头皮针灸同步双任务步态增强前额叶皮层反应

摘要

该协议演示了头皮针灸同步运动-认知双重任务和运动-认知双重任务的标准化程序。这可为临床探索中西医结合的新型有效非药物治疗提供重要参考。

摘要

研究表明，运动-认知双重任务可以大大改善运动/认知功能。然而，运动-认知双重任务的治疗效果仍然有限。如何提升双任务性能是解决这个问题的关键。头皮针灸是中医的一种非药物干预方法，通过针刺头皮上大脑皮层功能的相应投影区来治疗脑源性疾病。研究表明，头皮针灸有助于改善神经元损伤和认知功能障碍，在中枢神经系统疾病中发挥神经保护功能。然而，没有相关研究讨论运动认知双重任务和头皮针灸的协同增益效应。因此，该方案旨在展示头皮针灸同步运动认知双重任务和运动认知双重任务的标准化作，并通过随机交叉试验比较健康受试者中这两项任务的差异。该方案初步揭示了头皮针灸同步运动-认知双重任务对认知表现、步态控制和皮质脑功能的可能影响机制，可为临床探索中西医结合的新型有效非药物治疗提供新思路和理论依据。

引言

运动-认知双重任务是指运动任务和认知任务的同步执行，需要运动和认知系统的同步参与 ^1,2。研究表明，与单一运动任务/认知任务相比，运动-认知双重任务可以大大改善运动/认知功能 ^3,4。Anson 等人 ⁵ 将 20 名帕金森病患者随机分为单任务组 （步态和认知训练） 和双任务组 （步态和认知训练同步） 进行为期 8 周的康复训练。结果显示，两组均可显著降低运动障碍协会-统一帕金森病评定量表运动分量表评分。尽管如此，双任务组的下降幅度更大，运动性能的改善可以持续至少 4 周。Shah 等人 ⁶ 将 224 名老年社区成员随机分为体育锻炼组、计算机认知训练组、运动认知训练组和空白对照组，进行为期 16 周的康复训练。所有受试者在训练前后都接受了正电子发射计算机断层扫描。结果发现，与其他 3 组相比，运动认知训练组语言记忆功能改善，左感觉运动皮层脑葡萄糖代谢显著增加。此外，该大脑区域较高的脑葡萄糖代谢与语言记忆的改善呈正相关，表明运动认知训练的特定组合可以改善认知并增加脑葡萄糖代谢。此外，在运动方面，运动-认知双重任务可以改善平衡功能并降低跌倒的风险 ^7,8。Amanda 等人 ⁹ 将 21 名帕金森病患者随机分为单任务组和双任务组，进行为期 8 周的康复训练。结果显示，两组运动功能临床评分均能显著改善，但只有双任务组可显著减少跌倒 60%。

然而，运动-认知双重任务是一种行为干预，尽管临床研究表明其治疗效果优于单一运动任务/认知任务，但运动-认知双重任务的治疗效果仍然有限。因此，提高双任务性能是解决这个问题的关键。目前，相关研究证明，基于运动认知双重任务的联合中枢干预可以提高运动-认知双重任务的表现 10,11,12,13。常见的中枢干预包括经颅直流电刺激 （tDCS） 和经颅磁刺激 （TMS）¹¹。然而，tDCS 或 TMS 不能与运动认知双重任务同步执行。只能在双重任务前后进行，且器械相对昂贵，导致临床推广有限。因此，提高双重任务表现的关键是找到一种可以与双重任务同步进行，并且具有类似于联合 tDCS 或 TMS 的治疗效果且价格合理的替代干预措施。研究发现，头皮针灸在某种程度上具有与 tDCS 相似的立竿见影的效果。Zhang 等人 ¹⁴ 探讨了 tDCS 和头皮针灸在工作记忆中的短期表现差异，并将 44 名大学生纳入随机交叉实验设计。结果显示，在 0-back 任务和 1-back 任务干预前后，tDCS 和头皮针灸的准确性 （ACC） 或反应时间没有统计学差异。提示头皮针灸对认知功能的治疗效果与 tDCS 相似。

头皮针灸是中医的一种非药物干预方法，通过针刺头皮上大脑皮层功能的相应投影区来治疗脑源性疾病。头皮针灸是世界卫生组织推荐的中风治疗方法之一，已被证明可以改善中风后认知障碍 （PSCI） 患者的认知功能¹⁵。研究表明，头皮针灸有助于改善神经元损伤和认知功能障碍，并在中枢神经系统疾病中发挥神经保护功能¹⁶。Chen 等人 ¹⁵ 将 56 名 PSCI 患者随机分配到治疗组（接受头皮针灸加药物治疗）或对照组（仅接受药物治疗），为期 4 周。研究结果发现，与仅接受药物治疗的患者相比，除药物治疗外，头皮针灸的应用显着改善了认知功能并增加了脑血红蛋白水平。Xiong 等人¹⁷ 将 70 例脑卒中后认知功能障碍患者随机分为头皮针灸组（头皮针灸 + 认知训练）和对照组（假头皮针灸 + 认知训练），进行为期 12 周的康复训练。结果发现，头皮针灸组简易精神状态检查 （MMSE） 、Loewenstein 职业治疗认知评估 （LOTCA） 和 Fugl-Meyer 评估 （FMA） 评分显著高于对照组，提示头皮针灸联合认知训练可改善脑卒中患者的认知和运动功能。

然而，没有相关研究讨论运动认知双重任务和头皮针灸的协同增益效应。因此，该方案旨在包括 39 名健康受试者，以展示头皮针灸同步运动认知双重任务和运动认知双重任务的标准化作，并通过随机交叉试验比较健康受试者中这两项任务的差异。利用 Gaitrite 步态分析系统和功能近红外光谱 （fNIRS） 来探索头皮针灸对同步双重任务的协同增益效应。该方案旨在揭示头皮针灸同步运动认知双重任务如何影响步态控制和皮质脑功能背后的机制，为临床探索新的有效非药物治疗提供新的思路和理论基础。

研究方案

本项目经广州医科大学附属第五医院医学伦理学分会批准（批准文号.KY01-2023-11-02） 于 2023 年 12 月 5 日。该试验于 2024 年 1 月 6 日在中国临床试验注册中心注册（注册号：NO. ChiCTR2400079574）。所有参与者均签署了知情同意书。

1. 招聘

1. 纳入标准
   1. 招募 20-35 岁的健康受试者。
   2. 使用蒙特利尔认知评估 （MoCA） ≥ 26¹⁸ 招募健康受试者。
   3. 招募没有精神病史的健康受试者。
   4. 招募没有失语症的健康受试者。
   5. 招募无明显器官功能损伤的健康受试者。
   6. 招募自愿签署知情同意书的健康受试者。
2. 排除标准
   1. 排除患有影响步态疾病的受试者，例如偏瘫、帕金森病、骨折、膝关节病变和下肢关节损伤。
   2. 排除有精神疾病史或抗精神病药物使用史的受试者。
   3. 排除妊娠期和哺乳期妇女。

2. 基线信息收集

1. 将受试者随机分为健康组 1 （n = 19） 和健康组 2 （n = 20）。
2. 收集两组的基线特征数据，包括性别、年龄、身高、体重、双侧腿长和 MoCA 评分。

3. 干预阶段

注意：告知受试者相关的实验程序、目的和注意事项，以确保实验的顺利进行和质量。

1. 健康组 1
   1. 运动-认知双重任务
      1. 让受试者站在人行道的起点，听计算机和研究人员的指示。
         注意：人行道来自 Gaitrite 步态分析系统。该系统是一条 4.6 m 长的电子步道，连接到 Windows XP 计算机的串行端口。人行道厚 1/8 英寸，包含 16,128 个传感器，夹在薄乙烯基顶盖和橡胶底部之间，传感器的有效面积为 0.61 m 宽和 3.66 m。人行道是便携式的，可以在实验结束时卷起，从而节省空间。
      2. 当听到计算机的 “stand” 提示时，让拍摄对象保持站立。这个过程持续 30 秒。
      3. 当受试者听到研究人员的“随机数-7”时，让受试者以自然舒适的速度沿着人行道行走，并口述从“随机数”中不断减去 7 的结果（例如，研究人员说“385-7”，受试者回答“385 减去 7 等于 378，另一个减 7 等于 371，另一个减 7 等于 364，” 等等”）。此过程持续 30 秒。记录认知任务的结果并计算计算总数、正确数字和 ACC。
         注意：随机数是 >300 的任何整数。
      4. 当听到计算机发出 “continue walking” 时，让被试停止计数，并继续行走 30 秒。
      5. 重复 3.1.1.3-3.1.1.4 完成「随机数-7」认知任务 3 次。
      6. 让被试在听到 “end” 时停止行走。实验结束了。
   2. 头皮针灸同步运动-认知双重任务
      注意：“头皮针灸同步运动认知双重任务”将在 1 周清除后进行。“运动认知双重任务”和“头皮针灸同步运动认知双重任务”任务分别进行，中间有一周的清除期。该实验是一项随机交叉试验，同一个体在不同阶段接受不同的干预。清除期是第一阶段的效果完全消失后的第二阶段治疗。清除期可防止第一阶段的治疗效果影响第二阶段，使实验结果更加准确。
      1. 选择百惠¹⁹、神亭²⁰ 和四神丛²¹ 作为关键穴位（图 1）。
         注：百会、神亭穴为生命经络，四神聪属于超穴;穴位针灸可以调节身体的“阳”，唤醒大脑，平静精神，提高认知功能 19,20,21。百惠穴位于头部发际线的中间，笔直向上 5 英寸（16.7 厘米），大约是两个耳尖之间连接的中点，头部中线与双侧耳尖的交点。百会穴针灸可改善记忆力减退、头晕、头痛、心悸等症状¹⁹.神亭穴位于头部发际线中间 0.5 英寸（1.7 厘米），位于头部中线，前发际线中点上方 1.7 厘米。针灸在神亭点可用于治疗头痛、头晕、失眠、鼻深、鼻炎、癫痫、记忆力减退、精神分裂症等症状²⁰.四神聪是一组四个穴位，位于头顶百会穴的前后、左、右 1 英寸（3.3 厘米），共有四个穴位。每个点都围绕百会点布置，每个点距离百会点约 1 英寸（3.3 厘米）。四神聪针灸可用于治疗头痛、失眠、眩晕、神经衰弱、健忘等症状²¹。
      2. 用酒精对穴位皮肤进行消毒，并从中心向外绕圈消毒。
      3. 取一根 1.5 英寸的针头 （5 cm），将其放置在帽腱膜下方与皮肤成 15° 角的位置。将针头插入 1 英寸（3.3 厘米）的深度，将其拧至“得气”1 分钟，然后离开针头。
         注：当神霆、前神聪、百惠进入头皮时，针尖向前，左右神聪和后神瀠的尖端朝向百惠。后续处理步骤与 3.1.1.1-3.1.1.6 相同。“得气”是一种独特的复合感觉，被解释为“气”或“生命能量”的流动。“得气”可表现为疼痛、酸痛、肿胀、沉重、温热、钝痛、麻木等²².
2. 健康组 2
   注意：健康组 2 的干预顺序与健康组 1 的干预顺序相反。
   1. 头皮针灸同步运动-认知双重任务
      1. 按照步骤 3.1.2 中的说明执行实验程序。
   2. 运动-认知双重任务
      1. 按照步骤 3.1.1 中的说明执行实验程序。

4. 评估

1. 步态分析系统
   确保研究人员提前掌握设备作技能，包括 Gaitrite 的工作原理、适用范围、受试者要求和实验作规范，并熟悉预防措施，例如确保受试者在行走时的安全和防止跌倒的风险。
   1. 科目准备
      1. 为受试者准备合适的实验服，将裤腿折叠在受试者踝关节上方，以避免干扰步态参数的收集。
      2. 测量被试者的左腿和右腿的长度。
         注意：受试者双腿分开与肩同宽站立，受试者的左腿或右腿转子与地面之间的垂直距离被视为腿长。
      3. 让受试者站在人行道的起点，听计算机和研究人员的指示。
   2. 软件作
      1. 打开软件 Gaitrite，点击 新建主题 按钮，输入主题的基本信息（姓名、性别、年龄、身高、体重、左右腿长）。
      2. 单击 New Test 按钮创建测试任务。
   3. 步态参数采集
      1. 让受试者站在人行道的起点，并解释实验是如何进行的。
         注意：受试者需要从人行道的一侧走到另一侧，作为试验，起点和终点应在人行道之外。总共将进行 3-4 次试验。
      2. 单击 Start Walk 按钮以同步步态数据收集。
         注意：在每次试用开始之前，都需要按下 Start Walk 按钮。分别收集受试者在 “运动-认知双重任务” 和 “头皮针灸同步运动-认知双重任务 ”期间的步态数据。具体的步态数据包括行走时间、步长、步长、步长/肢体、Cycle_Time、步长、脚跟-脚跟基础支撑、脚趾角度、步幅速度、步幅速度、左：右脚步长比、左：右脚步长比、左：右脚循环时间比、功能曲线、使用腿长标准化的速度、周期的摆动百分比、 挥杆时间、Swing_Time、站姿循环百分比、站姿时间、单次支撑周期百分比、单支撑时间、双支撑循环百分比、双支撑时间、脚跟关闭时间、脚跟关闭百分比、双支撑负载时间、双支撑负载百分比步态循环、双支撑卸载时间、双支撑卸载百分比步态循环。
      3. 点击 Save 按钮保存数据。每个受试者都将具有两项步行任务的步态数据。
2. 同步 fNIRS 脑功能评估
   1. 感兴趣区域选择
      1. 根据 10-20 系统设置源和检测器。总共放置 10 个源和 12 个检测器。设置协议以监测以下 6 个感兴趣区域 （ROI），包括双侧背外侧前额叶皮层 （DLPFC）、背外侧启动子皮层 （PMC） 和背外侧初级运动皮层 （M1）。
         注意：DLPFC 主要负责认知、情感和感觉处理;PMC 涉及运动规划;M1 负责移动执行 23,24,25,26。
   2. 研究人员准备
      1. 确保研究人员接受过培训，掌握 fNIRS 设备作技能，熟悉实验作规程和注意事项，确保数据采集结果准确真实。
   3. 科目准备
      1. 在主题上戴上 fNIRS 帽。
      2. 确保 Cz 点位置正确。
         注：fNIRS 帽上的 Cz 点位于从前额到枕叶的帽中线的第四个点。受试者头部的 Cz 点位于鼻根和枕骨处理器的交点，即上耳窝（耳锥）的交点。
      3. 调整 fNIRS 帽的位置，使拍摄对象头部的 Cz 点与帽上的 Cz 点重合。
      4. 根据被试者头骨的大小收紧耳罩两侧的带子，使被试者的耳朵从缝隙中伸出。
      5. 将便携式 fNIRS 背包放在受试者身上，并确保背包不会影响受试者的正常行走。
      6. 当拍摄对象准备好执行任务时，打开 fNIRS 背包上的电源按钮。
      7. 让受试者站在人行道的起点，听电脑和研究人员的声音。
   4. 软件准备
      1. 打开 Nirsmart 软件，选择实验范例，输入主题信息和备注（姓名、性别、年龄、任务类型）。
      2. 单击 Pre-acquisition 以测试所有大脑通道的信号源质量。假设信号源质量不是最佳的（大脑区域中的通道标记为绿色，表示信号源质量是最佳的）。在这种情况下，请用发丝将拍摄对象的头发推开，以调整拍摄对象的头发。
      3. 单击 “Automatic Gain”（自动增益 ）按钮，当所有大脑通道的信号源质量最佳时完成采集。
   5. fNIRS 脑功能数据采集
      1. 让拍摄对象站在人行道的起点。通过单击 fNIRS Start 按钮同步收集脑功能数据。
         注意：fNIRS 大脑功能与 Gaitrite 步态分析系统同步以进行数据采集。当受试者执行第 3 节中提到的任务时，这两个系统同时使用。
      2. 单击 fNIRS End 按钮，在实验结束时保存数据。

5. 统计分析

1. 使用统计分析软件分析所有数据。检验 Kolmogorov-Smirnov 测量数据的正态性。将正态分布的数据表示为均值±标准差，将非正态分布的数据表示为中位数（四分位数距离）。
2. 对于符合正态分布的数据，使用配对样本 T 检验比较两种干预方法对结果的影响。
3. 使用秩和检验比较不符合正态分布的数据。使用 χ² 检验来比较数据的采用率或构成比率。将 P < 0.05 视为统计显著性。

结果

该方案采用随机对照交叉设计，招募了 39 名年龄在 20 至 35 岁之间的健康受试者，包括 14 名男性和 25 名女性。这些参与者被随机分配到健康组 1 （n = 19） 和健康组 2 （n = 20）。收集了两组的基线数据（表 1）。两组间在性别、年龄、身高、体重、左右腿长度和 MoCA 评估评分方面差异均无统计学意义 （ 均 P > 0.05）。

认知任务结果?...

讨论

以前的研究还没有看到将头皮针灸与运动认知双重任务相结合”。该方案探讨了同步运动-认知双重任务结合头皮针灸的协同增益效应。它检查了头皮针灸同步运动认知双重任务和运动认知双重任务之间的治疗差异。头皮针灸手术是该方案的关键技术。百会穴、神庭穴、四神聪被选为关键穴位。百会穴和神庭穴是重要的经络，有助于提神醒脑、安宁心灵和缓解与脑功能障?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Disposable acupuncture needles	Huan Qiu, China	N/A	Scalp acupuncture
GAITRite	CIR Systems Inc, America	https://www.gaitrite.com/	Gaitrite gait analysis system
NirSmart-500	Hui Chuang, China	N/A	fNIRS