针刺干预对睡眠剥夺人群工作记忆相关脑网络整合调节的功能磁共振研究

Sleep disorder can impair cognition, including working memory. According to the cognitive resource allocation model for sleep and wakefulness, the FPN and DMN are at the state of dynamic balance. Sleep disorder caused steady-state damage. Acupuncture is an effective intervention on sleep disorder. The neural mechanism may be through regulating the functional connectivity of FPN and DMN. We recruit thirty healthy subjects, undergo 24-hour sleep deprivation, choose Shenmen acupoint to needling and set shame acupoint as control, and N-back task as cognitive task. All subjects will undergo three times fMRI. We study working memory related networks abnormalities caused by sleep deprivation and neural mechanisms from aspects of BDNF levels, behavior, structure, resting state and task of MRI. Furthermore, we will apply the structural equation model to analysis mediation effect on brain function, hormone levels, which could interpret how the changes of brain structure and function, BDNF levels affect the path that sleep deprivation leading to working memory deficits. According to the mutual inhibited relationship of FPN and DMN, we indicate integrated mechanisms of acupuncture on sleep deprivation. Results of study will contribute to interpret the neural mechanisms of acupuncture on working memory deficits caused by sleep disorder.

睡眠障碍损害包括工作记忆在内的认知功能。基于睡眠与清醒的认知资源分配模型，在脑功能层面额顶网络与默认网络处于相互抑制的动态平衡中，睡眠障碍导致稳态破坏，工作记忆水平下降。针刺干预有效，可能是通过调节额顶网络、默认网络的功能连接和二者之间的耦合强度发挥作用。为此，选择规律睡眠健康人30例，进行24h睡眠剥夺，以针刺治疗睡眠和认知障碍的主穴神门穴为干预任务并设置假穴作为对照，以倒数N项测验为认知任务，先后进行3次功能磁共振扫描。对比分析被试睡眠剥夺前后的磁共振图像特征，从行为学、功能成像表征和脑源性神经生长因子水平三个维度，明确睡眠剥夺后的工作记忆异常表现、认知神经机制及生物学基础；对比分析针刺前后、真穴与旁开假穴的磁共振数据，围绕额顶网络与默认网络之间动态交互变化，阐明针刺干预对其工作记忆相关脑网络整合调节的作用机制。研究结果将为针刺干预睡眠障碍工作记忆损害的中枢效应机制提供数据支持。

睡眠障碍损害包括工作记忆在内的认知功能，针刺治疗有效但效应机制尚未明确。本项目应用功能磁共振成像技术，选择规律睡眠健康受试者进行24h睡眠剥夺，以功能磁共振分析方法，表达针刺神门穴促进睡眠剥夺后脑功能重塑的效应位点，探讨针刺对工作记忆脑网络的整合调节与中枢效应机制。研究过程中纳入规律睡眠健康受试者30例，分别完成静息态、任务态的磁共振成像、工作记忆行为学评价和血清脑源性神经营养因子检测。将采集的功能影像数据应用SPM12等软件包、DPABIsurf等软件包进行数据处理和统计分析，对比睡眠剥夺前后、针刺前后和真、假穴的功能表现特征。该项目研究结果主要包括三部分：（1）睡眠剥夺后工作记忆相关脑网络内多个脑区功能连接异常且与工作记忆行为学评价相关，针刺可调节工作记忆相关脑网络内多个异常脑区功能连接；（2）在大尺度脑网络层面，睡眠剥夺后多个脑网络间功能连接异常，针刺神门穴后可逆转部分异常的脑网络间功能连接；（3）在项目研究基础上开展基于图论分析的探索性研究，睡眠剥夺后反映全局和局部网络效率的指标下调且与认知行为学指标相关，但针刺神门穴后睡眠剥夺受试者异常的拓扑组织特征未发生变化。该项目的研究结论认为在睡眠剥夺后工作记忆相关脑网络内、网络间功能连接存在损伤的前提下，针刺神门穴仍能够调节相关脑区、脑网络的功能连接，促进工作记忆相关脑网络的功能重组，为针刺促进睡眠剥夺人群的工作记忆恢复的疗效机制提供了影像学证据。该项目的主体研究内容已按照课题计划书完成，研究过程中培养博士研究生1名、硕士研究生1名，发表SCI论文2篇，国内核心期刊论文2篇。