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        心理所研究發現動作鎮痛的行為特性與神經機制
        作者: 中國科學院心理健康重點實驗室 胡理研究組 ║ 日期: 2021/03/18 

          疼痛是一項重大的公共衛生議題:慢性疼痛患病率高達20%50%,給疼痛患者帶來了巨大的痛苦,也給我國造成超過數千億人民幣的經濟損失。目前,鎮痛藥物仍然是治療各類疼痛的主要手段。然而,阿片類鎮痛藥物風險巨大,根據美國疾控中心的調查研究數據,近年來北美地區爆發的阿片危機,每天都奪取了上百人的寶貴生命。在此時代背景下,尋找有效的非藥物鎮痛方法刻不容緩。 

          幸運的是,在與疼痛共存的漫長歷史中,人類自身也逐漸演化出了一系列抵抗疼痛的手段。這些源自生物本能的“天然鎮痛手段為開發非藥物鎮痛方法提供了思路和啟示。試想,如果我們在關門的時候,手指不小心被門夾到了,我們的第一反應是什么?迅速縮手,并大幅甩動受傷的手!這一再自然不過的反應,產生的原因是什么呢? 

          如果仔細體會整個過程,我們將發現,在甩手的過程中,手上的疼痛感有明顯的減弱。這種現象稱為動作誘發的痛覺減退(movement-induced hypoalgesia)。不過,目前研究者對這一現象的內在機制尚無定論,無法明確這一動作鎮痛效應是單一神經機制還是多種神經機制共同作用的結果。 

          為解決這一難題,中國科學院心理健康重點實驗室的胡理研究員和呂雪靖副研究員等人深入分析了三種主流鎮痛機制的特征,并通過一系列實驗對甩手動作后的鎮痛效果進行評估,借助心理物理測量和腦電技術量化了甩手動作與痛覺減退效應之間的關系,證實了動作誘發的痛覺減退現象是由三種機制共同作用的結果。 

          動作誘發的痛覺減退存在三種可能的內在機制:一是在運動執行過程中,大腦為減少運動產生的感覺輸入對認知資源的占用,會阻止自主運動部位的感覺信息的上傳,因此導致運動過程中的感覺衰減(即自傳入鎮痛機制);二是動作誘發的痛覺減退是由于運動造成的粗纖維(AAβ纖維)激活抑制了細纖維(AC纖維)對傷害性信號的傳導,從而減弱其向更高一級的中樞神經系統傳導傷害性神經沖動(即非傷害性干擾機制,又稱閘門控制理論);三是自主運動也可能改變人們對傷害性刺激的預期與注意,從而通過疼痛下行抑制通路緩解疼痛(即疼痛下行抑制調控機制)。從這三種機制產生的鎮痛作用的時空特征來看(圖1),自傳入鎮痛機制產生的是持續時間較短的局部鎮痛效果;非傷害性干擾機制產生的是持續時間較長的局部鎮痛效果;而疼痛下行抑制調控機制產生的則是持續時間較短的全局鎮痛效果。 

         

        1 三種動作鎮痛機制的時空特征簡圖 

            

          以這三種動作鎮痛機制的時空特征差異為基礎,該項研究通過五個密切相關的實驗,對129名健康被試甩手動作后的疼痛感受進行系統評估,明確了這三種機制在動作誘發的痛覺減退中均起重要作用,并借助腦電技術研究了這一現象背后的中樞神經機制。 

          具體來說,該研究首先探究了甩手頻率(1Hz5Hz)對鎮痛作用的影響(實驗一),確定了高頻率甩手可起到更強的鎮痛作用。在此基礎上,該研究通過操縱甩手和疼痛刺激之間的時間間隔(分別為1s,5s,10s,15s,20s30s;實驗二、實驗三),刻畫了甩手鎮痛效果的時間特征;通過操縱甩動手和接受疼痛刺激手的異同性,即甩手后疼痛刺激施加于甩動手(相同手)的手背或非甩動手(不同手)的手背(實驗四、實驗五),刻畫了甩手鎮痛效果的空間特征。 

          研究結果顯示,鎮痛效果隨著甩手動作與施加刺激之間時間間隔的延長先快速下降,再緩慢下降并維持較長時間;疼痛刺激施加于非甩動手手背時,依然有一定的短時鎮痛作用,但鎮痛效果明顯弱于疼痛刺激施加于甩動手手背時的鎮痛效果。同時,腦電研究(實驗五)也發現,刺激前腦神經振蕩信號中alpha頻段能量在甩手后1s顯著下降(圖2),該變化反映了雙側感覺運動皮層的激活,進而對疼痛施加自上而下的抑制調控。 

          綜上,甩手既有較強的短時局部鎮痛作用(自傳入鎮痛機制),也有一定程度的長時局部鎮痛作用(非傷害性干擾機制),還有較弱的短時全局鎮痛作用(疼痛下行抑制調控機制)。因此,動作誘發的痛覺減退現象是由三種不同機制共同作用的結果。  

          該研究深化了研究者對主動運動鎮痛效果和神經機制的認識,為開發非藥物鎮痛方法提供理論依據,有助于優化疼痛管理策略,緩解病人痛苦,提高他們的生活質量。 

         

        2 主動運動對自發腦神經振蕩信號的影響 

            

          該研究受國家自然科學基金委項目(31822025, 31701000, 32071061)資助。 

          研究成果已在線發表于《紐約科學院年鑒》(Annals of the New York Academy of Sciences): 

            

          論文信息: 

          Lu, X., Yao, X., Thompson, W. F., & Hu, L. (2021). Movement-induced hypoalgesia: behavioral characteristics and neural mechanisms. Annals of the New York Academy of Sciences.  

          http://doi.org/10.1111/nyas.14587 

            

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