神经信息学与针刺机理透析

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【关键词】神经信息学；针刺机理

针灸的理论基础是经络,针灸临床治疗时的辨证归经、循经取穴、针刺补泻等,无不以经络理论为依据。近几十年来,国内外许多专家学者结合现代多种学科知识,综合运用各种现代科技手段,从不同的角度对针刺机理及经络的实质提出了种种假说,进行了有益的探索。但是,目前对针灸治病的作用机理尚不完全清楚,经络的实质问题尚未得到解决。神经科学和信息科学是当今自然科学研究的两大热点。神经信息学是这两大学科相结合的新兴的边缘学科,涉及医学、生物学、物理学、计算机学、数学、工程技术等多种学科。

先进的信息科学手段和神经科学研究相结合的神经信息学的提出和初步应用为针刺机理的研究提供了新的途径。

1经穴的神经信息学特征

人体信息是客观存在的,它的传输途径是经络,针刺疗法是一种信息输入法。当人体某些调节系统或部位发生病变失去稳态时,就必然在其相应的系统或部位产生异常信息。这种异常信息会通过一定的渠道(即经络)被传输到一定的体表(如穴位及一些特定部位)上来,从而出现压痛、松弛、凹陷、变色、结节状、条索状、电阻值改变等病理信息。这种信息的输出与反馈为信息诊断提供了客观指标,如皮肤凹陷提示慢性炎症、溃疡；点片状隆起或软组织增多提示慢性器质性改变；局部结节状隆起、色灰暗多提示肿瘤；病理反应点所居部位提示病位等。现代研究已经证实：经穴具有声学、光学、电学、磁学、温度、离子浓度等物理化学相对差异性；经穴与非经穴、经穴与经穴之间在临床疗效方面也存在相对特异性。

根据穴位-脏腑相关理论可知,穴位既是探知体内信息变化的一个窗口,又是接收外界负熵信息的一个入路。针刺疗法则根据此客观指标,结合四诊所得,获得人体信息状况,从而确定适当的刺激方式及刺激量,如补虚或是泻实,轻刺激或是重刺激,这些特殊的信息由反应病变的穴位输入人体。由于穴位与失稳的系统或部位特异性相关,此负熵信息能够迅速到达发生偏差的内脏、组织、器官,加上经过神经中枢修正、整合的负熵信息,来纠正和调整异常信息的偏离,从而起到精确的调节作用,临床针刺治疗当中出现的“气至病所”现象就是这种信息调衡作用的具体体现。可以说,针灸正是利用对人体失衡之信息系统进行间接调控,从而达到防病治病的一种信息疗法。针刺疗法的这种诊疗过程是符合信息接收、传递、存储、处理和反馈过程与控制规律的。

2神经信息学工具在针刺研究中的运用

神经信息学研究的主要工具,如脑功能成像(fMRI、PET、MEG、ERP等)的应用使我们能够通过观察脑血流、葡萄糖代谢和受体变化,从活体和整体水平了解针刺对人脑功能活动产生的影响。

近年来,针刺镇痛是针灸治疗作用机理研究中最深入的方面之一,其作用机制主要是通过神经传入,在脊髓水平抑制痛觉的传递,激活中枢的痛觉调制结构,释放阿片样物质和其他肽类物质来实现的[1]。李氏等[2]在针刺治疗坐骨神经痛患者的脑功能成像研究中证实了这一点：电针激活了疼痛的下行抑制系统从而产生镇痛作用；而内源性吗啡物质是参与电针镇痛的主要递质,但不同频率电针刺激可引起完全不同的内源性吗啡物质的分泌[1],手针与电针在大脑呈现出不同的信号特征。这种脑功能的变化与针刺时高度相关[3]。说明在可视性实验条件下,不同的刺激信号对大脑会产生不同的影响,也说明神经信息学工具在针刺镇痛研究中的具体运用,为揭示针刺机理提供了可视性实验依据。

在可视性实验条件下,穴位作为信息反应和接收装置,其特异性也得到了充分体现。尹氏等[3-4]研究发现,针刺足三里可以引起脑内植物神经中枢(视丘下部)局部血流和葡萄糖代谢增加,而胃肠运动是受植物神经支配的,这就为针刺足三里治疗胃肠疾病的中枢调节机制找到了可视性实验依据。针刺足三里还可以引起脑内额叶和颞叶代谢增加,这又为足三里具有调节精神智能的功效提供了根据。另有研究发现,针刺曲池引起中脑导水管、下丘脑、扣带回、尾核等边缘系统信号变化,为临床选用曲池治疗各种慢性疼痛疾病、胃肠道疾病、糖尿病提供了理论基础[5]。针刺四关可激活额叶及后扣带回,可能与治疗精神类疾病有关[6]。

这些研究结果说明了中枢神经系统在针刺神经信息调控中的重要作用。但是,针刺特定穴可引起多处脑区出现反应,有的脑区被激活,也有被抑制的,而且随着针具、穴位等刺激参数或影响因素的变化可能呈现出更为广泛和复杂的神经信息网络。通过细胞电生理和分子生物学技术,对针刺后脑功能发生变化的区域进行深入研究,发现这些核团的电生理、神经递质、内分泌激素和免疫相关因子也会产生非常复杂的变化。

3神经信息学方法为针刺机理的研究提供了新途径

脑功能成像、电生理学、细胞生物学、分子生物学和免疫组织化学等新方法、新技术的运用极大促进了我们从宏观、微观等不同的角度来研究人脑以及针刺机理,还可以从细胞、分子和基因等不同水平获得大量神经信息学的资料。而我们所面临的重要问题之一,就是能否减少不必要的重复性研究和避免人力物力的浪费,将先进的信息科学手段和神经生物科学的研究相结合,在神经生物科学大量复杂的实验结果的基础上,最大限度地利用这些实验数据,运用数据库、计算机技术等信息学手段对实验数据进行分析、加工、处理、整合及数学模拟,使得我们可能从现有的、海量的实验数据中找出神经信息获取、处理和整合的规律和法则,提出在各种刺激条件下,脑内信息加工的数学模型的实验假设和以计算机模拟脑内神经信息网络。如李氏[7]在神经信息流研究中,应用贝叶斯估计方法分析了癫痫患者临床信号,结果表明,该方法能判断出癫痫发作时各区域之间的影响方向,并揭示了癫痫传播机制。神经信息学专家认为,采用一种新的研究模式,即实验数据→数学理论→计算机模拟和预测→生物学实验验证→数学模型与验证后的理论,可以达到事半功倍的作用,从而发现新的规则。

所以,神经信息学为针刺机理和经络实质的研究提供了一种新途径,我们可以从神经信息和信息处理的观点来研究针刺机理,研究神经信息系统的载体形式,神经信息的产生、传输与加工,以及神经信息的编码、存储与提取机理等,并从系统和信息的观点建立以生物学实际为基础的人体生物网络模型。

【参考文献】

1]韩济生.针刺镇痛原理[M].上海：上海科技教育出版社,1999.63.

[2]李霁,张俊海,董竞成.针刺镇痛对坐骨神经痛患者脑功能成像的影响[J].上海针灸杂志,2007,26(8)：3－6.

[3]尹岭,金香兰.针刺足三里穴PET和fMRI脑功能成像的初步探讨[J].中国康复理论与实践,2002,8(9)：523－524.

[4]孙锦平,尹岭.针刺足三里穴的脑功能成像及动物实验研究[J].中国基础科学,2003,(2)：39－41.

[5]闫立平,孙忠人,谢兵,等.电针曲池穴脑功能性磁共振成像的表现[J].针灸临床杂志,2005,21(3)：61－63．

[6]王葳,李坤成,单保慈,等.针刺正常老年人“四关穴”的脑功能MRI研究[J].中国医学影像技术,2006,22(6)：829－832.

[7]李岩,李小俚,欧阳高翔,等.基于贝叶斯估计的神经信息流[J].科学通讯,2007,52(7)：848－853.