基于靜息態(tài)功能磁共振成像的慢性下腰痛患者不同腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)變化研究進(jìn)展

鐘向凱，邱志強(qiáng)，楊麒民，杜勇

川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，四川 南充 637000

慢性下腰痛（chronic low back pain，CLBP）是世界范圍內(nèi)致殘障的主要原因之一，臨床表現(xiàn)為持續(xù)3 個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間的背部或腰骶區(qū)域疼痛和不適，可同時(shí)伴有下肢放射痛［1-2］。近年來(lái)，靜息態(tài)功能磁共振成像（Resting State Functional Magnetic Resonance Imaging，RS-fMRI）技術(shù)憑借無(wú)電離輻射、可重復(fù)、易定位等優(yōu)點(diǎn)［3］，在疼痛醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，也將CLBP 的研究從局部病理機(jī)制帶向了與腦部功能活動(dòng)聯(lián)系的探索中，為尋找潛在的中樞干預(yù)途徑和治療靶點(diǎn)提供可能。RS-fMRI 可以在受試者完全靜息的狀態(tài)下測(cè)量大腦網(wǎng)絡(luò)的自發(fā)活動(dòng)，以此觀察相關(guān)腦功能區(qū)的變化情況［3］。在RS-fMRI 的數(shù)據(jù)分析方法中，功能分離法［4］依據(jù)認(rèn)知功能不同的可將大腦劃分為不同腦區(qū)，包括額葉、顳葉、頂葉、枕葉、扣帶回/島葉、基底節(jié)、小腦等，著重分析不同腦區(qū)各自的功能變化［5］。其中，低頻振蕩振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）和局部一致性（regional homogeneity，ReHo）是衡量局部神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)強(qiáng)弱的有效指標(biāo)，具有較好的重復(fù)性和生理意義。ALFF 可基于能量角度反映腦組織在一定頻段內(nèi)的自發(fā)活動(dòng)，ALFF值的增高與減低代表著相應(yīng)區(qū)域自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的水平［6］。ReHo 主要描述獨(dú)立體素與周圍相鄰體素時(shí)間序列的同步性，是評(píng)價(jià)靜息狀態(tài)下神經(jīng)元活動(dòng)協(xié)調(diào)性的可靠指標(biāo)［7］。Re-Ho 值的變化提示相應(yīng)腦區(qū)同步活動(dòng)的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)機(jī)制可能存在異常。目前已有許多學(xué)者利用ALFF和ReHo 分析方法對(duì)CLBP 患者的腦自發(fā)活動(dòng)變化做出了大量研究，然而各研究的結(jié)果缺少統(tǒng)一性的結(jié)論，使得CLBP 患者疼痛的中樞神經(jīng)機(jī)制仍然存在爭(zhēng)議?，F(xiàn)將基于RS-fMRI 的CLBP 患者不同腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)變化研究進(jìn)展綜述如下。

1 額葉自發(fā)活動(dòng)變化

額葉是人類大腦中最大的一葉，由前額葉和位于中央溝之前的初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、前運(yùn)動(dòng)區(qū)組成［8］。前額葉皮層對(duì)復(fù)雜的認(rèn)知行為、決策、個(gè)性表達(dá)以及社會(huì)行為具有重要影響。已有研究［9］證實(shí)，前額葉皮層是疼痛腦網(wǎng)絡(luò)的一部分，主要參與調(diào)節(jié)病理性痛覺(jué)信息的傳入。部分研究［10-12］發(fā)現(xiàn)，CLBP 患者在靜息狀態(tài)下右側(cè)額下回的ALFF 值以及經(jīng)降噪換算得到的分?jǐn)?shù)低頻振幅（fractional ALFF，fALFF）值出現(xiàn)了增高，這也同時(shí)存在于胡蘭等［13-14］采用ReHo 分析方法的研究中；此外右側(cè)額中回、雙側(cè)眶額皮層的自發(fā)腦活動(dòng)增高也可見(jiàn)報(bào)道［13，15］。而前額葉中腦功能活動(dòng)減低區(qū)域多見(jiàn)于右側(cè)額上回［10，12，15］。前額葉皮質(zhì)是下行抑制系統(tǒng)的重要部分，眶額皮質(zhì)功能活動(dòng)的異常改變，將影響下行抑制系統(tǒng)的正常激活。當(dāng)上下行系統(tǒng)的調(diào)節(jié)通路失衡時(shí)，將導(dǎo)致疼痛感覺(jué)的持續(xù)產(chǎn)生。相關(guān)研究［16］發(fā)現(xiàn)，積極情緒的反應(yīng)多與左側(cè)前額葉相關(guān)，而右側(cè)前額葉多與負(fù)性情緒及情感退縮有關(guān)。上述研究中自發(fā)腦活動(dòng)異常改變多位于右側(cè)前額葉，可能與慢性疼痛相關(guān)的負(fù)性情緒及回避反應(yīng)的產(chǎn)生增加有關(guān)。朱園園等［14］研究發(fā)現(xiàn)，CLBP患者右側(cè)眶部額下回ReHo值的增加與疼痛病程存在顯著的正相關(guān)，推測(cè)ReHo 值的變化可作為評(píng)估病程長(zhǎng)短的指標(biāo)。

2 顳葉自發(fā)活動(dòng)變化

顳葉是初級(jí)和次級(jí)聽(tīng)覺(jué)皮層的所在地，對(duì)情緒、記憶等高級(jí)精神活動(dòng)具有重要影響。近年來(lái)，顳葉也被認(rèn)為是中樞疼痛整合的腦區(qū)之一［17］。相關(guān)研究［11，18-20］指出，與健康對(duì)照組相比，CLBP 患者顳葉的ALFF 值顯著增高，且多發(fā)生于雙側(cè)顳下回與顳中回，這進(jìn)一步證實(shí)了疼痛患者記憶以及情緒調(diào)節(jié)存在異常。顳中回和顳下回分別參與距離相關(guān)信息的視覺(jué)處理和空間感知，在CLBP 患者中，由于椎間盤(pán)突出導(dǎo)致的神經(jīng)根壓迫常引起腿部麻木，來(lái)自下肢的空間信息輸入減少或局部區(qū)域效率減低可能是相關(guān)腦區(qū)ALFF 值增加的原因。海馬旁回是邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，與疼痛記憶的重新激活和疼痛敏感性有關(guān)［21］。部分研究［10-12，14，22］報(bào)導(dǎo)了在CLBP 患者中海馬旁回的ALFF/ReHo值也有所升高，該區(qū)域的功能活動(dòng)增強(qiáng)表明在疼痛狀態(tài)下，信息編碼和整合的功能得到提升，但這也可能與情緒調(diào)控機(jī)制的能力減弱有關(guān)，從而影響了對(duì)疼痛感知的調(diào)節(jié)［23］。

3 頂葉自發(fā)活動(dòng)變化

頂葉由第一軀體感覺(jué)區(qū)、頂上區(qū)及頂下區(qū)構(gòu)成，與肢體的精巧運(yùn)動(dòng)、本體覺(jué)等復(fù)雜感覺(jué)有關(guān)。有研究［11，24］報(bào)道了CLBP 患者相較于健康人在初級(jí)軀體感覺(jué)皮層的ALFF 值顯著升高。作為外側(cè)疼痛系統(tǒng)的重要組成部分，初級(jí)軀體感覺(jué)皮層主要參與疼痛感知編碼，在受到來(lái)源于外周的疼痛或感覺(jué)異常激活后，通過(guò)影響大腦皮層水平的相互作用參與認(rèn)知的形成［25-26］。章勇等［20］在多頻段上對(duì)椎間盤(pán)突出繼發(fā)腰腿痛患者的腦活動(dòng)改變分別進(jìn)行ALFF與ReHo分析，發(fā)現(xiàn)在兩種分析方法下受試者雙側(cè)楔前葉、右側(cè)頂下小葉/中央后回的腦自發(fā)活動(dòng)均有降低，與ZHOU 等［19］研究一致，且發(fā)現(xiàn)LBLP 患者雙側(cè)楔前葉的ALFF 值降低與疼痛強(qiáng)度評(píng)分呈正相關(guān)。作為與疼痛整合密切相關(guān)的腦區(qū)，楔前葉的腦自發(fā)活動(dòng)減少可能介導(dǎo)對(duì)疼痛的適應(yīng)性處理，進(jìn)而影響個(gè)體的疼痛體驗(yàn)和情感反應(yīng)［27］。在默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中，楔前葉并未參與疼痛的實(shí)際表征，因此其活動(dòng)變化可用于預(yù)測(cè)個(gè)體的疼痛敏感性差異。

4 枕葉自發(fā)活動(dòng)變化

枕葉與視覺(jué)信息的處理有關(guān)。有研究［10］發(fā)現(xiàn)，腰背痛狀態(tài)下雙側(cè)枕中回的區(qū)域神經(jīng)元活動(dòng)振幅下降，推測(cè)慢性疼痛可能導(dǎo)致枕葉與扣帶回之間信息傳遞功能出現(xiàn)異常。然而在ZHOU 等［18］的研究中卻得到相反結(jié)論，認(rèn)為在腰痛患者中，枕中回可能會(huì)被體感刺激所激活。另有研究［12-13］報(bào)道了右側(cè)舌回的腦自發(fā)活動(dòng)減低。在目前關(guān)于疼痛的腦功能研究中，關(guān)于舌回的功能鮮有報(bào)道。作為構(gòu)成視覺(jué)空間網(wǎng)絡(luò)的一部分，它主要參與環(huán)境信息的編碼和存儲(chǔ)［28］，并與威脅性信息的早期視覺(jué)處理有關(guān)。目前關(guān)于枕葉在疼痛中的研究較少且缺少一致性結(jié)論，其在腰背痛的病理生理機(jī)制中的作用和地位尚需進(jìn)一步研究。

5 扣帶回/島葉自發(fā)活動(dòng)變化

扣帶回及島葉是邊緣系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，而邊緣系統(tǒng)在啟動(dòng)和調(diào)節(jié)行為、情感反應(yīng)的復(fù)雜循環(huán)中發(fā)揮重要作用，參與情緒活動(dòng)、學(xué)習(xí)與記憶功能、嗅覺(jué)形成以及內(nèi)臟活動(dòng)的調(diào)節(jié)［29］。相關(guān)研究報(bào)道了CLBP 患者中前扣帶回的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)增強(qiáng)［13，18，22，24］，而在后扣帶回發(fā)現(xiàn)腦活動(dòng)減低［10-11，13］。在疼痛情緒信息的編碼與調(diào)制過(guò)程中，前扣帶回是不可或缺的一環(huán)。CLBP患者前扣帶回ReHo值的升高，提示慢性疼痛可能激活了前扣帶回對(duì)疼痛的調(diào)制及止痛作用。后扣帶回在負(fù)責(zé)提取情景記憶的環(huán)節(jié)中起到關(guān)鍵作用，也是情緒加工通路中的重要組成［30］。后扣帶回神經(jīng)活動(dòng)的減低可能與CLBP 患者存在記憶功能障礙有關(guān)。島葉具有感覺(jué)、情感、認(rèn)知等多維屬性［31］，是內(nèi)側(cè)痛覺(jué)系統(tǒng)的重要組成部分。島葉與疼痛預(yù)期有密切關(guān)系，對(duì)非傷害性刺激如嗅味覺(jué)等也有反應(yīng)［32］。島葉的腦自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)在基于ALFF 或ReHo 的研究中均可見(jiàn)報(bào)道［12-13］。右側(cè)島葉ReHo值的顯著升高可能與CLBP患者對(duì)疼痛相關(guān)信息的整合有關(guān)，而左側(cè)島葉ALFF 值的增高可能與慢性疼痛所伴隨的焦慮、抑郁等不良情緒有關(guān)。

6 基底節(jié)自發(fā)活動(dòng)變化

基底節(jié)是疼痛矩陣區(qū)域的一部分，并參與處理疼痛信號(hào)的各個(gè)方面，包括疼痛的動(dòng)機(jī)和運(yùn)動(dòng)反應(yīng)［33］。有研究［11，18］在腰椎間盤(pán)突出癥患者靜息態(tài)腦活動(dòng)分析中得到了雙側(cè)基底節(jié)ALFF 值降低的結(jié)果。另有研究［19-20］也報(bào)道了雙側(cè)尾狀核在CLBP 患者中腦自發(fā)活動(dòng)的減低?；咨窠?jīng)節(jié)不僅是神經(jīng)功能紊亂的主要部位，而且是嚴(yán)重抑郁癥、焦慮癥等精神疾病的主要部位［34］。CLBP 患者尾狀核神經(jīng)活動(dòng)的異常改變，可能與長(zhǎng)期疼痛所產(chǎn)生的焦慮、抑郁等負(fù)面情緒有關(guān)。然而在高燕［12］的研究中發(fā)現(xiàn)，CLBP患者尾狀核的ALFF 值較健康組增高。同時(shí)有研究［35］表明，基底神經(jīng)節(jié)參與認(rèn)知與情感調(diào)節(jié)，并在疼痛時(shí)激活。上述矛盾的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能受到較少的受試者數(shù)量或非統(tǒng)一的掃描參數(shù)等因素的影響，大樣本多中心的靜息態(tài)腦功能研究仍是未來(lái)慢性下腰痛腦功能機(jī)制探究的關(guān)鍵。

7 小腦自發(fā)活動(dòng)變化

小腦通過(guò)電、化學(xué)作用在疼痛的跨模態(tài)調(diào)制過(guò)程中發(fā)揮重要作用，同時(shí)還通過(guò)情緒、認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)控制參與疼痛加工整合［36-37］。目前國(guó)內(nèi)外部分研究［18-20］報(bào)道了在CLBP 患者的靜息態(tài)腦功能活動(dòng)中，右側(cè)小腦后葉的腦自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)。張珊珊等［10］也報(bào)道了腰背痛患者靜息狀態(tài)下雙側(cè)小腦扁桃體出現(xiàn)區(qū)域性fALFF 值增高，推測(cè)小腦對(duì)多種神經(jīng)行為的調(diào)節(jié)反應(yīng)可能受到持續(xù)疼痛刺激的影響，進(jìn)一步證實(shí)了小腦在情感、認(rèn)知加工及自我覺(jué)醒機(jī)制中起著重要的作用。小腦與運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、注意力等多種神經(jīng)系統(tǒng)行為有密切關(guān)系，可通過(guò)調(diào)節(jié)注意力以及感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)等相關(guān)反應(yīng)，使機(jī)體對(duì)已知刺激或新環(huán)境的感受處于最佳接受和分析狀態(tài)［38］。ROSENBERGER等［39］還發(fā)現(xiàn)，小腦功能的變化伴隨著初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層等區(qū)域的改變，提示在慢性疼痛中小腦與運(yùn)動(dòng)皮層的功能存在相互協(xié)調(diào)的作用。

綜上所述，CLBP患者在靜息狀態(tài)下的腦自發(fā)活動(dòng)改變涉及多個(gè)腦區(qū)，其中自發(fā)活動(dòng)在右側(cè)額下回、雙側(cè)顳下回、右側(cè)小腦后葉顯著增加，而自發(fā)活動(dòng)降低的腦區(qū)多位于右側(cè)楔前葉、右側(cè)頂下小葉及雙側(cè)中央后回。不同腦區(qū)的自發(fā)活動(dòng)改變提示其在慢性疼痛刺激的響應(yīng)、信息處理、功能調(diào)節(jié)中扮演著不同角色，RS-fMRI 技術(shù)憑借這一特點(diǎn)顛覆性地將CLBP的機(jī)制從局部病理研究帶向了對(duì)中樞腦功能調(diào)節(jié)的探索。然而目前的靜息態(tài)腦功能分析研究仍停留在小樣本層面，不同CLBP 的誘因、受試者的年齡分布以及數(shù)據(jù)分析方法的選擇可能導(dǎo)致了研究結(jié)果的差異，甚至在同一腦區(qū)存在截然相反的結(jié)論。未來(lái)的研究重點(diǎn)仍是如何建立更統(tǒng)一的RS-fMRI數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)，并納入更大樣本量的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，以提高統(tǒng)計(jì)效力。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面還需要探索更多與CLBP 治療干預(yù)相關(guān)的特征性腦功能改變及其對(duì)預(yù)后的預(yù)測(cè)作用。同時(shí)，將功能網(wǎng)絡(luò)與結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)緊密結(jié)合是探索疼痛傳導(dǎo)通路的有力手段，對(duì)明確慢性疼痛的中樞干預(yù)途徑意義重大。