心理所研究揭示疼痛誘發高頻振蕩信號的神經活動基礎

　　疼痛是什么？幾乎每個人都非常清楚這個問題的答案。即便是只有幾歲的孩童，生活的經驗也足以讓其明了“痛”是一種怎樣的體驗。不過，要具體描述自己有多痛卻又不那樣簡單，讓別人知曉自己的疼痛則更加困難。事實上，對疼痛的客觀和準確評估是疼痛研究的最大難題之一。 

　　以往研究發現，疼痛誘發的gamma頻段高頻振蕩信號（gamma band oscillations，GBO）是最能客觀反映疼痛程度的特異性生物指標之一(Hu &Iannetti, 2019; Peng et al., 2018)。然而，GBO的神經起源一直以來存在較大爭議：有些研究提示，GBO可能來源于初級軀體感覺皮層（primary somatosensory cortex，S1）(Peng et al., 2018; Zhang et al., 2012)，而另一些研究則支持GBO起源于初級運動皮層（primary motor cortex，M1）(Schulz et al., 2012)。值得注意的是，這些研究多借助腦電技術研究GBO的特性，但腦電空間分辨率低，難以明確GBO的腦內神經電生理活動基礎。 

　　為克服腦電研究的這些缺點、深入探究疼痛誘發GBO的腦內神經來源，中國科學院心理健康重點實驗室的岳路鵬博士和胡理研究員開發了同步記錄動物皮層腦電（ECoG）和多腦區腦內神經活動的實驗范式。在給大鼠施加激光疼痛刺激的同時，同步記錄大鼠ECoG和雙側S1和M1不同深度的神經電生理信號，通過分析腦內局部場電位（local field potential，LFP）和神經元放電（spikes）與ECoG信號的關系來揭示GBO的神經起源，發現ECoG記錄到的疼痛誘發GBO來源于疼痛刺激對測S1的淺層中間神經元。 

　　具體來說，該研究主要提供了四個方面的研究結果，支持GBO源于疼痛對側S1的假說。 

　　第一，相較于其它腦區，位于傷害性疼痛刺激對側的S1淺層LFP的GBO能量最大。 

　　第二，位于傷害性疼痛刺激對側的S1淺層LFP與ECoG所觀測到的GBO具有最高的相位相關性，且僅S1淺層內的疼痛誘發GBO在發生時間上早于ECoG記錄到的GBO（圖1）。 

圖1 皮層腦電（ECoG）和雙側初級軀體感覺運動皮層局部場電位（LFP）所記錄到的疼痛誘發高頻振蕩信號（GBO）在能量和相位上的關系 

　　第三，S1和M1內的中間神經元對疼痛刺激的響應存在著重要差異：一方面，對側S1中間神經元比同側S1中間神經元具有更高的誘發放電率，而雙側M1中間神經元誘發放電率則沒有顯著差異；另一方面，S1中間神經元比M1中間神經元具有更強的興奮性響應和更弱的抑制性響應。 

　　第四，僅對側S1淺層的中間神經元放電與ECoG記錄到的疼痛誘發GBO高度相關（圖2）。 

圖2 雙側軀體感覺運動皮層的神經元放電（spikes）與皮層腦電（ECoG）所記錄到的疼痛誘發高頻振蕩（GBO）的關系 

　　這些研究結果相互印證，揭示了疼痛誘發GBO的神經起源，加深了人們對GBO這一潛在的疼痛客觀評估指標的神經電生理機制的認識。 

　　研究成果已在線發表于神經科學領域國際知名期刊The Journal of Neuroscience。 

　　該研究受國家自然科學基金委項目（31822025和31671141）、中國科學院心理研究所科研啟動基金（Y6CX021008）等資助。 

　　論文信息： 

　　Yue, L. P., Iannetti, G. D., & Hu, L. (2020). The neural origin of nociceptive-induced gamma band oscillations. The Journal of Neuroscience. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0255-20.2020 

　　論文鏈接： 

　　https://www.jneurosci.org/content/early/2020/03/27/JNEUROSCI.0255-20.2020 

　　參考文獻： 

　　Hu, L., &Iannetti, G. D. (2019). Neural indicators of perceptual variability of pain across species. Proceedings of the National Academy of Sciences, 116(5), 1782–1791. 

　　Peng, W., Xia, X., Yi, M., Huang, G., Zhang, Z., Iannetti, G., & Hu, L. (2018). Brain oscillations reflecting pain-related behavior in freely moving rats. Pain, 159(1), 106–118.  

　　Schulz, E., Tiemann, L., Witkovsky, V., Schmidt, P., &Ploner, M. (2012). Gamma oscillations are involved in the sensorimotor transformation of pain. Journal of Neurophysiology, 108(4), 1025–1031.  

　　Yue, L. P., Iannetti, G. D., & Hu, L. (2020). The neural origin of nociceptive-induced gamma band oscillations.The Journal of Neuroscience. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0255-20.2020 

　　Zhang, Z. G., Hu, L., Hung, Y. S., Mouraux, A., &Iannetti, G. D. (2012). Gamma-band oscillations in the primary somatosensory cortex—A direct and obligatory correlate of subjective pain intensity. The Journal of Neuroscience, 32(22), 7429–7438.