2013年首届全国fmri技术中西医结合应用研究培训课件27727tvns治疗抑郁症

电针耳迷走神经治疗抑郁症脑机理的fMRI研究

方继良

中国中医科学院广安门医院

全国首届fMRI技术中西医结合应用研究培训班

2013.07.27北京

研究背景国际上植入式迷走神经刺激方法用于治疗药物无效的抑郁症患者,取得了较为理想的疗效，2005年FDA批准临床应用。需要手术，副作用较多。

耳穴－迷走神经联系研究及其电刺激治疗抑郁症疗效观察针灸所在朱兵教授率领下，近年来在首次建立“耳穴－迷走神经联系”的基础上，成功研制了耳迷走神经电刺激仪。已用于治疗癫痫病及抑郁症,初步发现有一定疗效。我们的随机对照临床研究初步说明，电针耳甲部迷走神经（tVNS）治疗轻中度抑郁症有效。耳部外表解剖、耳穴图1957,Dr.PaulNogierFrance源于公元前500年的黄帝内经迷走神经刺激治疗抑郁症脑机理研究

目前，对于迷走神经侵入及非侵入刺激方法（iVNS，tVNS）产生的脑功能效应知之甚少。

数个研究组已经使用PET、SPECT及fMRIBOLD技术，初步探索了迷走神经刺激的脑效应。

文献显示部分结果相似，但也有较大的不一致性，主要因为方法学存在不统一，受试者的异源性及各自的局限性所致。

综合研究表明，VNS产生了即时及长期的脑区功能变化效应，这些变化的脑区既关联到迷走神经系统，也与神经精神疾病的发生相关。

SPECT发现，难治性抑郁症血流减低区为杏仁核、左海马、左前下扣带回、双侧前腹侧扣带束、右丘脑、脑干部，只有中额回血流增高。与选择性5羟色胺摄取抑制剂效应区相似。PET发现，难治性抑郁症iVNS与药物联合治疗3个月及12月，3月时，右侧扣带回头部及背外侧前额叶皮层代谢减低。12月时，左腹侧被盖区代谢减低，多巴胺源核团的激活，可能与抗抑郁疗效相关。fMRI发现，在9例重度抑郁3个月治疗后，脑内腹内侧前额叶出现了明显的负激活，与其他抗抑郁方法相似，此部位与其治疗效应相关。另外，右侧岛叶的激活强度与抑郁症状严重程度相关

脑成像研究iVNS发现脑边缘叶系统异常ZobelA,etal（2005).PsychiatryResearchConwayCR,etal（2012).BrainStimulationNahasZ,etal（2007).Neuropsychopharmacology脑边缘叶系统AdaptedfromCarpenterM.B.CoreTextofNeuroanatomy,4thEd.FParahippocampusAmygdalaCingulateCortexHippocampusSeptalNMPFCHyp

初步研究表明：迷走神经脑内联系

与边缘叶系统密切相关抑郁症边缘叶网络异常fMRI研究发现病人在海马、内侧额叶和内侧顶叶等多个默认网络区域以及尾状核区域具有活动增强这些增强与疾病的病程和汉密尔顿抑郁量表评分相关联ShelineYI,Raichle,ME.

PNAS2009西药治疗抑郁症fMRI研究发现西药能改善抑郁症患者存在的边缘系统-额叶皮层-纹状体-苍白球-丘脑脑网络异常。Theresultsofthisstudyareconsistentwiththehypothesisthatantidepressanttreatmentmayincreasecortico-limbicconnectivity,therebypossiblyincreasingtheregulatoryinfluenceofcorticalmood-regulatingregionsoverlimbicregions.

Anandetal.2006,Neuropsychopharmacology

对于tVNS脑功能成像研究，目前共3个，只局限于fMRI在正常受试者身上进行，目的在于对tVNS的可行性进行评估，观察左外耳道tVNS的即时脑效应，在使用刺激技术的方法上进行了探讨。一、8例正常人参加了外耳道迷走刺激时fMRI扫描另外6例正常人参加了左耳对照fMRI实验在迷走刺激组，发现明显广泛的边缘叶及颞区的信号减低区，如双侧杏仁核、旁海马、楔叶、中颞回、后扣带回、后中央叶、上额回及左海马；信号增强区为双侧岛叶及前中央回、右丘脑及右前扣带回。在对照组，显示旁中央叶及右旁海马区的信号减低，其他区域显示中央前回及上中额回信号增强。

KrausT,etal（2007).JNeuralTransmission非侵入迷走神经刺激（tVNS）脑中枢效应的脑功能研究KrausT2007tVNS-CONDietrichS,etal（2008).

BiomedTech激活区：脑干的蓝斑核、丘脑、左前额叶、双侧后中央回、左侧后扣带回及左岛叶，负激活区为右侧伏核、右侧小脑。作者认为蓝斑核、丘脑、左后扣带回的激活及伏核的负激活，与VNS抗抑郁及治疗情感相关疾病可能有关。二.2008年Dietrich等录入4位正常人，左侧外耳道刺激DietrichS,2008结果：前后外耳道壁出现了较多脑区的相反方向的信号改变，但两组共同激活了岛叶。前壁：旁海马、后扣带回、右丘脑均为负激活；前壁刺激与耳中部非迷走神经对照区比较，产生了强烈的蓝斑核及孤束核的负激活效应。后壁：未见统计学意义的脑干效应。作者认为此研究证实了以前的研究结果，迷走神经刺激产生了明显的边缘叶系统及脑干部的负激活。KrausT,etal（2013).BrainStimulation

三、2013年Kraus等左外耳道前后壁迷走区刺激各8位正常人的对比研究Ant-PostAnt-ShamKrausT2013

由于成像技术不同、实验人群的异源性，及刺激技术和方法的差异，导致结果的不一致，甚至矛盾；而且，脑功能成像研究费用高，导致大部分研究样本量局限在10个受试者以内，统计学意义有限；数据结果分析方法较单一，常为通用线性模型(GLM)得到激活及非激活脑区，未能在脑静息态脑网络改变方面提供多方面的信息；

均只研究了正常人的左侧迷走神经刺激的脑效应。目前fMRI研究tVNS脑效应的局限性采用fMRI技术，电刺激正常人及抑郁症病人右侧耳甲部迷走神经分布区，分析脑功能激活区及脑功能网络的变化。为“迷走神经刺激技术调制孤束核-边缘叶脑网络”的假说提供证据。研究目的研究对象

16名健康志愿者，9男7女，平均年龄23.8岁(18-27岁)22名轻中度抑郁症患者，6男16女，平均年龄37.3岁(18-58)。

实验通过了广安门医院伦理委员会批准，实验前每位受试者均填写知情同意书、MRI检查问卷，均无MRI扫描禁忌症。

研究内容(1)1.各组fMRI扫描时耳部电刺激感觉对比2.

fMRI任务态实验：（1）正常人组耳甲迷走电刺激的脑效应（2）正常人组上耳舟部对照电刺激的脑效应（3）抑郁症病人耳甲迷走刺激（tVNS）的脑效应3.正常人组孤束核脑功能网络分析：（1）刺激前静息态(rest1)扫描（2）tVNS扫描前后静息态(rest3-1)比较（3）CON刺激扫描前后静息态(rest3-1)比较（4）tVNS（rest3-1）vs.CON（rest3-1）脑功能网络差异（5）tVNS（EA6m）vs.CON（EA6m）电针6min脑网络差异研究内容(2)

4.正常人组三叉神经核脑功能网络分析：（1）刺激前静息态(rest1)扫描（2）tVNS扫描前后静息态(rest3-1)比较（3）CON刺激扫描前后静息态(rest3-1)比较（4）tVNS（rest3-1）vs.CON（rest3-1）脑功能网络差异（5）tVNS（EA6m）vs.CON（EA6m）电针6min脑网络差异研究方法(1)

耳部电针时的治疗及对照位置同临床采用电磁屏蔽的铜导线，其远端小无磁电极，用胶条固定两电极，相隔2cm华佗牌迷走刺激仪（TENS-200）放于扫描室门外研究方法(2)MRI扫描仪：GE1.5TSignaExciteII

fMRI脑功能试验具体扫描内容

（1）高清晰解剖像T1FSPGR（2）EPI功能像，静息态（rest1，6分钟）（3）EPI功能像，重复静息态（rest2，6分钟）（4）耳部断续通电扫描（Block1，6分钟）（5）重复以上刺激扫描（Block2，6分钟）（6）电针后不通电静息态扫描（rest3，6分钟）（7）耳部连续通电6分钟扫描（EA6m，6分钟）fMRI数据处理采用SPM8图像处理分析软件分析数据（1）一般线性模型（GLM）方法（2）重点分析感兴趣脑区部位，脑干的孤束核，三叉神经核，边缘叶系统

静息态脑功能网络联系分析方法:

采用麻省理工学院软件

，分别以脑干孤束核、三叉神经核为种子，以2mm为直径的球形点为中心，行全脑功能网络的相关分析。耳电针针感结果年龄、电流量比较

15名正常人，年龄（23.9±3.5岁），迷走、对照部电流量：6.47±0.54mA，6.87±0.41mA,t=-0.685,p=0.505,未见显著性差异。16例抑郁症病人，年龄（36.9±14岁）；电流量：5.93±0.36mA,电流量与正常人迷走刺激比较t=0.824,P=0.417,未见显著性差异。耳电针针感频率比较

p>0.05

针感强度比较

p>0.05

结果

fMRI脑功能变化

表1tVNS,CON激活、负激活脑区

30runs/15subjectsP<0.005,20Voxel耳甲迷走刺激与对照部刺激fMRI效应表(n=30runs/15subp0.00520Voxeluncorrected)fMRIresponsetotVNS&Con(n=30runs/15subp0.00520Voxeluncorrected)

tVNS(MNI)peakvoxel

Con(MNI)peakvoxelRegionSideActivationxyzTnumberRegionSideActivationxyzTnumberPi_BA40Rpositive33-52405.4862Fi_BA44Rpositive6017285.9585Lpositive-45-4636.8243Fm_BA8MLpositive-332435.7761SII_BA43,40Lpositive-39-13195.43195Pi_BA40Rpositive33-52405.6339FP_BA10Rpositive4541-54.4585Lpositive-33-52435.17146Ts_BA22Rpositive69-25163.68105Pc_BA6LLpositive-578105.09575Fi_BA44Rpositive631473.9840Fi_BA46Rpositive4838223.8228Lpositive-6017253.9324Lpositive-424144.6473Fi_BA47Lpositive-4832-23.720SupM_BA40Lpositive-57-55374.5228Ant_InsularLpositive-4511163.5627Ts_BA42Rpositive57-28223.5821Ps_BA7/Pc_BA4Rnegative15-58646.97489Tp_BA38/20Rnegative3014-264.9183ParaHipocampusRnegative27-28-206.0322Lnegative-3611-384.4955PCC_BA31,23,29,30Rnegative15-52225.85457Prcu_BA7MRnegative9-52614.83194HypothalamusRnegative6-7-25.5625MCC_BA32,24Lnegative-92464.6648Lnegative-22-113.9344PCC_BA23Lnegative-15-55224.5537Ti_BA20/TP_BA38Rnegative305-264.98280CerebellumLnegative-21-58-504.3232Lnegative-36-7-295.290FP_BA10Rnegative65314.2447VMPF_BA10Lnegative-1241-84.849Fs_BA6Rnegative9-1764.147CerebellumRnegative15-55-474.6648Cn_BA18Lnegative24-91103.8329Pc_BA6MidRnegative9-7524.6445MidBrainRnegative6-16-383.87MedullaLnegative-6-31-443.997

表2tVNSvs.CON激活图

30runs/15subjectsP=0.005,20Voxel

正常人tVNS与CON比较（(n=30/15,p0.005)Structure

MNIpeakvoxelcenterSideActivationxyzTnumberMidbrainRpositive12-13-144.067Cerebelum_Crus2Rpositive6-88-293.778TemporalPoleLpositive-4511-323.4311CuneusRpositive36-91195.0040InsulaRpositive48213.143SupFrontalBA6Rpositive632613.325表4抑郁症与正常人tVNS比较

抑郁症与正常人比较(n=32/16vs.30/15,p=0.005)Structure

MNIpeakvoxelcenterSideActivationxyzTnumberCerebelumRpositive15-55-476.0599Rpositive18-61-263.7497Ti_BA20Rpositive275-324.0923Tm_BA21Lpositive-395-353.7514ParaHpRpositive36-10-352.984Lpositive-36-7-293.6719HypoThRpositive6-4-53.5716TNLpositive-9-28-413.175BA17Rpositive18-8573.038Pi_BA40Rnegative51-55553.7815PrC_BA4Rnegative24-22523.6912FP_BA10Rnegative1844-53.448表3抑郁症耳甲迷走刺激fMRI信号变化

32runs/16subP=0.005,20Voxel抑郁症耳甲迷走刺激fMR信号变化表(n=32runs/16subp=0.00520Voxeluncorrected)

tVNS(MNI)peakvoxel

tVNS(MNI)peakvoxelRegionSideActivationxyzTnumberRegionSideActivationxyzTnumberBA40_SIILpositive-30-34224.8523Fi_BA45Lpositive-5129-25.07323Fm_BA8MRpositive4814434.7973Ts_BA22Lpositive-51-474.53continuePrC_BA6Rpositive482313.07continueFm_BA46Rpositive-4844193.64continueCerebellumLpositive-36-79-414.4925Fs_BA8Rpositive332463.7179CerebellumRpositive12-55-504.3324Orbit_BA11Rnegative1844-56.34309Angular_BA39Lpositive-48-64-324.2882FP_BA10Lnegative-1541-113.94continueBA19Lpositive-30-88-263.9continueFusif_BA20Rnegative30-31-205.4941BA19Rpositive15-79-295.87616PreCu_BA7Rnegative9-67405.0850Pi_BA40Lpositive-48-37346.1236BA25,NALnegative-211-84.0121ThalamusLpositive-14-10254.950HypothaLnegative-98-203.9136Prc_BA4Rpositive512135.33276Fm_BA6Rnegative3314613.7420BA43_SIIRpositive57-10164.41continue

图7耳甲部tVNS的激活及负激活图

30runs/15subjectsp=0.00520voxel

蓝色为负激活区，红色为激活区tVNS产生脑干孤束核明显负激活

图8负激活：NTS孤束核，PCC后扣带回耳甲部tVNS脑激活、负激活图

图91右杏仁核/旁海马2海马3岛叶图101体感二区2右海马3后扣带回4楔叶4下丘脑5右小脑图11对照组耳舟部电针激活、负激活图

30runs/15subjectsp=0.00520voxel

图12对照组电刺激的激活及负激活图

图12负激活：1左侧三叉神经中脑核2中扣带回图13负激活：1右侧锥体束及脑桥核2颞极3ACC3前楔回4右旁海马激活：4额上回BA8激活：4左侧SII图14实验组>对照组的脑激活区

p=0.005Voxel=3n=30runs/15sub实验组>对照组的脑激活区图151黑质2小脑3岛叶4颞中叶图16病人耳甲部tVNS脑激活、负激活区

n=32runs/16subp=0.00520voxel

病人耳甲部tVNS脑激活、负激活区

图17负激活：1双侧眶回2前扣带回图18负激活：1下丘脑2眶回激活：3小脑4岛盖部激活：3额下回4额上回5中央前回

图19激活：1双侧SII2岛盖部图20负激活：1右旁海马2梭回激活：3小脑病人耳甲部tVNS脑激活、负激活区

图21抑郁症与正常人比较

p=0.0053voxel

抑郁症与正常人比较

图22激活:1左三叉神经脊束核图23激活:右小脑6、9区2右小脑图24激活：1中扣带回2下丘脑图25激活：1旁海马2下丘脑3双侧颞下叶

抑郁症与正常人比较

图26孤束核为种子的脑功能网络连接

30runs/15subp=0.005,5voxel

图27孤束核脑网络

图27孤束核脑网络：1左孤束核与网状结构

2三叉神经核3小脑图28正常人tVNS刺激后孤束核网络的延后效应

（rest3-1）N=13p=0.0055voxeltVNS刺激后孤束核网络连接变化

图29tVNS刺激后孤束核网络连接增强区：1右兰斑核2中扣带3海马减低区：4眶回

对照组刺激后孤束核网络延后效应

图31对照组刺激后孤束核网络延后效应

1丘脑2后扣带回

图30对照组刺激后孤束核网络延后效应

（Rest3-1)N=13p=0.005,5voxel图34孤束核网络变化

治疗组-对照组6min刺激比较

p=0.005,5voxelNTSEA6m-CONEA6m

图351杏仁核

图361ACC2PCC3尾状核图37三叉神经核为种子的脑功能网络连接

30runs/15subp=0.005,5voxel

三叉神经核为种子的脑功能网络连接

图381TN2ACC3MCC4PCC5枕叶

图391左兰斑核2丘脑3黑质4三叉神经中脑核讨论耳针针感分析（1）本实验有别于既往手针及电针在躯体的针感研究，首次在耳电针（耳表皮电刺激）研究针感的发生情况。针感频率，发现在正常人两组电刺激的针感相似，正常人及抑郁症病人耳甲部针感也十分相似，麻刺、麻木、涨满最为常见。耳针强度，发现在正常人两组未见显著性差异，正常人及抑郁症病人也十分相似，主要为麻刺、麻木、涨满、酸痛感依次减弱。既往体针的电针效应为：胀满、麻木和酸感最常见和最明显。与本研究部分不同。Zhouetal2012JACM针感分析（2）

本研究在各组之间的操作技术、电流量基本一致的条件下产生了相似的针感。

另外，在神经分布来说，耳甲部以迷走神经、耳大神经分布为主，而耳廓部主要由耳大神经分布，耳部面积小，神经分布明显的交叉重叠。

在病人组无特别异常皮肤反应的背景下，两组未表现出显著差异，符合感觉神经生理学原理。

我们的结果与既往体针研究不同的可能原因：后者为四肢肌肉穴位手针或电针刺激，肌肉组织肌梭神经传导酸痛感。

我们的实验为耳部穴位的表皮电刺激，对Aβ及皮肤感觉纤维效果较明显，麻刺及麻木较易产生。耳部神经分布图PeukerET.etal.TheNerveSupplyoftheHumanAuricleClinicalAnatomy15:35–37(2002)正常人tVNS及对照组电针激活、负激活分析（1）1.我们试验即证实了iVNS及tVNS既往研究主要的边缘叶调制效应，又有新的发现。正常人迷走刺激的负激活区表现为广泛的边缘叶-旁边缘叶结构，直接观察到孤束核明显负激活。2.对照部耳舟电针刺激的负激活区较弥散，边缘叶脑结构涉及范围较小及强度较低，可见到中脑三叉神经核及中脑核负激活现象，其体感区及额叶背外皮层明显受到激活。3.两组比较，发现迷走刺激右额叶、岛叶、小脑、右枕叶视区，左颞极，右中脑核及黑质部更强烈的效应。正常人tVNS及对照组电针激活、负激活分析（2）1.Kraus等2007年首次比较左侧外耳道与耳廓中部刺激，在迷走刺激组，发现明显广泛的边缘叶及颞区的负激活区。与我们的实验边缘叶负激活相似，但我们直接看到了迷走脑干核团-孤束核及对照刺激三叉神经核的负激活，他们的首次实验未见脑干部的明确效应。2.

2013，Kraus又进行了左外耳道前后壁刺激比较研究，发现前壁刺激产生了强烈的蓝斑核及孤束核的负激活效应。3.2008年Dietrich等采用左侧外耳道刺激4位正常受试者，发现了蓝斑核、丘脑、左后扣带回的激活及伏核的负激活，认为与tVNS抗抑郁及治疗情感相关疾病可能有关。正常人tVNS及对照组电针激活、负激活分析（3）本次实验样本较前文献记载明显增大，达到15人共计30个实验，而且对照组为同组受试者。

得到的结果既证实了既往iVNS及tVNS效应脑功能成像相似的结果，前额叶及边缘叶系统明显的负激活。脑干部的明显负激活效应，这说明耳甲部与迷走初级中枢孤束核直接相关，对照部位耳舟受到三叉神经耳颞支的支配，也显示了三叉神经脊束核的效应。

脑干的刺激效应在部分VNS的PET及fMRI研究中未见到，可能是他们的样本量少及脑干图像数据分析能力不足所致，与刺激量可能也有关。迷走神经耳支解剖联系

迷走神经耳支是面神经、舌咽神经和迷走神经的混合。示踪显影神经形态学研究表明，迷走神经耳支纤维投射到迷走神经上核、孤束核，还有纤维投射到三叉神经脊束核。孤束核及三叉神经核横断面解剖、示意图孤束核、三叉神经核

针刺耳甲部的穴位通过刺激迷走神经耳支投射到NTS，之后效应如同iVNS效应相似，通过NTS发出的纤维多突触投射到延髓中部网状结构、臂旁核、蓝斑核、杏仁核、下丘脑、额眶回等的结构，对大脑产生弥散性的影响。孤束核大脑投射示意图抑郁症病人tVNS激活、负激活分析1.tVNS抑郁症病人：边缘叶系统脑区及额眶回明显负激活。

既往抑郁症研究显示，其杏仁核，海马，下丘脑，前扣带与额前叶皮层功能连接异常，边缘叶系统异常兴奋。tVNS对此区域的调制效应可能与其抗抑郁有关联。2.抑郁症病人与正常人比较，出现了右小脑部、双侧旁海马、颞中下回、下丘脑、左侧三叉神经核、初级视皮层的明显激活高信号区。3.在外周tVNS刺激量相似的情况下，可能体现了抑郁症感觉情绪的异常现象，感觉刺激信号在小脑内的处理加工及输出可能较正常人复杂。

MaybergHS,etal.1999AmJPsychiatry

DrevetsWC,etal.2008BrainStructralFunction抑郁症病人小脑功能变化

既往小脑一直被认为是控制运动神经的重要脑区。而近年来认识到，也部分有认知与情感的功能。研究发现，小脑退行性变疾病患者会出现心境障碍和人格改变。

Fu等用氟西汀治疗后的fMRI研究，显示抑郁症症状的改善与前扣带回皮层、纹状体腹侧及小脑活动有关。本研究抑郁症病人较正常人，出现了右小脑部明显的激活区。推测小脑与情绪加工有关的神经解剖环路结构如前扣带回、旁海马、下丘脑等结构一起在抑郁症发病机制中起重要作用，也可能与tVNS治疗抑郁症机制密切相关，需要疗后数据的支持。Leroi，eta1．2002AmJPsychiatryFuCH,eta1．2007AmJPsychiatry抑郁症与正常人比较

图22激活:1左三叉神经脊束核图23激活:右小脑6、9区2右小脑脑静息态孤束核脑功能网络特点1.以孤束核为中心种子点，发现了与其功能密切相关的网状结构：三叉神经核，小脑，双侧颞下回，岛叶，前额叶外侧皮层，丘脑，中央前回运动区及辅助运动区广泛的功能联系，这些与孤束核纤维联系的形态学研究结果部分吻合。2.我们观察到tVNS刺激后存在即时后效应，孤束核与海马、旁海马区，中扣带回，前额叶外侧回，特别是脑干蓝斑核区有明显的功能网络增强改变。3.在Kraus的2013年tVNS研究中，发现了明显的蓝斑核区负激活现象，而2008年Dietrich的4例正常人研究显示为激活效应。tVNS刺激后孤束核网络连接变化

图29tVNS刺激后孤束核网络连接增强区：1右兰斑核2中扣带3海马减低区：4眶回

tVNS刺激后孤束核-蓝斑核网络增强

蓝斑核（LocusCoeruleus）是去甲肾上腺素能神经