腦部成像技術(shù)：疼痛無處遁形

趙思媛 王梓賢 馬晉平/編譯

腦部成像技術(shù)：疼痛無處遁形

趙思媛 王梓賢 馬晉平/編譯

研究員蒂姆·所羅門在仔細(xì)閱讀掃描儀內(nèi)的人在受到激光刺激時(shí)的腦部掃描圖

●腦部成像技術(shù)有助于探究和闡明疼痛的編碼模式以及急性與慢性疼痛之間的區(qū)別。

大衛(wèi)手背接受強(qiáng)激光照射，同時(shí)接受腦部掃描。接受激光照射幾分鐘后，他的手背開始出現(xiàn)燒灼樣疼痛，要求停止激光照射。

由于一種罕見的基因突變，大衛(wèi)感覺不到疼痛。英國雷丁大學(xué)神經(jīng)學(xué)家蒂姆·所羅門（Tim Salomons）是大衛(wèi)參與的研究項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)成員，他表示，“我們大多數(shù)人并不需要思考:‘這種感覺像我曾有過的哪種體驗(yàn)?zāi)兀俊@就是疼痛的意義所在。”研究團(tuán)隊(duì)使用一種臨床常用的大腦成像技術(shù)——功能性磁共振成像(fMRI)對(duì)大腦活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并發(fā)現(xiàn)大衛(wèi)被疼痛刺激所激活的腦區(qū)與正常人相同。

大腦活動(dòng)和疼痛之間關(guān)系之前始終讓人存疑，但是成像技術(shù)大致揭示了很多關(guān)于大腦如何處理疼痛的過程。有些研究者發(fā)現(xiàn)了一些有助于客觀衡量疼痛的疼痛編碼模式。另外，也有研究者致力于探究急性和慢性疼痛之間的區(qū)別。

疼痛的編碼模式

不同于大多數(shù)其他類型的感覺，目前缺乏確鑿的證據(jù)證實(shí)大腦有專門負(fù)責(zé)疼痛感知的腦區(qū)。相反，疼痛的感知通常是與多個(gè)腦區(qū)的活動(dòng)相關(guān)的——疼痛刺激能激活“疼痛網(wǎng)絡(luò)”中的腦區(qū)。這些區(qū)域包括軀體感覺皮層，它負(fù)責(zé)處理對(duì)觸覺、溫度覺等軀體感覺相關(guān)的疼痛的感知；還包括前扣帶皮層和腦島，它們被認(rèn)為在處理疼痛相關(guān)的情緒和舉動(dòng)時(shí)(如接觸火焰的刺激時(shí)縮手)起著重要的作用。其他區(qū)域包括前額葉皮層(負(fù)責(zé)更高級(jí)的認(rèn)知過程)和丘腦(感覺和運(yùn)動(dòng)信號(hào)的“中轉(zhuǎn)站”)。

疼痛網(wǎng)絡(luò)的大腦區(qū)域除了負(fù)責(zé)處理疼痛相關(guān)信息，也能被強(qiáng)烈的光線和聲音刺激激活。這些刺激觸發(fā)的大腦活動(dòng)涉及警覺、注意力集中和對(duì)刺激做出反應(yīng)等過程。曾與所羅門一起進(jìn)行fMRI研究的倫敦大學(xué)神經(jīng)學(xué)家吉安多梅尼科·揚(yáng)內(nèi)蒂（Giandomenico Iannetti）認(rèn)為，因?yàn)樘弁匆部墒谷说淖⒁饬校弁淳W(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)除了疼痛的感知本身，可能在生活不良事件的處理方面起更重要作用。

不過，其他研究者認(rèn)為，可以將這些腦區(qū)中軀體疼痛的信息與情緒等非軀體疼痛的信息區(qū)分開。科羅拉多大學(xué)博爾德分校的神經(jīng)學(xué)家托爾·韋杰（Tor Wager）通過機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)將多腦區(qū)活動(dòng)模式（主要是疼痛網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行分類，建立了疼痛神經(jīng)病學(xué)標(biāo)簽。他表示：“位于疼痛標(biāo)簽的腦區(qū)有獨(dú)特的編碼疼痛的模式。可以把腦部編碼疼痛的模式從編碼其他功能的模式中區(qū)分出來。”例如，疼痛網(wǎng)絡(luò)的大腦區(qū)域也能被某些情感經(jīng)歷（如社會(huì)排斥感、痛感的預(yù)期或疼痛的記憶）激活，這導(dǎo)致某些研究者認(rèn)為從某種程度上經(jīng)歷這些事件時(shí)的感受也屬疼痛。盡管社會(huì)排斥感和生理疼痛都有情緒上的不愉快感，但是心理上的疼痛顯然不同于胸部遇刺引起的軀體的疼痛，兩者的區(qū)分現(xiàn)在可以促進(jìn)高分辨大腦成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)。韋杰的團(tuán)隊(duì)發(fā)明的系統(tǒng)可區(qū)分引起疼痛和不引起疼痛的熱覺；區(qū)分實(shí)際的疼痛和預(yù)想的疼痛或疼痛記憶的重現(xiàn)；區(qū)分心理上的疼痛和軀體的疼痛。這個(gè)區(qū)分系統(tǒng)同時(shí)具備較高的特異性和敏感性——排除非軀體疼痛能夠達(dá)到90%的正確率，判斷軀體疼痛的準(zhǔn)確率更是超過90%。韋杰的系統(tǒng)還可以預(yù)測(cè)主觀感受到的疼痛的程度，并能可視化強(qiáng)效阿片類藥物顯著降低疼痛程度的過程。

“基于腦部成像技術(shù)提供的來自大腦的信息，我們正試圖開發(fā)能夠追蹤人體內(nèi)的疼痛信息的方法。”韋杰說。

心靈的痛

疼痛的程度可以被預(yù)期、注意力、情緒，甚至性格等因素所影響。腦部成像技術(shù)可以幫助研究人員研究這些因素如何影響大腦感知疼痛的過程。意志力和想象可以調(diào)節(jié)人體對(duì)疼痛的感知（被稱為自我調(diào)節(jié)）。但韋杰的小組發(fā)現(xiàn)，自我調(diào)節(jié)不會(huì)改變疼痛神經(jīng)病學(xué)標(biāo)簽相關(guān)腦區(qū)的活動(dòng)。然而，它可以影響其他腦區(qū)的活動(dòng)，尤其是伏隔核，并通過內(nèi)側(cè)前額葉皮層與伏隔核的連接來形成大腦獎(jiǎng)賞網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路。疼痛的感知，似乎不是由單一系統(tǒng)完成的。韋杰表示，“我們發(fā)現(xiàn)的疼痛標(biāo)簽是疼痛感知過程中一個(gè)非常重要的組成部分，但不是全部。”

成像技術(shù)有助于闡明疼痛感知過程的其他環(huán)節(jié)。研究人員從動(dòng)物研究中發(fā)現(xiàn)，注意力和情緒可以通過連接部分大腦皮層、邊緣系統(tǒng)(情緒中心)、腦干不同區(qū)域和脊髓的下行系統(tǒng)來調(diào)節(jié)疼痛。這使得更高級(jí)的腦區(qū)能夠增強(qiáng)或抑制疼痛信號(hào)。神經(jīng)學(xué)家艾琳·特蕾西（Irene Tracey）表示，“成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在你難過、焦慮或注意力不集中的時(shí)候，情緒不只是改變?nèi)嗣枋鐾纯嗟姆绞剑€改變了疼痛感知的生理過程。”她在英國牛津大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，一直利用腦成像技術(shù)研究人類的疼痛調(diào)節(jié)方式。一項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了可以在人注意力不集中時(shí)減少疼痛信號(hào)的腦干區(qū)域，他們現(xiàn)在正試圖闡明可能會(huì)增加慢性疼痛的易感性的危險(xiǎn)因素和大腦網(wǎng)絡(luò)。特蕾西表示，“我們正試圖通過成像技術(shù)闡釋個(gè)體化的疼痛感知的發(fā)生機(jī)制。這些研究成果很可能為疼痛的治療提供有前景的藥物靶點(diǎn)。”另外，這些研究結(jié)果有望預(yù)防急性疼痛向慢性疼痛的轉(zhuǎn)變。

慢性疼痛是一個(gè)巨大的全球負(fù)擔(dān)——全球約1/5的人罹患慢性疼痛。伊利諾伊州芝加哥西北大學(xué)生理學(xué)家瓦尼·阿普卡里安（Vania Apkarian）表示：“慢性疼痛是一個(gè)嚴(yán)重的健康問題，我們目前尚沒有確切有效的科學(xué)證據(jù)去指導(dǎo)這類病人的治療。”阿普卡里安的科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在慢性疼痛患者的大腦中發(fā)現(xiàn)了許多獨(dú)特的功能學(xué)和形態(tài)學(xué)特征。這些研究結(jié)果闡明，急性和慢性疼痛在本質(zhì)上是不同的。阿普卡里安表示，“慢性疼痛被定義為一種疾病。”但是，闡明這些差異是慢性疼痛的原因還是結(jié)果仍然十分棘手。

為了解決這個(gè)問題，阿普卡里安的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了第一項(xiàng)關(guān)于慢性疼痛的縱向腦成像研究。研究人員隨訪了近一年有過背痛病史的39名受試者，受試者定期進(jìn)行腦部掃描。研究顯示，發(fā)生慢性疼痛的患者的腦島和伏隔核的灰質(zhì)密度是減少的。研究人員還發(fā)現(xiàn)，利用基線內(nèi)側(cè)前額葉皮層和伏隔核之間的連接強(qiáng)度預(yù)測(cè)慢性疼痛的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)可達(dá)到80%準(zhǔn)確率——連接強(qiáng)度越大，發(fā)生慢性疼痛的風(fēng)險(xiǎn)越高。在后續(xù)研究中，阿普卡里安的團(tuán)隊(duì)通過追蹤與背痛感知相關(guān)的腦部活動(dòng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)疼痛轉(zhuǎn)變?yōu)槁缘倪^程中，大腦活動(dòng)逐漸向情感和獎(jiǎng)賞有關(guān)的腦區(qū)轉(zhuǎn)移。這種轉(zhuǎn)變的程度也與內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)和伏隔核之間的連接強(qiáng)度有關(guān)。

這些研究結(jié)果闡釋了觸發(fā)急性疼痛向慢性疼痛轉(zhuǎn)變的大腦環(huán)路，并提示慢性疼痛發(fā)生過程的腦部形態(tài)學(xué)改變?yōu)檫@一環(huán)路的結(jié)果。阿普卡里安表示，“這解決了慢性疼痛發(fā)生過程中先有雞還是先有蛋的問題。”他的團(tuán)隊(duì)也表明，慢性疼痛發(fā)生的主要決定因素不是外傷，而是人的大腦自身的改變。在嚙齒動(dòng)物中，研究人員已經(jīng)能夠通過使用藥物抑制伏隔核里的神經(jīng)元細(xì)胞來阻斷急性疼痛向慢性疼痛的轉(zhuǎn)變。一項(xiàng)正在進(jìn)行的試驗(yàn)試圖探究這在人體中是否有效。“我有信心我們將會(huì)很快開發(fā)出一系列針對(duì)不同類型的慢性疼痛的新的治療方案。”阿普卡里安說。

阿普卡里安的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的與慢性疼痛相關(guān)的腦區(qū)與韋杰的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的參與自我調(diào)節(jié)的腦區(qū)是相同的。因此，盡管這個(gè)獎(jiǎng)賞-學(xué)習(xí)和情感環(huán)路不屬于急性疼痛的神經(jīng)病學(xué)標(biāo)簽，但它似乎在慢性疼痛中發(fā)揮關(guān)鍵作用。“我們正在研究不同類型的疼痛的腦部病理生理基礎(chǔ)，”韋杰說，“某些類型的疼痛的發(fā)生機(jī)制可能與經(jīng)典的疼痛發(fā)生機(jī)制不同。”

疼痛的測(cè)量

這些研究進(jìn)展可以幫助我們更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)疼痛程度的客觀評(píng)估嗎？答案是肯定的。這些研究成果將有助于新藥研發(fā)以及對(duì)不能表達(dá)主觀感受的人群（如嬰兒、昏迷或癡呆的患者）進(jìn)行疼痛評(píng)估。有幾家美國公司已經(jīng)提供自稱可以檢測(cè)人體內(nèi)疼痛信號(hào)的服務(wù)。在美國民事法庭上已經(jīng)有至少一個(gè)案例接受腦部掃描結(jié)果作為慢性疼痛的證據(jù)。但是許多研究人員對(duì)此仍持謹(jǐn)慎態(tài)度。一個(gè)重要的原因是，韋杰的結(jié)果并不適用于慢性疼痛。加拿大多倫多大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家凱倫·戴維斯（Karen Davis）解釋說：“托爾和其他人使用的技術(shù)需要記錄大腦如何對(duì)刺激做出反應(yīng)，但慢性疼痛不依賴于刺激，所以我們需要使用不同的方法。”

去年12月，總部設(shè)在華盛頓特區(qū)的國際疼痛研究協(xié)會(huì)，成立了一個(gè)由戴維斯主持的特別小組，研究大腦成像技術(shù)在疼痛評(píng)估中的應(yīng)用。明年將會(huì)頒布相關(guān)的指南，主要涉及科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用范圍、在法律方面是否足夠準(zhǔn)確和可靠以及技術(shù)伴隨的倫理和社會(huì)問題等方面。戴維斯和許多其他研究人員都考慮到的一個(gè)關(guān)鍵問題是，fMRI可能會(huì)給出誤導(dǎo)性的結(jié)果。某些藥物，例如，血管活性藥物，可以通過改變血管功能，從而使fMRI的信號(hào)發(fā)生改變，然而實(shí)際上腦部活動(dòng)并未發(fā)生改變。“基于血管的成像技術(shù)中存在人們還沒有考慮到的問題，”戴維斯說，解決這些問題對(duì)于大腦成像在疼痛評(píng)估中的應(yīng)用至關(guān)重要，“這項(xiàng)技術(shù)的推廣使用不僅需考慮技術(shù)本身的問題，還要考慮法律和神經(jīng)倫理學(xué)方面的問題。”

對(duì)大衛(wèi)這樣的患者進(jìn)行腦部掃描，可能會(huì)產(chǎn)生假陽性結(jié)果——即使他的疼痛網(wǎng)絡(luò)是活躍的，他卻并不能感到疼痛。相反，疼痛網(wǎng)絡(luò)的不活躍似乎提示不存在疼痛，但大多數(shù)研究人員都認(rèn)為這樣的推論尚無根據(jù)。韋杰表示，“我們可以證實(shí)某些類型疼痛的存在，但是原則上，我們無法證明某種類型疼痛的不存在——因?yàn)槊總€(gè)人的大腦都是獨(dú)一無二的。”

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：彥隱]