正头部运动。

将T1像与功能图像进行共注册。

将T1像标准化到蒙特利尔神经学研究所(MNI)空间,并进行灰质、白质和脑脊液的分割。

使用6mm全宽半高最大值的各向同性高斯核对图像进行平滑处理。

使用0.01–0.08Hz的带通滤波器进行时间滤波。

回归全球均值、白质、脑脊液信号和六个运动参数等干扰信号。

基于种子的功能连接分析

种子点选择:选择下丘脑的两个亚区作为感兴趣区域(ROIs),即双侧内侧下丘脑(MH)和外侧下丘脑(LH)的种子点,半径为2mm的球体。

功能连接计算:

从每个ROI提取血氧水平依赖的时间序列。

计算LH/MH时间序列与整个大脑中每个体素之间的皮尔逊相关系数。

将相关系数转换为z分数,使用Fisher's z-transformation以改善正态分布,并使用一般线性模型进行第二级分析。

统计分析:

横断面试验:使用两样本t检验比较CID患者和HCs之间的下丘脑rsFC图。

纵向试验:使用配对t检验比较治疗前后CID患者的自身变化,使用双向ANOVA比较RA和SA组之间的变化。

应用p < 0.005的体素水平阈值和p < 0.05的团块水平阈值,根据FDR进行校正。

如果结果不耐FDR校正,则对与睡眠和失眠相关的脑区进行小体积校正。

使用3dFWHMx和3dClustSim工具进行蒙特卡洛模拟,以进行多重比较校正。




研究结果:


       1、慢性失眠障碍患者的下丘脑功能网络异常:

     为了探索基线下丘脑亚区静息状态功能连接(rsFC)的差异,采用了两样本t检验来比较所有慢性失眠障碍(CID)患者(n=42)和健康对照(HCs)者(n=23)。

      与健康对照组相比,CID患者在基线时显示出:

  • 内侧下丘脑(MH)左侧外侧眶额皮质(LOFC)和左侧内侧眶额皮质(MOFC)之间的rsFC显著增强

  • MH与右侧后侧岛叶(PI)之间的rsFC则降低(图2A)。

      在设定的阈值下,两组间侧下丘脑(LH)的rsFC网络中未观察到显著差异

横断面和纵向研究中下丘脑 rsFC 网络的改变

(A) CID 患者异常的下丘脑 rsFC 网络与 HCs 的比较。(B) 真针和假针灸对 CID 患者下丘脑 rsFC 网络的治疗效果。缩写:AI,前岛叶;CID,慢性失眠障碍;DACC,背侧前扣带回皮层;DLPFC,背外侧前额叶皮层;FFA,梭形区;HCs,健康对照;LOFC,外侧眶额叶皮层;MH,下丘脑内侧;MOFC,内侧眶额叶皮层;PI,后岛叶;RA:真正的针灸;rsFC,静态功能连接;SA:假针灸;SFG,额上回;SMA,辅助运动区。


      2、针刺对下丘脑功能网络的影响

      真针刺组治疗后(表3;图2B)

  • 左侧眶额皮质区(LOFC)左侧额上回(SFG)MH rsFC显著降低

  • 右侧梭形区域(FFA)的rsFC增加

      有趣的是,针刺干预后MH-LOFC rsFC降低(治疗前后相比)基线时MH-LOFC rsFC的增加(CID患者与HCs相比)重叠,表明针刺治疗的效果可以改善内侧下丘脑的静息态功能连接,使其正常化(图3A)


       假针刺(SA)组(表3;图2B):

  • 内侧下丘脑(MH)的功能连接(rsFC)左侧背外侧前额皮质(DLPFC)左侧前侧岛叶(AI)右侧辅助运动区(SMA)增加

  • MH和左侧后侧岛叶(PI)的rsFC降低(表3;图2B)

      在真针刺组和假针刺组之间的组间比较中,使用双向方差分析(2-way ANOVA)显示:

  • MH的rsFC在左侧背外侧前额皮质(DLPFC)左侧背侧前扣带皮质(DACC)左侧额上回(SFG)显著增加(表3;图2B)

     然而,在多重比较校正后,两组干预和治疗(group and treatment)对下丘脑rsFC网络没有显著影响。未校正的结果呈现在图S3中。


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*小编注:MH rsFC指的是内侧下丘脑(Medial Hypothalamus)的静息状态功能连接(Resting-state Functional Connectivity)。静息状态功能连接(rsFC)是一种通过功能磁共振成像(fMRI)技术观察到的现象,它描述了在静息状态下,大脑中不同区域之间血氧水平依赖信号的低频波动之间的显著时间相关性。这种连接反映了大脑不同区域之间在没有特定任务执行时的同步活动,并且被认为与解剖学上的连接有关,能够提供对大脑大规模网络的深入了解。在研究中,通过测量内侧下丘脑与其他脑区之间的rsFC,可以评估下丘脑的功能网络以及其在不同生理和病理状态下的变化。


CID患者中重叠区域(即LOFC)的临床关联

A. 真实针刺治疗对LOFC的影响与CID患者的异常下丘脑rsFC网络重叠;B. CID组和HCs组之间MH-LOFC的rsFC,以及RA组治疗前后的变化。C. 改变的MH-LOFC rsFC与RA治疗组PSQI得分的变化显著相关。缩写:CID,慢性失眠障碍;HCs,健康对照;RA,真实针刺;LOFC,外侧眶额皮质;MH,内侧下丘脑;PSQI,匹兹堡睡眠质量指数;rsFC,静息状态功能连接。




      3、rsFC的联合分析及其与PSQI改善的关联:

      图3A显示,CID患者左侧眶额皮质区(LOFC)的基线和纵向改变的rsFC图谱有重叠。分析发现,CID患者基线时MH与LOFC的rsFC高于健康对照组,经RA治疗后降至接近健康对照组水平。RA组中,MH-LOFC的rsFC变化与PSQI得分改善呈负相关,而与GSRS得分改善无显著关联。

结论:

      与健康受试者相比,慢性失眠障碍(CID)患者表现出与左侧外侧眶额皮质(LOFC)的异常静息状态功能连接(rsFC)

       经过真针刺(RA)治疗后,这种异常连接以及失眠症状得到了显著改善。这些初步发现表明,针刺可能通过恢复与下丘脑相关的神经网络来缓解失眠症状。


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