研究人员将记录电极（红线）和双向脑刺激和记录植入物植入四名患者体内，试图弄清导致他们慢性疼痛症状的原因。
加利福尼亚大学旧金山分校的科学家和临床医生正在开发研究并可能治疗慢性疼痛的新方法。在最近发表在《自然神经科学》(Nature Neuroscience)上的一篇论文中，Prasad Shirvalkar 博士及其医生和研究人员团队研究了慢性疼痛的类型如何在大脑活动记录中表现出来。
Shirvalkar 是加州大学旧金山分校疼痛管理中心的神经学家和疼痛专家，正在研究和治疗中枢性疼痛综合征，一种由中枢神经系统功能障碍引起的慢性疼痛。治疗这种情况很困难，部分原因是它不是由外部来源或受损的身体部位产生的。使问题进一步复杂化的是缺乏关于不同类型的疼痛（包括急性和慢性）在神经系统中如何表现的具体知识。“事情不会发生在大脑区域，它们会发生在协调细胞的分布式回路中，”Shirvalkar 说，他指的是疼痛如何在神经活动模式中表现出来。“某些大脑区域可能有助于某些类型的信息处理，但它们本身并不能完成任何特定的任务。”
一种治疗慢性神经性疼痛（如中枢性疼痛综合征）的方法是使用深部脑刺激(DBS) 来操纵引起疼痛感的神经活动。DBS 还用于治疗其他神经系统疾病，如帕金森病和更严重的抑郁症。然而，在慢性疼痛病例中，很难确切知道将 DBS 电极放置在何处，以便刺激它们可以有效地分流引起疼痛的大脑活动。
为了更好地了解中枢性疼痛是如何从大脑功能中产生的，本研究观察了四名中枢性疼痛综合征患者的神经活动记录——其中三名在中风康复期间经历慢性疼痛，另一名在中风后经历幻肢痛。 - 右腿截肢 - 并将神经活动与问卷调查和每位患者报告的 0 至 10 分的疼痛评分相关联。研究人员记录了放置在患者眶额皮质 (OFC) 和前扣带回皮质 (ACC) 中的颅内电极的数据，这两个大脑区域以前与痛觉相关。
每个患者都接受了手术，将神经记录和刺激平台植入他们的大脑。该设备是便携式的，允许每位患者进行他们的生活并记录代表他们日常中枢疼痛经历的数据。手机应用程序会定期提醒患者注意他们当前的疼痛程度，并记录来自神经植入物的 30 秒脑电波数据（皮层脑电图和局部场电位）。
Shirvalkar 和他的合作者使用机器学习将神经活动的特征与每个患者在每次大脑记录之前报告的疼痛程度联系起来。这些特征代表了从 ACC 和 OFC 不同位置收集的神经记录中不同频率的相对存在，被发现与每个受试者的高痛和低痛状态可靠相关。然而，这些关联的模式——哪些频率在哪些大脑位置最有影响力——因患者而异。
研究中四名参与者的患者自绘疼痛体图显示了他们疼痛的位置和强度。绿色代表轻度疼痛，而红色代表剧烈疼痛
尽管他们观察到患者之间与慢性疼痛相关的大脑活动存在差异，但研究人员确实发现了他们之间的一些共同点。具体来说，Shirvalkar 和他的团队发现，在所有患者中，低频功率——特别是 1 到 4 赫兹之间的三角波——在较低的 OFC 区域增加。这些区域也位于大脑的一侧，与患者感到疼痛的身体一侧相对或对侧。“模型中适合预测个体患者疼痛的前 10 个特征是不同的，但出现的主要模式——这令人惊讶——是对侧 OFC”，Shirvalkar 说。“这些患者都只在身体的一个部位疼痛，这给了我们一个机会。当涉及到疼痛时，我们对大脑偏侧知之甚少。
国家疼痛倡导中心的创始人兼执行董事凯特·尼科尔森 (Kate Nicholson)表示，这项研究可能会导致更好地量化疼痛，并更好地治疗患有中枢性疼痛障碍和其他导致慢性疼痛的疾病的患者。“寻找疼痛表型的客观测量方法是圣杯。除了主观报告，这将有助于提供者治疗疼痛，”Nicholson 说。“尽管这项研究只观察了四个人，并且研究了一种非常特殊的神经性疼痛，但他们的发现肯定很有趣。这非常令人兴奋，但它是第一阶段。”
展望未来，Shirvalkar 计划将他们的发现纳入更好的慢性疼痛刺激疗法。“这项研究只是触及表面，”Shirvalkar 说。“在未来，我们可以拥有一个可以改变刺激频率和位置的刺激器。这是一个移动的目标:当你刺激时，你会改变大脑的状态。你正试图追踪大脑中的自然波动，然后试图了解你的刺激在做什么，然后试图将这些整合到一个通用模型中。”
