基于EEG与fMRI的痛觉机制与针灸镇痛研究

论文摘要

疼痛是日常生活中最重要的感觉之一，痛觉本质的研究和机理性研究为疼痛的有效治疗和积极控制提供必要的保证。传统的中医技术针灸在疼痛治疗中显示了很好的应用潜力，针灸镇痛机理的研究与疗效的客观评价标准是中医现代化的主要内容。本论文主要借助电生理技术(EEG)与脑功能成像技术(fMRI)，从脑部神经电活动的调制和脑功能解剖学两个角度研究痛觉机制，并在此机基础上，研究针灸镇痛过程中脑电信号的特征变化和脑区功能代谢变化，以取得针灸镇痛的机理和潜在的客观评价标准。论文首先设计了疼痛诱发刺激对比实验，通过在左肩部注射当归注射液和等渗生理盐水，建立一种有效的人体疼痛刺激模式。接着提取了在这两种刺激前后脑电信号的四个频段(δ、θ、α、β)能量百分比特征以及脑电信号的双相干谱的峰值和体积特征，同时利用功能磁共振成像技术，研究刺激前后的脑功能区的反应。研究发现，在疼痛刺激过程中，脑电δ波呈上升趋势，而θ、α、β波呈下降趋势，疼痛对这四个频段的调制区域略有不同，但主要都集中在左额区，左颞区，左中央区，左顶区以及左右枕区，表明这些区域受痛信息调制最显著。双相干谱是高阶统计量特征，双相干谱的峰值直接反映了信号的不同频率分量间的相位耦合程度，而双相干谱的体积反映了信号相对于高斯随机分布的偏离度。研究显示它们对疼痛刺激非常敏感，和疼痛强度呈正相关性，表明疼痛刺激能够使得脑电信号的非高斯性增强，其主要反应区域为左右枕叶区，右额叶区。功能磁共振成像显示疼痛刺激能激活广泛的脑功能区，主要为前叶、枕叶、脑桥、中脑等部位，显示中枢系统的这些解剖区域与痛觉的形成具有密切的关系。结合上述脑电信号特征具有显著变化的脑区，两者具有很好的一致性。论文最后对针灸镇痛机理以及与脑电关联性进行了研究。探讨了各种针灸模式下(合谷穴经皮电刺激和手针刺激)脑电信号的变化以及脑功能区的变化，分析针刺模式对中枢系统的调制作用。研究表明，合谷穴经皮电刺激和手针刺激具有一定的镇痛效果，并且作为反应脑电信号能量分布比率的边缘频谱特征SEF90与针灸镇痛程度具有很好的正相关性，有望作为针灸镇痛程度的一个客观评价标准。论文比较分析了合谷穴手针刺激与经皮电刺激激活脑功能区的异同。研究表明手针刺激与经皮穴位电刺激镇痛是通过激活与痛觉调制相关的多个脑功能区而实现的，但手针刺激激活的区域要比经皮穴位电刺激更加广泛，激活的程度也更加强。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 疼痛问题发展及现状
• 1.2 疼痛的解剖生理学与调制机制
• 1.2.1 疼痛的解剖生理学
• 1.2.2 痛觉的调制机制
• 1.3 痛觉的电生理与脑功能成像研究
• 1.3.1 痛觉电生理与脑功能成像研究目标
• 1.3.2 痛觉电生理与脑功能成像技术
• 1.3.3 实验研究和临床应用进展
• 1.4 疼痛治疗的意义与针灸镇痛医学的发展
• 1.4.1 疼痛治疗的意义
• 1.4.2 针灸镇痛医学的发展
• 1.4.3 针灸镇痛的生物学研究
• 1.5 本论文研究目的、内容与意义
• 1.6 本论文框架结构
• 第二章 痛觉机理研究实验设计
• 2.1 实验设计需考虑的问题
• 2.1.1 刺激参数的考虑
• 2.1.2 响应的检测
• 2.1.3 对照实验设计
• 2.2 实验设计有效性分析
• 2.2.1 实验设计
• 2.2.2 VAS评分结果
• 2.2.3 结论
• 2.3 痛觉机理研究的脑电检测分析实验方案
• 2.3.1 研究对象
• 2.3.2 实验材料与脑电记录方法
• 2.3.3 实验分组设计与步骤
• 2.4 痛觉机理研究的磁共振成像分析实验方案
• 2.4.1 实验对象
• 2.4.2 实验材料
• 2.4.3 实验方法
• 2.5 小结
• 第三章 基于脑电信号功率谱分析的疼痛机理研究
• 3.1 脑电信号特征
• 3.2 脑电信号分析方法概述
• 3.2.1 线性分析方法
• 3.2.2 非线性分析方法
• 3.3 功率谱估计的Burg算法
• 3.4 实验结果分析
• 3.4.1 EEG频率分析和地形图分析
• 3.5 讨论与结论
• 第四章 基于脑电信号高阶谱分析的疼痛机理研究
• 4.1 高阶统计量分析
• 4.1.1 高阶统计量和高阶谱定义
• 4.2 双谱的估计方法
• 4.2.1 双谱非参数谱估计方法
• 4.2.2 双谱的参数法估计
• 4.2.3 双谱的对称性质
• 4.3 双相干谱的计算
• 4.4 双相干谱特征提取
• 4.5 特征参数的提取与分析
• 4.5.1 峰值特征提取
• 4.5.2 体积特征提取
• 4.6 结论
• 第五章 疼痛机理的磁共振成像研究
• 5.1 分析工具选择
• 5.1.1 SPM简介
• 5.1.2 SPM数据处理过程
• 5.2 分析结果
• 5.2.1 疼痛刺激激活的脑功能区分析
• 5.2.2 非疼痛刺激激活的脑功能区分析
• 5.3 讨论
• 5.3.1 fMRI在痛觉机理研究中的优势
• 5.3.2 脑功能区激活的fMRI分析
• 5.4 结论
• 第六章 针灸镇痛脑电关联性及机理研究
• 6.1 实验中相关问题说明
• 6.1.1 穴位的选择
• 6.1.2 针剌模式研究
• 6.1.3 疼痛诱发刺激技术
• 6.2 实验方案设计
• 6.2.1 针灸镇痛的脑电信号分析实验方案
• 6.2.2 针灸镇痛的磁共振成像分析实验方案
• 6.3 实验结果EEG分析
• 6.3.1 VAS评分结果
• 6.3.2 边缘频谱分析
• 6.3.3 双谱分析
• 6.4 实验结果fMRI分析
• 6.4.1 合谷穴手针刺激后激活的脑功能区分析
• 6.4.2 合谷穴经皮电刺激后激活的脑功能区分析
• 6.5 TEAS和手针刺激合谷穴脑功能激活区的比较
• 6.6 结论
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 论文主要创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 博士期间的研究成果