如果你是5000万患有慢性疼痛的美国人之一, 您可能经历过试图治疗没有明确原因的问题的挫败感. 你甚至可能被告知它在你的脑海里.
这在一定程度上是正确的，但并不是你想象的那样.
Today, 医生和疼痛科学家普遍认为，慢性疼痛不仅仅是急性疼痛的延伸, 当你碰到脚趾或触摸热锅后，你的正常和暂时的感觉是什么. Instead, 这是一种单独的疾病，即使没有组织损伤或其他明显的疼痛来源，大脑的正常电路也会在很长一段时间内重新连接，以传递疼痛信号.
但是慢性疼痛是如何在大脑中表现出来的，以及这种表现与急性疼痛的表现有什么不同或重叠，在很大程度上是一个谜.
慢性疼痛难以描述的一个原因是疼痛的体验非常复杂. 它不仅与躯体感觉皮层有关, 大脑在哪里接收和处理感官信息, 比如触觉和温度, 也影响到大脑的认知和情感处理部分. 它与期望和奖励回路深深交织在一起, 以及那些与情绪和注意力有关的, 所有这些都是根据输入不断波动的, 环境与个体生物学.
虽然疼痛可能是普遍的，但它也是主观的. For example, 一组患有慢性背痛的人可能有相似的MRI扫描结果, 但报告的疼痛严重程度和部位差异很大. 到目前为止，还没有客观的测量方法——所谓的生物标志物——来衡量慢性疼痛及其严重程度.
“因为慢性疼痛重组神经网络的方式对每个人来说都是独一无二的, 我们真的需要更个性化的治疗策略来应对它,” says 普拉萨德Shirvalkar, M.D., Ph.D.他是麻醉、神经病学和神经外科副教授. “为了针对个别病人的疼痛, 我们首先需要主观体验的客观生物标记.”
It’s personal
在5月22日发表的一项新研究中 自然神经科学, Shirvalkar和他的同事们通过在四个人的前扣带皮层(ACC)和眶额皮质(OFC)中植入一个神经记录装置来寻找这些生物标志物(其中三人患有中风后疼痛，一人患有幻肢疼痛)。.
长期以来，前扣带皮层一直与痛苦的情感维度有关，并与“不愉快”的基本感觉有关.” The OFC, 哪一个没有得到很好的研究, 与前扣带皮层有物理联系，而且越来越多的证据表明，它在疼痛的认知维度上被激活——特别是对疼痛的预期及其感知强度.
研究参与者进行了几个月的日常生活，每天报告三次疼痛评分，描述他们的疼痛严重程度以及当时的感受. 在草草记下报告之后, 他们用遥控器记录下植入他们大脑的装置发出的30秒的神经活动.
使用机器学习模型, 研究人员能够通过每位患者特定的神经活动模式来预测所报告的疼痛程度, 为那个人的疼痛经历定义一个独特的神经信号. 他们发现来自OFC的信号与慢性疼痛发作的相关性比来自ACC的更强.
“这是一个重要的里程碑，因为这是第一次在临床相关的时间内测量与慢性疼痛相关的神经活动,Shirvalkar说. “虽然我们发现的生物标志物对每个人都是特定的, 它们在OFC中的位置似乎在所有受试者中都是共同的.”
你的大脑对不同的疼痛感兴趣
比较慢性疼痛和急性疼痛在大脑中的表现, 参与者还在实验室中进行了疼痛热刺激实验. This time, 在两个参与者中, 与疼痛相关的神经活动主要来自前扣带区产生的信号，在与慢性疼痛相关的记录中，前扣带区产生的持续信号持续的时间不长.
尽管样本量很小, 这项研究提供了第一个直接证据，证明急性和慢性疼痛在同一个人的大脑中有不同的神经表征. 这一证据强调了许多医生和患者已经知道的一点:有助于缓解急性疼痛的治疗方法, 比如阿片类药物, 对慢性疾病不太可能有效, 神经性疼痛.
一位研究参与者的正面x射线图像显示植入的大脑记录电极(红色)连接到身体两侧的双向大脑刺激和记录植入物.
神经网络出了问题
慢性疼痛个性化生物标志物的发展对未来的治疗具有巨大的意义. 如果研究人员可以通过神经特征来定义慢性疼痛的亚型, 他们也许能够确定哪些特征对不同的治疗反应最好.
一种可能的治疗方法是施加一种治疗性电流，破坏这种异常, 当急性疼痛转化为慢性疼痛时，神经元之间形成的持久连接.
“在这项研究中，我们植入参与者体内的装置实际上是一种深部脑刺激装置，它不仅能够感知和记录大脑活动, 还能在需要时提供电刺激,” says Philip Starr, M.D., Ph.D.他是神经外科教授，也是这项研究的资深作者. “希望通过精确定位某人疼痛经历背后的特定大脑信号, 我们可以对设备进行编程，只有当检测到这些信号时，它才会发出刺激，并使大脑的疼痛网络恢复正常, healthy state.”
斯塔尔，还有 Edward Chang, M.D., 神经外科教授兼主席，也是这项研究的另一位资深作者, 已经站在开发这些个性化神经刺激策略的前沿，用于治疗其他以神经网络出错为标志的疾病, 比如抑郁症和帕金森病.
“慢性疼痛在不同的人身上表现得非常不同, 这使得它成为个性化神经刺激的一个特别好的候选者,” says Chang. “这使我们离开发一种治疗持续疼痛的新疗法又近了一步.”
Funding: 本研究由BRAIN Initiative (UH3NS109556)资助。, NIH HEAL计划(UH3NS115631)和DARPA.
