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针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 摘要 在我国长达两千多年的历史中，针灸镇痛一直是针灸疗法中应用最广泛的领 域之一，它对提高我国人民的健康水平起到了十分重要的作用。由于针灸的显 著疗效，该疗法不仅在中国广泛应用，而且在世界范围逐渐被人们所接受。最 重要的是针刺不是简单的“技术”，而是中国古代哲学和自然科学的一种证实。 针灸镇痛的成功应用已经证明该疗法的效果，但其作用机理是中医针灸经络科 学的基础，还有待深入研究。 本文以b o l d t m r i 为手段着重研究了针剌太冲和足三里穴位以及艾灸刺 三里对，人脑功能激活区的变化情况，并通过脑功能区的变化研究针刺和艾灸 的机理。具体研究内容如下： ( 1 ) 提出了一种研究针刺镇痛脑功能成像实验的方法。该方法以针刺太冲 穴为例，对针刺该穴位特定化问题进行了研究。实验中先引入热痛觉刺激，然 后采用针刺的方法镇痛。研究发现针刺太冲和太冲穴外侧3 厘米处，在脑功能 激活区变化上没有明显差异。 ( 2 ) 提出了一种研究艾灸脑功能成像实验的方法。该方法采用艾灸足三里 穴位使用磁共振成像的手段来观察大脑功能激活区。自行设计艾灸实验，对三 名健康受试者进行了研究，结果发现所有被试的大脑扣带回，体觉区，海马等 部位有明显激活，与针刺足三里时引起的脑功能激活区基本相同。这些初步的 结果可能为进一步研究艾灸治病的机理提供相关的科学依据。 ( 3 ) 提出了一种快速正交化估计广义线性模型系数的算法。由该算法对针 刺所获取的脑功能磁共振时间序列进行建模分析的结果表明，该算法有较好的 快速性和在线计算功能。另外该算还能够很好的克服磁共振信号的漂移。 ( 4 ) 针对误差信号的非稳定性特性，本文提出了一种建立误差模型的方法。 该方法基于经验模分解算法( e m d ) 并采用筛分方法实现。采用该算法处理了 针刺数据，结果表明该方法能够很好的建立误差模型且具有简单可靠的优点。 ( 5 ) 基于广义线性模型和空闲状态，提出了一种采用空闲状态的方法计算 脑功能连接度的方法，并把该连接度应用到针刺镇痛中。结果表明该方法计算 简单，能够较好地描述各功能区之间的相互关系。 针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 全文共分六章，第一章概要地介绍了针刺镇痛的国内外发展现状，在此基础 上，介绍了采用磁共振方法研究针刺机理的发展现状并在本章最后介绍了本文 的研究内容。在第二章中，详细地介绍了疼痛矩阵、脑功能磁共振原理 ( b o l d - f m r i ) 以及两个针刺实验设计的全过程。第三章中，简述了s p m 软件 的处理步骤以及广义线性模型的原理和方法，并采用s p m 软件包处理了本文实 验所采集的针刺和艾灸的数据，同时对结果进行了系统的分析。第四章描述了 采用快速正交化方法估计广义线性模型的方法，并用该方法处理了针刺的数据， 结果表明该方法是一种较好在线脑功能激活区提取算法，有效的节省了计算空 间和时间。第五章提出采用经验模分解的方法建立误差项模型，该方法不需要 假设误差信号是稳定的，另外该方法利用时间序列局部信息，故有较好的自适 应性。最后提出了采用空闲状态计算脑功能连接度的方法，应用这种方法研究 了针刺中的脑功能连接度，该连接度的计算方法分三步，即：低通滤波；兴趣 区选取和相关分析。该方法具有简单，容易实现的优点。在最后一章，对全文 工作进行了回顾和总结，并对未来发展进行了展望。 关键词：针刺，艾灸，疼痛，脑功能成像，神经解剖学，医学影像，广义线性 模型，统计参数映射，脑功能区定位，功能连接度 针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 m e c h a n i s m so f a c u p u n c t u r e a n dm o x i b u s t i o n a n a l g e s i a a n db r a i na c t i v a t i o nr e g i o n s l o c a l i z a t i o n a l g o r i t h m s t u d i e s d u r i n gt h el o n gh i s t o r i c a lp r o c e s so fm o r et h a n2 0 0 0y e a r s ，a c u p u n c t u r ea n d m o x i b u s t i o n ( a c u p m o x a ) a n a l g e s i a ，ac o m p o n e n tp a r t o ft r a d i t i o n a lc h i n e s e m e d i c i n e ( t c m ) ，h a db e e np l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ei nk e e p i n gp e o p l e sh e a l t ha n d p r o m o t i n g t h ep r o p e r t yo fc h i n e s en a t i o n b e c a u s eo fi t sw o n d e r f u lc u r a t i v e se f f e c t ， a c u p m o x a i sp o p u l a rn o to n l yi nc h i n ab u ta l s oi nt h en e i g h b o r i n gc o u n t r i e s w h a ti s t h em o s tn o t e w o r t h yi st h a t a c u p m o x a i sn o ta s i m p l e t e c h n i q u e ”，b u t i si n c o n f o r m i n gt o t h ea n c i e n tp h i l o s o p h ya n dn a t u r a l s c i e n c e a c u p u n c t u r eh a sb e e n e n r i c h e da n dd e v e l o p e du n c e a s i n g l yb yc l i n i cp r a c t i c e s h o w e v e r ，t h em e c h a n i s mo f a c u p u n c t u r ea n a l g e s i aa n dm o x i b u s t i o na r cs t i l l am y s t e r ya n dw a i t i n gf o rd e e p l y e x p l a i n i n g b a s e do nb o l d f m r i ，t h i ss t u d yf o c u s e so nt h ec e r e b r a la c t i v a t i o nr e g i o n s l o c a l i z a t i o nd u r i n gt h ea c u p u n c t u r ea n dm o x i b u s t i o ns t i m u l u s z u s a n l ia n dt a i c h o n g w e r es e l e c t e da sa c u p o i n t st os t u d yt h em e c h a n i s m so fa c u p u n c t u r ea n a l g e s i a o u r w o r k sa r ea sf o l l o w s ( 1 ) w ep r e s e n t e d am e t h o df o ra d d r e s s i n gt h ep r o b l e mo f a c u p u n c t u r e a n a l g e s i a t r a d i t i o n a l t a i c h o n ga c u p o i n t a n d3 c ma w a yf o r mt h et a i c h o n ga c u p o i n tw e r e s e l e c t e dt os t i m u l a t e t h ea c t i v a t i o no ft h eb r a i nr e g i o n sw a so b s e r v e db ym e a n so f f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ( 似r i ) t e c h n i q u e f r o mt h ea c t i v a t i o n ，w e f o u n dt h a tt h e r ew e r en o tac l e a r l yd i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et r a d i t i o n a la n dn o n - t r a d i t i o n a la c u p o i n ta c u p u n c t u r es t i m u l u s ( 2 ) an e wa p p r o a c hf o rs t u d y i n gm e c h a n i s mo fm o x i b u s t i o nw a ss u g g e s t e d e x p e r i m e n t a ld e s i g nw a sp r o p o s e dt os t u d yt h em e c h a n i s mo fm o x a o b s e r v a t i o n s w e r em a d e d u r i n gt h es t i m u l u so f 3h e a l t h yv o l u n t e e r s w ef o u n dt h a tt h ec i n g u l a t e d c o r t e x ，s e n s o r y m o t o rc o r t e x ，a n dt h a l a m u sw e r ea c t i v a t e dd u r i n gt h em o x i b u s t i o n s t i m u l u s 针刺镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 ( 3 ) f a s to n h o g o n ms e a r c h ( f o s ) w a sp r e s e n t e df o re s t i m a t i n gt h ec o e f f i c i e mo f t h eg e n e r nl i n e a rm o d e l ( g l m ) f o r l o c a l i z i n gt h ea c t i v a t er e g i o n si nb r a i n u s i n gt h e d a t ao b t a i n e df r o ma c u p u n c t u r e ，t h ee f f e c to ft h em e t h o dw a st e s t i f i e d t h em e t h o d h a st h ec h a r a c t e ro ff a s ta n do n l i n ec a l c u l a t i n g ，m o r e o v e r ，t h em e t h o dc a no v e r c o m e t h ep r o b l e mo f l o w f r e q u e n c y d r i f t ( 4 ) a i m i n ga te l i m i n a t i n gt h en o n s t a b i l i t i e so f t h en o n l i n e a rf l v l r it i m es e r i e s ， t h ea u t h o rs u g g e s t e de x p e r i m e n t a lm o d e d e c o m p o s i t i o n ( e m d ) m e t h o d f o rm o d e l i n g t h ee r r o rt e r mo ft h eg l m t h ea l g o r i t h mw a st e s t e do nt h ea c u p u n c t u r ed a t a t h e r e s u l t ss h o wt h ec r e d i b i l i t yo f t h ea l g o r i t h m ( 5 ) b a s e d o ng l ma n dr e s t s t a t e ，t h e a u t h o r a p p l i e d b r a i nf u n c t i o n a l c o n n e c t i v i t ym a p t os t u d yt h em e c h a n i s m so f a c u p u n c t u r ea n a l g e s i a t h er e s ts t a t e m e t h o df o rc o n n e c t i v i t yc a l c u l a t i o nw a se m p l o y e d b a s e do nt h er e g i o no fi n t e r e s t ( r o i ) o b t a i n e db ym e a n so fg l mm e t h o d ，f u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t ym a p sw e r e o b t a i n e d t h er e s u l t sw e r e e x p r e s s e d i nt e r mo f i m a g e s t h ef u l l p a p e ri s d i v i d e di n t os i x c h a p t e r s i n t h ef i r s t c h a p t e r , t h ea u t h o r i n t r o d u c e st h ep r e s e n ts t a g ed e v e l o p m e n to ft h ea c u p u n c t u r e a l s o ，t h ep r e s e n ts t u d y o fm e c h a n i s m so fa c u p u n c t u r ea n a l g e s i ab a s e do nt h eb o l d - f m r lw a si n t r o d u c e d t h ec o n t e n to ft h er e s e a r c hw a sp r e s e n t e di nt h i sc h a p t e r t h ep a i nm a t r i x ，t h e p r i n c i p l eo f b o l d f m r ia n dt h ef u l lp r o c e s so ft w oe x p e r i m e n t sw e r es u g g e s t e di n t h es e c o n dc h a p t e r i nc h a p t e rt h r e e ，t h eu s a g eo fs p mw a si n t r o d u c e df i r s t l y w e u s e dt h es p mt op r o c e s st h ed a t ao b t a i nf o r ma c u t c i t i n c t u r ea n dm o x i b u s t i o n t h e n s y s t e ma n a l y s e so f t h e r e s u l ta r eg i v e n t h ee s t i m a t i o no fg l m sc o e f f i c i e n tb a s e do n f a s to r t h o g o n a ls e a r c h ( f o s ) w a sg i v e ni nc h a p t e r4 t h ea l g o r i t h mw a sv e r i f i e db y v i r t u eo fa c u p u n c t u r ed a t a t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o di sa l la l t e r a t i v em e t h o d t os i n g u l a rv a l u ed e c o m p o s i t i o n ( s v d ) t h em e t h o dc a l lb eu s e dt op r o c e s st h ed a t a o n l i n e i nt h i sw a y ，g r e a tm e m o r ys p a c ea n dt i m ei ss a v e d i nc h a p t e r5 ，t h ee m d m e t h o df o re s t a b l i s h e dt h ee r r o rt e r mw a sd e s c r i b e d t h em e t h o dd o e sn o tm a k et h e a s s u m p t i o no fn o n - s t a b i l i t yo f t h et i m es e r i e s m o r e o v e r ，t h el o c a li n f o r m a t i o no ft h e t i m es e r i e sw a su t i l i z e di nt h em e t h o d ，a n dt h e r e f o r ei th a st h eb e t t e ra d a p t i v e l yf o r m o d e l i n g t h eu s a g eo f r e s ts t a t ef o rb r a i nf u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t yw a sa l s op r o p o s e d 针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 i nt h i sc h a p t e r t h ea u t h o ru s e dt h i sm e t h o df o rs t u d yt h em e c h a n i s mo fa c u p u n c t u r e f i r s t l y i tr e q u i r e st h r e es t e p st of u l f i l lt h ec a l c u l a t i o n ：l o wp a s sf i l t e r ，r o is e l e c t i o n a n dc o r r e l a t i o na n a l y s i s t h i sm e t h o dh a st h es t r o n g p o i n to fs i m p l i c i t ya n de a s yt o i m p l e m e n t i n t h el a s tc h a p t e r ，t h ea u t h o rm a k e st h es u m m a r yo ft h ew h o l e p a p e ra n d m a k e ss o m er e m a r k so nt h ef u r t h e rd e v e l o p e do f t h i sr e s e a r c h k e y w o r d s ：a c u p u n c t u r e ，m o x a ，p a i n ，b r a i n f u n c t i o n a l i m a g i n g ，n e u r o a n t o m y ， m e d i c a li m a g i n g ，g e n e r a ll i n e a rm o d e l ，s t a t i s t i c a lp a r a m e t e r sm a p p i n g ，b r a i nf u n c t i o n r e g i o nl o c a l i z a t i o n ，f u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t y 独创性声明 本人声明所成交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献 均已在论文中作了明确地说明并表示了谢意。 徽钽午 日期：谢一 胆绝一 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院自动化研究所有关保留、使用学位论文的规定，即 中国科学院自动化研究所有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 够日期谜她 名签师导 乞垒tff u x 巷 名签 第一章绪论 第一章绪论 针灸是我国古代医学家的一大发明，也是对世界医学的一个贡献，研究针灸 的机理不但有弘扬祖国医学的意义，而且还有提高治病救人水平的作用。目前 世界上已经有1 4 0 多个国家和地区采用了针刺疗法，可见其广泛性非同一般 1 。 作为针刺疗法的发源地，中国有必要也有责任首先揭开针刺治病的机理，以便 把针刺更好的应用到实际中去，以提高治疗水平，提高人民生活水平。 众所周知，指导传统医学的独特方法哲理和自然理念体系包括：阴阳五行学 说；天人合一学说；子午流注学说等 1 3 。这些知识的积累先于自然科学出现， 对此可能通过生物物理、化学等实验方法加以理解、验证和判断。本文出于这 种目的，采用高场强( 3 0 t ) 核磁共振成像技术对针刺镇痛和艾灸的机理进行了研 究。该研究涉及临床医学、神经解剖、生物工程、核物理、计算机等科学技术。 利用磁共振脑功能成像技术研究疼痛、针刺以及针刺镇痛的机理和艾灸的机理， 为针灸医学的研究和发展提供坚实的基础，该研究既有科学意义又有不可估量 的临床应用价值。 在本章中，我们首先简要回顾了针灸的发展过程，其次介绍了用磁共振成像 技术研究针刺镇痛国内外发展现状。最后介绍了本文的研究内容和工作计划。 1 1 针灸的临床应用现状 在这节里，我们从国内外两个角度来介绍针灸的发展现状【1 - 3 】。 1 1 1 针灸在国内的发展现状 针灸是我国传统医学的重要组成部分，是古代劳动人民长期与疾病作斗争的 产物。从历代文献典籍看针灸的历史与发展可知，针灸是在广阔的领域中发展 起来的，在风土各异的环境中又各具特色。据推测，以针灸为主的物理疗法发 源于黄河流域，以药物为主的化学疗法发源于长江流域，然后逐渐合为一体。 针灸医学起源于我国远古时代。古代原始社会的人类，由于居住在山洞，地 处阴暗潮湿，加上与野兽搏斗，故多发生风湿和创伤痛，当身体某处有了疼痛 时，除祈祷鬼神外，很自然地会用物去揉按、捶击以减轻痛苦，或用一种楔状 石块叩击身体某部，或放出一些血液使疗效更为显著，因而创用了以砭石为工 具的医疗方法，这就是针刺的萌芽。山海经记载有“高氏之山，有石如玉，可 针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 以为箴。”这是远古人类以砭石代针治病的佐证。 后来随着冶炼技术的发展和提高，针灸疗法得到了广泛地推广，成为中医学 中的一枝独秀。黄帝内经是我国现存的最早的一部医学经典，它为我国医学 发展奠定了理论基础，成为历代家医的经典，并一直是中医学中最权威的著作。 该书分两部分：素问和灵枢各九卷。黄帝内经认为，人体结构的各 个部分不是孤立的，而是彼此相关，互相联系的。这种联系表现为生理和病理 各方面的联系。从脏腑本身的关系来看，五脏六腑各有其主，密切配合。该书 还十分强调人和天地自然的关系，认为天人合一。黄帝内经运用了阴阳五行 学说。这是一种古代的哲学思想，并非中医学所固有。五行指的是五个元素： 金、木、水、火、土 4 。这是一种古典唯物主义的观点，这五种物质并非孤立 存在，而是相互依存、彼此制约。战国时代，秦越人撰写难经一书，主要 发挥了灵枢和素问的经络和脉诊理论，分为对脉法、经络流注、营卫 三焦、气血胜衰、脏腑诸病、荥俞经穴。用针补泻等进行了比较深入的阐述和 发展。难经主要是显内经之奥义，补内经之所未发，可谓内经 补遗之作，也可谓对内经的发展和完善。继而难经又有所阐发，并强 调针刺时双手协同的重要性，对后世影响颇大。 东汉张仲景依内经中的热论等篇为基础，结合临床实践继承著成伤 寒杂病论，开创了中医临床学。 在晋朝时代，王叔和在难经、伤寒杂病论的基础上，著成脉经一 书。在同一朝代，皇甫谧将内经中关于经脉刺法问题精心加以分类整理， 著成针灸甲乙经。晋唐至宋，在针刺方法方面基本是阐述内经和难经 之说。 金元时期，何若愚撰流注指微论和流注指微赋，提出了子午流注按 时取穴的时间针法。窦汉卿的针经指南提出了“针刺十四法”，到现在仍 有很高的实用价值。 明初陈会的神应经提出的“催气手法”，现仍适用于临床。徐风针 灸大全中的金针赋又提出了一整套的复式补泻手法，对“烧山火”和“透天 凉”也作了系统的论述。其后针灸聚英、针灸问对记载的针刺手法，都是 在金针赋的基础上发挥撰成。针灸大成又采集明代以前有关针灸手法的 精华，提出“刺有大小”、有“大补大泻”、“小补小泻”，以及“十二字分次第手法” 第一章绪论 和“下手八法”，临床上较为多用。 明清时期经济发展，为科学文化的繁荣和医药卫生事业的兴盛提供了物质 基础。从总体上说，该时代是针灸经络学说更加趁于成熟和完备的时期。 鸦片战争后到解放前( 1 8 4 0 1 9 4 9 ) ，针灸学术受到政府的限制，其研究步入 了一个发展低潮时期。 中华人民共和国成立以来，针灸学术有了很大发展，其手法的研究也步入 了一个新的历史时期。从文献考证到临床观察，从实验研究到规律性的探索， 均做了大量的工作。 1 9 6 0 年左右，由于国内经济困难，缺医少药，人们有病是经常向花钱少而 有比较方便的传统中医寻求帮助。同时西医的研究人员也纷纷起来探索以针灸 代替药物麻醉来进行外科手术的可能性。全国各地异军突起地进行了试验，有 的成功了有的失败了。无论是成功还是失败，都讲不出一个令人信服的科学道 理。即使幸而取得了一些成效，也往往是在一些难以令人接受的情况下进行的。 目前，传统针刺手法越来越受到重视，这是由于针刺手法与针刺疗效有着直 接的关系，而且对阐明经络理论和针麻原理都具有重要意义。此外，针灸方法 在结合了物理疗法和药物注射等方法之后，获得了新的发展，应用较广泛的有 针刺与电相结合的电针、电热针、微波针灸：与光相结合的红外线照射、激光 针：与声相结合的声波电针；与磁相结合的磁疗仪、电磁针等，还有用小剂量 药物注射的穴位注射疗法，以及穴位埋线、结扎、割治等。一些以一定部位为 选穴范围的针法也有所发展，应用较广泛的有耳针、头针等。另外尚有面针、 鼻针、手针等，这些方法不仅扩大了针刺治疗的范围，而且推动了针灸学的发 展。 1 1 2 针灸在国外的发展现状 针灸6 世纪传到日本和朝鲜，1 6 世纪传到欧洲。直到上世纪7 0 - 8 0 年代 才逐步受到西方接受。 在日本，针灸师的总数达1 1 万人。有日本针灸按摩师会、中国针灸研究中 心、古典针灸研究会、日本针灸研究会、日本针灸师会、固本临床针灸恳谈会 等2 8 所，针灸专科学校所。在临床、科研方向均取得很大成绩，针刺治疗疼痛、 灸法保健、用于诊断经络失衡等颇为世界注目。 针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 美国的针灸是随着1 9 世纪中国的首批移民而传入的。从本世纪7 0 年代起， 美国率先在世界上掀起针灸热潮，在其后不足2 0 年内。跻身于世界针灸大国行 列，其发展速度堪为西方之首。1 9 8 0 年，美国德克萨斯南部地方法院制定了肯 定美国人研究针灸权力的条款，文中指出：中国针灸已经有2 0 0 0 5 0 0 0 年的实 践历史，如同汉语作为一种信息传播方式一样，针灸作为一种医疗方式早己不 是实践性的，实践性的并不是针灸，而是西方人对针灸的理解和准确应用的能 力，以促进中医针灸医学研究、争取美国针灸医师资格为宗旨的美国中医针灸 协进会在纽约成立。针灸的临床运用广泛，特别是在用针刺治疗艾滋病、戒毒 等方面进行了大胆而有成效的探索，并在国际上有一定影响。 法国称得上是研究针灸最早、最多的国家之一。1 6 7 1 年，哈尔文的中国 秘典在法国出版，1 8 6 3 年，法国驻中国领事达勃利著中国医学大全，其中 节译了中国明代医家杨继洲的针灸大成。在法国，几乎所有医学院都设有针 灸课程。法国在耳针的临床运用以及经络实际研究方面都颇具特色。从5 0 年代 始，以针灸为契机，中国传统医学以其独有的东方哲理和良好的疗效，为法国 民众所接纳。 1 9 6 4 年，英国针灸学会建立了英国针灸学院，该学院被授权颁发学位及文 凭。1 9 6 5 年5 月，针灸联系会在莎士比亚的故乡利明顿召开针灸研讨会。英国 最权威的医学杂志英国医学杂志指出要加强对针灸机理的研究。可见，针 灸在英国受到重视。 2 0 世纪5 0 年代，苏联政府首先委派以德柯琴斯卡亚为首的医师团来中国学 习针灸，这批学员学成回国后努力从事针灸工作，成为5 0 年代苏联针灸医学的 奠基人。1 9 7 6 年，苏联卫生部在莫斯科开办了苏联第一所针灸治疗中心。苏联 将针灸广泛用于治疗疼痛性、运动性疾病，在针刺原理研究方面颇有成就。在 太空领域进行研究更为首创。 在全球范围内，从2 0 世纪六七十年代起，全球性的”针灸热”、”中医热”遍 及各地。进入8 0 年代，欧美发达国家率先又兴起了”中药热”。各国纷纷派留学 生到中国来学习针灸、中医，派使团来华参观、学习、考察中药资源、栽培、 饲养、炮制、成药，以及洽谈商贸和技术合作。1 9 7 7 年后，联合国世界卫生组 织在中国北京、上海、南京等地建立了6 个传统医药合作中心。我国也先后在 日本、意大利和泰国等国举办过多次中药大型展览。日本生药研究者代表团多 d 第一章绪论 次来华参观访问。联合国工业发展组织委托中国在北京举办国际针灸学习班， 参加学习的有来自欧洲、亚洲、非洲和拉丁美洲1 8 个发展中国家的学员、联合 国工发组织官员和世界卫生组织的代表。8 0 年代，来华学习中医药的留学生、 进修生、实习生达1 0 多个国家2 0 0 多人。9 0 年代，从1 9 8 7 年到1 9 9 6 年近1 0 年 中，来华学习的人数剧增，有来自1 3 0 多个国家和地区的1 4 ，7 0 0 余名留学生、 进修生来华学习中医药。我国建立的7 个传统医学合作中心、3 个国际针灸培训 中心，培养了数以千计的国( 境) 外各类中医药人才。特别是近几年，我国政 府中医药主管部门在北京又成功地举办了两次国际中医药大会，为世界医药界 所瞩目，影响广泛而深远。 古往今来的这些事实说明，针灸文化与东西方各国人民有着密切的联系，在 世界上有过辉煌的一页，并成为今天中医药再次走向世界的内在基础，可在本 世纪再造辉煌。 1 1 3 针灸镇痛机理的研究背景及意义 针灸学是我国独创的一种医疗体系， 贡献，是中医学中最主要的非药物疗法， 针刺机理的研究已经逐渐走向深入。 为中华民族的繁衍和昌盛作出了重要 已成为世界替代医学中的支柱。目前， 中国的针灸疗法，一直以其神奇的疗效为世人所惊叹，然而没有人能说清 其中的科学道理。周恩来总理对此非常重视，指示卫生部，中国人能用针刺麻 醉做手术，就一定能说出它的科学道理来! 世界卫生组织对中医针灸有着浓厚的兴趣。该组织于7 0 年代向世界各国推 荐针灸疗法，8 0 年代初在中国设立传统医学合作中，i i , ，8 0 年代和9 0 年代制定 了标准的针灸穴位命名方案和推广针灸临床研究规范。美国和德国等已将针灸 疗法纳入医疗保险体系。澳大利亚、德国、法国、印度等的一些大学也将针灸 学作为医学本科教育的一部分。成立于1 9 8 7 年的世界针灸学会联合会，是第一 个将总部设立在中国的国际学术组织。1 9 9 6 年，美国时代杂志将以针灸为 主的替代疗法列入十大医学前沿。1 9 9 7 年，美国国立卫生研究院以大型听证会 的形式肯定了针灸的确切疗效，并予以推广。生命科学领域的一些学术组织( 如 国际生理学大会、国际疼痛学术会、世界神经科学大会等) 召开的学术大会， 都曾设立了“针灸专题研讨会”。针灸研究己引起国内外学者的广泛关注。 目前，我国对针灸经络研究的主流是对古人所总结并己部分为现代针灸临 针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 床与实验所证实的人体上下内外联系规律本身进行研究，而不是试图去证实 2 0 0 0 多年前古人对这些规律所做的解释 2 。 针刺镇痛机制研究为针灸走向世界奠定了基础。1 9 5 8 年我国月针刺合谷穴 的麻醉法成功地旌行了扁桃腺切除术。1 9 5 9 年就使用针刺麻醉行肺叶切除手术， 手术范围扩展到颅脑、胸腹等几乎全身，目前，针刺麻醉已过渡到针药复合麻 醉，应用领域已深入到器官移植、器官再造等复杂手术。 针刺产生的镇痛效应可分为局部镇痛和全身性镇痛。在同神经节段水平， 针刺只要能兴奋穴位的纤维就有明显的镇痛效应。但在异神经节段的穴位或对 侧穴位用同样的刺激强度则无效，其机制为粗纤维的传入在脊髓对痛敏神经元 起抑制作用，从而关闭了伤害性信息向高位脑中枢传递的闸门，产生节段性的 抑制疼痛的效应。用足以兴奋较细的a 6 和c 类纤维的穴位电刺激可升高全身痛 阈。而用激活c 类纤维的闽值刺激时，才能明显抑制伤害性反射活动。 针剜镇痛的广泛性在于针刺激活了机体的抗痛系统。作为内源性镇痛系统 核心部位的中脑导水管周围灰质和中缝大核，其中的大多数神经元对外周低强 度刺激一般不发生激活反应或仅发生微弱的激活反应，因而不能有效激活内源 性镇痛系统，故一般不能在节段以外的区域观察到明显的镇痛效应。相反，较 强的针刺激，在a 5 类和c 类传入纤维能被兴奋时才能有效激活内源性镇痛系统 的有关结构，并在临床和实验条件下观察到明显的镇痛作用。 对神经一内分泌一免疫网络的调节是针灸疗效的具体体现。人类的许多疾 病，如过敏性疾病( 哮喘) 、免疫功能低下、内分泌系统疾病、神经一肌肉系统 疾病等都与神经一内分泌一免疫系统功能紊乱有关，而针灸对这些疾病都有较 明显的治疗作用。因此，针灸经络的作用还涉及到整体非特异调节效应，这种 效应可通过神经一内分泌一免疫网络系统发挥作用。 经、穴一脏腑相关机制研究揭示了针灸临床的规律。经穴对内脏生理、病 理活动有调节和治疗作用。根据神经生物学原则，这种调节是以节段性、节段 间和脊髓上( 全身性) 作用为基础的。研究结果表明，电针“足三里”可增强 相同节段神经支配的胃肠运动，与此同时也可促进相关脑啡肽的分泌，进一步 加强对胃肠功能的调节；局部封闭穴位后，针刺的效应即消失；切断神经后， 针效即完全消失。实验还证明，在没有高级中枢参与的情况下，针刺对同节段 神经支配的胃肠运动的影响仍可通过脊髓反射而实现。因此我们认为，针刺穴 位所产生的对内脏功能活动调节作用是由直接作用于穴位的各种神经组织，传 6 第一章绪论 入到达脊神经节和脊髓背角。首先在节段水平对来自内脏的传入进行初级整合 和调节，控制内脏病理信号向高级中枢的传递，起到镇痛作用。此外，躯体的 传入通过侧支与脊髓植物神经的传出系统发生突触联系，并通过释放具有生物 活性的肽类物质调节内脏功能运动，达到治疗病痛的目的。穴位的相对特异性 与这种节段性作用有关。 神经感传的机制研究阐明了经络存在的表象。元代就有针刺引起循经感传 现象的确切记载。近年来，人们己从外周、脊髓、大脑皮层水平对循经感传现 象进行了较为深入的研究，证明循经感传可能与骨骼肌兴奋时产生的总和电流 引起与之有关联的神经一骨骼肌继发性兴奋形成的跨神经节段、跨关节传递机 制有关。这种原发性和继发性的感觉和运动反应出现在经脉循行的部位，就有 可能循经出现感觉迁移现象和运动反应。 我们可以相信，针灸作为一种非药物疗法，在人们普遍崇尚自然的今天， 必将以它的优势和特点风行于世界。针灸学术的发展经历了一个漫长的过程， 几乎每个朝代都有相当的代表作，它们对针灸理论、临床疗效的发展起了重要 的作用。近年来通过多学科的大力协作，对针灸治病原理、经络实质、针刺手 法等进行深入的研究，证实针灸对机体各系统功能具有调整作用，能增强机体 的抗病能力。针灸镇痛原理己深入到神经细胞、电生理学和神经递质如脑腓肽 等分子水平。经络实质也有了一定的客观指标和测定方法，针刺手法也取得了 初步的成绩。同时，还从不同角度对腧穴与脏腑相关、腧穴与针刺感应等理论 问题进行研究，使针灸的内容更加丰富和完善。 疼痛是大多数疾病最常见的症状之一，其表现往往是一种复合感觉，如刺 痛、灼痛、胀痛、撕裂痛、绞痛等，并伴有复杂心理活动如焦虑、害怕、恐怖、 痛苦等。 有关针刺镇痛的发现，有一种解释是与古代战争有关，那时人们使用弓箭作 战。当箭从受伤战士身上拔出时，在伤口处常常来回旋转，颇像今天的针灸手 法。令人费解的是战士有时会感到疼痛减轻。 针灸经络学说认为：经络运行气血、营养周身。一旦“寒气入经而稽迟， 泣而不行，客于脉# i - 贝u 血少，客于脉中则气不通，故卒然而痛”。当然跌仆、炎 症等亦可引起，但不外瘀血阻滞，所谓叼i 通则痛”。 针灸镇痛作用的特点，不仅提高痛阈和耐痛闽，还可降低情绪反应，既能 7 针灸镇痛机理及脑功能激活区定位算法研究 抑制体表痛，亦可抑制深部牵涉痛，既能降低痛觉分辨力，又能提高报痛标准。 针刺镇痛强度，临床实验证明，可提高痛阈耐痛闽值，且具有全身性作用， 时间一般在2 0 到4 0 m i n ，并在5 到1 0 m i n 即可获效。 针灸镇痛影响因素有：个体差异、穴位特异、针刺“得气”感觉、针刺时 间等。针刺镇痛是因为其穴位有9 5 在神经根，神经干径路及神经末梢附近， 完全符合现代医学痛觉产生的机制。 在6 0 年代，对针灸的机理研究主要采用电生理的方法。主要的认识是：( 1 ) 从痛闽测定结果来看，在针刺过程中及针刺后的一定时期，身体个代表区的体 表痛阈的确有一定提高。( 2 ) 针刺深部组织所引起的那种强烈而持久的所谓的 “酸、麻、重、胀”感觉，其本身虽是极不愉快的，但与疼痛感觉本身相比， 性质完全不同。从神经生理学的角度来看，我们早知道：传导痛觉信号的神经 纤维是c 纤维( 即最细的纤维) ，而传导“酸、麻、重、胀”的神经纤维是a 占 纤维。两者功能意义完全不同。神经生理学上有一个熟知的原理，即：直径最 小的c 纤维，则传导与痛觉有关的纤维的活动，趋向于抑制较细纤维的活动。 在本世纪7 0 年代，人们证实脑内存在类吗啡物质：脑啡肽，这是神经科学 近年来最伟大的发现之一。当这一物质被药物阻断后，则疼痛增加，针刺不在 那么有效。通过相同的机制吗啡可以模拟这种化学物质，使大脑产生大量吗啡 肽被释放的错觉。脑中并不存在痛觉中枢，而吗 肽在脊髓的不同部位均有发 现。 1 2 基于脑功能成像的方法研究针剌机理 针灸镇痛的物理机理还不清楚，新检测设备( f m r i ，p e t ，s p e c t ) 的出现为研究 针灸的机理提供了可能。美、德、英、意、中等国都在研究其机理，但在脑功 能激活区方面还有一定争论 9 ，2 5 。 脑高级功能具有复杂性的高度体现。因而，脑功能成像研究在方法学上具有 许多独特的地方。脑高级功能是心理长期研究的对象，所以脑功能成像研究中 大量的借鉴了心理学中较为成熟的设计思想和实验方法。针灸镇痛的机理研究 也不例外。脑功能成像技术是一门剐诞生不久的高新技术，该技术的出现为研 究针灸机理提供了可能。 足三里治疗胃脘疼痛，这些临床特点受到世界卫生组织的高度推重。当今社 第一章绪论 会医疗费用不断增长，药源性疾病不断增加，不管是发达国家还是发展中国家 都难于解决这个问题，因此，针灸治疗越来越受到广泛的关注几乎成为必然。 但长期以来针灸强调个人经验，其作用机理不甚明确，严重影响了针灸治疗在 国际上的推广和应用。因此，明确针刺作用的机理，减少针刺治疗的主观因素， 对降低医疗费用，减轻病人痛楚，促进针刺在世界范围内的广泛传播和应用， 都具有重大的意义 1 - 2 7 。 1 2 1 基于f m r i 成像研究针刺机理的国内现状 近年来，脑功能m r 成像( f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ，f m r i ) 已经被证实能够可靠地观察外界刺激引起的大脑皮层功能活动。基于血氧水平 依赖成像( b l o o do x y g e nl e v e ld e p e n d e n t ，简称b o l d ) 的f m r i 已经被用于显 示从运动和感觉皮层中枢到心理和认知活动的脑皮层中枢的形态和位置，已经 成为活体研究人脑高级皮层功能活动的重要手段，具有无创无辐射，图像分辨 率高，易与常规m r 解剖图像结合等特点，病人和志愿者易于接受检查，f m r i 已 经成为脑皮层功能活动的重要检查