1. 前言
穴位针灸是一种传统的中医治疗技术，通过对人体特定的穴位进行物理刺激来达到治疗疾病和保健目的。经皮穴位电刺激(Transcutaneous Electrical Acupoint Stimulation, TEAS)作为传统针灸疗法的现代化延伸，融合了经络理论与神经电生理学技术，是一种通过电极贴片对特定穴位施加低频电流，模拟针灸的物理刺激效应的非侵入性治疗方法(何庆标等，2024；李莹飔等，2023；赵倩文等，2024)。
TEAS不仅避免了传统针刺的侵入性限制，还实现了刺激强度的精准量化。TEAS通过电流刺激人体经络系统，调节机体内部的生理过程，从而达到治疗目的。研究发现，TEAS可以调节神经递质释放、内分泌功能和免疫应答(Hou et al., 2019; Wang et al., 2018)。
TEAS常在临床上作为一种辅助的镇静手段，在术前缓解患者焦虑情绪，术中减少麻醉药用量，并减轻术后并发症(牟玉庆等，2017)。Chen等(2020)将80例肺癌患者随机分为TEAS组和假TEAS组，联合麻醉药物进行研究，运用视觉模拟量表(VAS)进行疼痛水平的测量。结果显示TEAS组患者术后6、24、48小时的VAS评分显著降低，术后舒芬太尼用量降低，患者自控静脉镇痛的使用次数和有效率降低，术后并发症有效缓解，说明TEAS是术后镇静镇痛的一种可行方法。牛聪等(2021)对髋关节置换术患者的合谷、内关穴进行30分钟的TEAS，同样发现接受电刺激的实验组血浆肾上腺素、去甲肾上腺素浓度降低，β-内啡肽浓度升高，且实验组发生苏醒期躁动的比例明显少于对照组。提示TEAS有利于增加内源性阿片类物质释放，减轻应激反应，有利于苏醒期血流动力学平稳，可有效预防术后苏醒期躁动。这些研究说明，TEAS在临床上作为一种辅助麻醉镇静的手段起到了良好的效果。
除了在临床上作为镇静手段外，TEAS对健康人也具有镇静和缓解焦虑的作用。王明山等(2007)的研究发现，对健康被试进行TEAS后，心率及平均动脉压显著下降，同时血管紧张素II和皮质醇浓度也较基础值有显著下降，这可能是由于TEAS对交感神经系统和肾素–血管紧张素(RAS)具有抑制作用。
为了进一步揭示TEAS镇静作用的机制，研究者采用了功能磁共振脑成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)和脑电(electroencephalogram, EEG)技术对TEAS的镇静作用进行脑机制的研究。Jiang等(2012)采用双回声动脉自旋标记(ASL)技术收集fMRI数据。研究对40名被试进行30分钟的电刺激。刺激后，全脑平均血流量减少，在初级体感皮层、岛叶、颞叶上沟、后扣带皮层和额下回尤为明显。同时，脑默认网络(DMN)和感觉运动网络(SMN)的连接更稳定，空间性有所扩展。结果表明，TEAS对区域大脑活动和网络连接的调节可能与针灸相关的治疗效果有关。
在TEAS的脑电研究中，脑电双频指数(BIS)是一个比较常用的指标，可以有效反映皮层镇静程度，从清醒到自然睡眠状态与清醒到麻醉状态的情况下BIS值变化均表现出显著的降低。对健康被试的研究发现，经过TEAS后，被试的BIS值均显著降低，被试明显处于放松且嗜睡状态。说明TEAS对健康个体同样可以产生一定的镇静作用(胡涛等，2020；Jiang et al., 2012)。在一项脑电研究中，Li等(2014)对右侧足三里穴位进行微电流TEAS，发现大脑左额叶区的EEG信号δ频带功率升高。δ波可在婴儿熟睡或成年人极度疲劳状态下被记录到，δ频带功率升高说明个体在接受了TEAS后处于疲劳和睡眠等安静的状态。Yi等(2013)也得出了相同的结果，并发现该变化在额叶与中央区较为明显。
脑电研究表明，对穴位进行电刺激后，EEG低频成分(δ)能量升高，而变化较大的脑区(如额叶)与思维、感觉相关。在神经电生理层面，事件相关电位P300被认为是评估认知资源分配和情绪调节效率的关键指标。P300是一定刺激作用后在头皮记录到潜伏期约300 ms的正波，被认为是与注意、识别、记忆等认知心理过程相关的脑内活动电位，P300的波幅反映注意资源的投入程度，潜伏期则与信息处理速度直接相关(罗跃嘉，1993)。有研究将P300作为分析指标用于评估镇静药物的效果。该研究向被试注射异丙酚来调节镇静程度，并要求被试进行记忆测试，结果都发现在注射异丙酚后，被试镇静清醒评分降低的同时，P300波幅显著降低(吴迪等，2005；Reinsel et al., 1995)。Sneyd等(1994)向10名健康被试注射不同浓度的异丙酚，以控制不同的镇静程度。研究发现异丙酚以浓度依赖的方式显著降低了P300波幅；同时脑电地形图显示β波的激活主要在额叶和中央，颞叶相对较少。这些研究结果说明P300作为一项可靠的指标，可以判断镇静状态下意识和外显记忆的变化。
综上所述，TEAS具有的镇静作用被普遍证实，但过去的研究中，TEAS大多与镇静药物联合使用，并主要应用于患者群体，这在一定程度上混淆了TEAS与药物的作用。当TEAS和镇静药物联合使用时，镇静或镇痛药物的使用剂量更少了，这些结果更准确地说是TEAS对镇静药物产生了增强效应，无法分离TEAS和药物的作用效果和作用机制。
有研究对静息态的EEG信号或者fMRI信号进行分析，推测TEAS的镇静和镇痛作用机制。但是中医脉络学说是一个复杂的系统，穴位刺激的效果和机理作用的科学理论存在很多不明确的地方。研究发现不同穴位、不同刺激方式、刺激频率、电流强度等一系列的因素，都会对穴位刺激的效果产生不同影响，这增加了明确穴位刺激的作用机制的难度。
本研究采用ERP实验范式，以健康的正常人群为被试，操纵情绪诱发变量诱发焦虑和紧张情绪，之后施予TEAS，探讨TEAS的镇静作用的认知机制。
2. 研究方法
2.1. 被试
研究在广州医科大学招募30名大学生被试，2名被试的数据因设备问题丢失，最终28名被试的数据为有效数据，进入后续分析。28名被试中，男生10人，女生18人，年龄为18~22岁。所有被试身体健康，视力正常或矫正视力正常，进行实验前签署知情同意书，并在实验后获得报酬。
2.2. 实验材料
采用情绪诱发的实验范式，从日内瓦情感图片数据库(Geneva Affective Picture Database, GAPED)中选取负面评分最高的220张图片对被试进行负性情绪诱发，使被试处于紧张焦虑的状态。GAPED主要包含蜘蛛、蛇以及与违反道德和法律规范(侵犯人权或虐待动物)有关的情绪场景，已有研究证实此图片库的信度与效度(Dan-Glauser & Scherer, 2011)。
2.3. 穴位选择和经皮穴位电刺激
在针灸及其衍生技术镇静研究中，研究者常以神门穴作为主穴位，多穴位配伍使用刺激被试产生明显的镇静作用。但是多穴位配伍具有复杂性，不利于明确TEAS镇静作用的产生机制。耿跃华等(2009)对神门穴进行经颅磁刺激，并收集脑电信号，结果发现磁刺激状态下脑电信号的混沌程度有效降低，使大脑更加镇静。提示刺激神门穴具有改善脑功能的作用。因此，本研究选用大多研究中的主穴位神门穴作为TEAS的刺激穴位来探讨其镇静作用的机制问题。
TEAS实验设备采用佳健医疗CMNS6-II型电子针灸治疗仪，将电极片置于神门穴(HT7)。根据以往相关的研究，实验时的波形选择疏密波，频率为2/100 Hz，强度为10 mA (王明山等，2007；朱丹等，2015；Chen et al., 2020)。实验中持续刺激时间为30分钟。
2.4. 研究设计和实验过程
研究采用图片情绪诱发的实验范式，诱发被试产生焦虑和紧张情绪，采用oddball实验范式诱发P300脑电成分；实验过程中施予TEAS，同步记录被试的脑电信号。
情绪图片–颜色块图片组成实验刺激，情绪图片呈现时间3000 ms，用于诱发被试的负性情绪；颜色块图片中分为蓝色矩形和蓝色圆形图片，蓝色矩形为偏差刺激，蓝色圆形为标准刺激，偏差刺激呈现22次(占20%)，标准刺激呈现88次(占80%)。1张情绪图片和1张颜色图片先后呈现所组成的实验刺激为1个trial，110个trials为1组实验刺激，一共有2组实验刺激。
Figure 1. Experimental flow chart
图1. 实验流程图
实验用E-prime 3.0软件呈现刺激和记录被试反应。每组实验刺激的呈现和实验流程如下(见图1)：实验开始时，屏幕中央呈现一个400 ms红色的“+”，之后是一个400 ms的黑屏，接着呈现一张情绪图片，时间为3000 ms (刘世燕等，2015)。情绪图片呈现结束后随机呈现蓝色颜色块(偏差刺激为矩形，标准刺激为圆形)。实验过程中，要求被试始终注视屏幕，当情绪图片结束后，若出现蓝色矩形的偏差刺激，被试需要在500 ms内按空格键，若未按键则500 ms后进入下一个trial；若出现蓝色圆形的标准刺激，则不需要做反应，500 ms后进入下一个trial。为了确保被试在整个实验过程中保持对刺激的注意，在实验过程中增加一个计数任务，要求被试在实验过程中对蓝色矩形出现的次数进行计数。
在整个实验中，被试首先会接受一组实验刺激，时间约为10分钟，随后静坐接受30分钟的TEAS干预。在TEAS进行到第20分钟时，被试接受第二组实验刺激。整个实验过程持续40分钟，同步采集脑电信号。
2.5. 脑电信号的采集
采用Brain Products公司的64导actiCHamp脑电系统记录脑电数据。电极按照扩展的国际10~20系统标准放置于被试头皮，同步记录64导联脑电信号。右侧乳突电极(TP9)为参考电极，前额中央部位(FPz)接地电极。当所有电极的阻抗均小于5 kΩ时开始实验和记录脑电信号(Picton et al., 2000)。在线记录脑电信号阶段设置0.1 Hz~100 Hz带通滤波，采样频率为1000 Hz。
2.6. 脑电数据分析
脑电信号采用Brain Products公司的Analyzer 2.0分析软件进行分析。对原始脑电数据滤波带通为0.5 Hz~30.0 Hz，选取双侧乳突电极(TP9，TP10)为平均重参考电极。以蓝色颜色块刺激呈现时刻为事件零点进行分段，时间窗截取−200 ms至1000 ms，基线校正时段为−200 ms至0 ms。
研究表明，P300在头皮分布广泛，相对集中于中线部位，在标准的oddball范式中，P300的时间窗为250 ms至500 ms (Kappenman & Luck, 2016)。
根据Duncan等(2009)的溯源研究，该成分在中线中央顶区呈现最大波幅，本研究选取中线区域的6个电极作为重点分析区域，分别是：Fz、Cz、Pz、FCz、CPz、POz。为更全面地分析全脑各区域的P300波幅变化，本研究将全脑分为5个区域进行分析，除了上述的中线区域外，另外4个区域分别为：前额叶区：F3、F4、AF7、AF8；顶叶区：C3、C4、Cz、FC1、FC2、CPz；枕叶区：P3、P4、O1、O2、Pz、POz、Oz；颞叶区：F7、F8、T7、T8、P7、P8。P300的时间窗选取蓝色颜色块刺激后250 ms~500 ms。
3. 结果
3.1. 行为结果
计算被试对刺激(包括标准刺激和偏差刺激)反应的正确率，所有被试(N = 28)的正确率在94.54%~100%之间，平均正确率高于98%，表明被试在oddball实验任务中表现出高任务依从性，在刺激分辨过程具有稳定注意投入，因此认为28名被试认真参与实验，全部纳入脑电成分P300的数据分析。
3.2. ERP结果
对脑电波幅的分析显示，在刺激呈现后250 ms到500 ms的时间窗内，在大脑皮层中线区域的Cz和Fz电极点出现明显的正波峰值(图2和图3)。进行TEAS干预后，Cz和Fz电极点的波幅呈下降趋势，峰值降低，表明TEAS干预对P300波幅产生影响。
为进一步明确TEAS对P300波幅影响的程度，本研究对P300的脑电波幅峰压值进行分析。结果显示(表1)，中线区域P300平均波幅在进行TEAS干预前后存在显著差异(中线：t = 2.11，p < 0.05)。经过TEAS干预后，中线区域P300平均波幅显著降低。而前额叶、顶叶、枕叶和颞叶这四个区域的P300平均波幅在TEAS干预前后无显著差异(p > 0.05)。结果提示，TEAS可能在降低大脑皮层中线区域的神经兴奋性中发挥重要作用。
注：前测 = TEAS干预前；后测 = TEAS干预后，下同。
Figure 2. Pre- and post-measurement P300 waveforms at the Cz electrode site
图2. Cz电极点前后测P300波形图
Figure 3. Pre- and post-measurement P300 waveforms at the Fz electrode sites
图3. Fz电极点前后测P300波形图
Table 1. Analysis of P300 average amplitude differences between pre-measurement and post-measurement
表1. 前后测P300平均波幅差异分析
|
中线 |
额叶区 |
顶叶区 |
枕叶区 |
颞叶区 |
|
前测 |
后测 |
前测 |
后测 |
前测 |
后测 |
前测 |
后测 |
前测 |
后测 |
M |
6.15 ± 5.93 |
4.54 ± 4.65 |
9.50 ± 6.86 |
9.39 ± 6.16 |
7.18 ± 5.13 |
6.30 ± 5.09 |
3.12 ± 8.31 |
1.55 ± 4.41 |
5.39 ± 5.32 |
4.87 ± 3.70 |
t |
2.11 |
0.08 |
1.21 |
1.50 |
0.51 |
P |
0.04 |
0.93 |
.23 |
0.14 |
0.60 |
图4和图5为被试接受TEAS干预前(前测)和TEAS干预后(后测)的波形地形图，分别显示了刺激出现前200 ms (−200 ms)到刺激出现后1000 ms内大脑皮层不同区域激活程度的变化。TEAS干预前后的大脑皮层时空激活模式呈现以下特点：(1) −200 ms到100 ms，TEAS干预前后的地形图分布差异变化较小，这一阶段的大脑皮层激活程度低；(2) 100 ms到400 ms，TEAS干预前后的中央区域和额叶区域被显著激活，出现了显著的正性成分，但TEAS干预后的中央区域、额叶区域和枕叶区域激活面积减小，正性成分波幅降低，并且在枕叶区出现负性成分；(3) 400 ms到700 ms，TEAS干预后枕叶和顶叶激活面积增大，且出现了显著的负性成分；(4) 700 ms到1000 ms，TEAS干预前后的地形分布差异变化加大，TEAS干预后的额叶、顶叶和枕叶的负性成分增加。
Figure 4. Mean topographic map during pre-intervention (before TEAS)
图4. 前测(TEAS干预前)的平均地形图
Figure 5. Mean topographic map during post-intervention (after TEAS)
图5. 后测(TEAS干预后)的平均地形图
4. 讨论
本研究探讨了负性情绪诱发状态下的健康被试在接受TEAS干预前后的P300波幅变化。镇静状态下，被试对行为的意志控制能力减弱，会伴随着P300波幅减小(Jessop et al., 1991)。本实验结果显示，被试在接受TEAS干预之后，大脑皮层的中线区域P300波幅显著降低，大脑皮层的激活程度降低，这些电生理结果的变化提示TEAS干预后产生镇静作用与大脑的认知机制变化有关。
4.1. TEAS镇静作用与认知资源的投入
在认知神经科学的研究中，P300是一种经典的脑电成分，P300波幅与大脑皮层广泛区域的激活程度相关，其波幅的改变通常被认为反映了认知资源投入和认知控制的变化(Polich, 2007)。在本研究中，P300波幅降低，表明大脑在接受TEAS干预后，对实验刺激的认知加工资源投入减少。这一现象可能源于TEAS调节大脑皮层的激活模式，降低了认知负荷。神经效能假说认为心理资源投入与皮层激活效度呈非线性关联，任务复杂度较低时呈现正相关，高认知负荷下转为负相关(Dunst et al., 2014; Neubauer & Fink, 2009)。本次实验采用的P300实验任务是oddball实验任务，任务难度较低，被试在较低认知负荷的情况下做出刺激判断任务，因此P300波幅与心理资源投入呈正相关。所以可以认为，在TEAS干预后，P300的波幅的降低与认知资源投入减少有关。
根据TEAS干预前后大脑皮层时空激活模式来看，在100 ms到400 ms的时间窗内，TEAS干预使中线、额叶区域和枕叶区域的激活呈降低趋势。虽然峰压值的差异分析显示，除了中线区域外，额叶区域和枕叶区域在干预前后的差异不显著(表1)。但是由于本研究选取的中线区域包括了Fz和POz，这两个电极点分别位于额叶和枕叶的区域，因此可以解释额叶区域和枕叶区域在干预前后的激活强度发生变化。这一时间窗内也是P300成分出现的关键时段，因此大脑皮层激活程度的降低也反映了P300波幅的降低，认知资源投入减少。
实验结果还发现，在TEAS干预前，在负性情绪诱发的状态下完成实验任务，实验刺激诱发明显的P300，说明被试投入心理资源完成实验任务。在TEAS干预后在相同的负性情绪诱发状态下完成实验任务时，此时记录到的P300波幅显著降低，说明经过TEAS干预后，心理资源的投入降低了。在负性情绪下，人们往往会采用更加精细的认知加工方式，消耗较多心理资源。TEAS干预后P300的降低和大脑皮层的激活效度降低都表明了TEAS干预能够使心理资源投入减少，也反映了被试的负性情绪得到舒缓，产生镇静的作用。
4.2. TEAS镇静作用与认知功能的变化
P300作为ERP中不受刺激物理作用影响的内源性成分，反映人脑的高级心理活动，包括注意、理解、记忆等信息初级加工的过程。因此，TEAS干预后的P300波幅变化不仅反映了认知资源的投入的变化，还反映了大脑对外部刺激的反应强度的变化。实验结果显示，经过TEAS干预后，大脑中线区域、额叶区域和枕叶区域的激活面积减少，激活强度降低，P300波幅显著降低。大脑皮层的这些区域在思维、记忆、注意力、分析和计划等高级认知功能中起着至关重要的作用。Heinke等(2004)的研究表明，在镇静情况下，额叶前皮层的脑血流量减少继而影响个体的认知功能。因此，大脑皮层的激活程度降低可以解释为意志控制行为的能力减弱，引起注意、认知控制和工作记忆能力的下降。
在Reinsel等(1995)的研究中，对被试用异丙酚进行镇静，在P300波幅下降的同时，选择性注意任务的整体准确性和记忆任务的表现分数都降低了，并且发现P300波幅能反映麻醉镇静状态下记忆功能的状态。负责记忆的脑区主要位于颞叶内侧的海马体结构，在解剖研究中，有研究者将电极插入被试海马体中，记录到一个波幅很大，与头皮P300相似的电位(罗跃嘉，1993)。从本研究结果来看，虽然颞叶区P300波幅TEAS干预前后没有达到显著差异，但地形图显示出TEAS干预后颞叶区的激活强度降低，在一定程度上说明大脑的记忆功能受到了抑制，反映了镇静作用的状态。
P300波幅的降低也反映了个体对外部刺激的选择和分配能力下降。Hillyard (1985)认为，P300在注意过程中反映了感知信息加工的后续阶段，即对偏差刺激的选择性认知。本研究使用了经典oddball范式，用偏差刺激诱发P300。TEAS干预后由偏差刺激诱发的P300波幅下降，说明了个体对偏差刺激的选择和分配注意的能力有所降低。
综上所述，来自ERP的证据认为，个体在接受TEAS后，大脑皮层的激活效度降低，对外部刺激的认知资源投入减少，同时注意、记忆的功能降低。虽然本研究解释了TEAS镇静作用的认知机制，但是研究存在一些不足之处。首先，本次研究主要通过分析P300脑电成分的变化来探讨TEAS镇静作用的认知机制，指标单一。受限于本次研究的实验范式和实验设计，未能对更多的脑电成分进行深入的探讨，在未来的研究中可以进一步考查其他脑电成分的变化，以更加深入地探讨TEAS与认知功能的关系。其次，虽然ERP的时间分辨率高，但是空间分辨率不足，进一步研究时可以结合fMRI的研究，更加深入地考查大脑皮层不同脑区的激活情况，通过多模态的数据更好地揭示TEAS镇静作用的认知机制。
5. 结论
负性情绪状态下的健康个体在TEAS干预后的P300波幅显著降低，在100 ms至400 ms时间窗内大脑皮层中央脑区、额叶区和枕叶区的激活面积和激活强度降低，提示TEAS干预的镇静作用与个体的认知资源投入减少，记忆和注意功能降低有关。TEAS干预减少了大脑对认知资源的投入，同时削弱了记忆和注意功能。
基金项目
2023年度广东省中医药局中医药科研项目：经皮穴位电刺激镇静作用效果及其脑机制——来自ERPs的证据(项目编号：20231237)。
NOTES
*通讯作者。