一文读懂：疼痛时，大脑神经振荡的生物学机制

作者：张馨予

　　疼痛是一种复杂的知觉现象。

　　局部和远距离脑网络之间的协调活动是疼痛神经基础的核心要素，不同频率范围内的大脑振荡节律（brain oscillatory rhythms）可以为协调疼痛网络中局部神经元群和解剖上远距离脑区的协同活动提供功能基础。

　　近期，德国海德堡大学药理研究所的研究人员在 Trends in Neuroscinense 杂志发表综述，针对人类和啮齿类动物开展急、慢性疼痛时振荡节律的分析之间的相似之处开展了讨论，并整合了近期基于啮齿类动物的相关研究，这些研究能够揭示疼痛相关行为的脑振荡动力学机制基础。

　　作者进一步讨论了通过药物调节振荡节律的潜力以及基于神经刺激的疼痛治疗模式，并强调了未来研究神经元振荡及其在疼痛过程中的动力学的方向和挑战的关键观点。

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　　1.人类和啮齿动物神经元振荡节律的共识

　　神经元振荡节律(Neuronal oscillatory rhythms，可以部分反映动作电位的同步化)一般被认为是大脑中神经元通信的主要方式，并且在物种间高度保守。

　　在啮齿动物和人类的急性和慢性疼痛研究中，特定频段的大脑振荡节律会发生改变，研究者们目前在高频(γ，gamma )振荡的变化方面存在一定共识，即gamma振荡是在疼痛感知和疼痛相关行为期间最显著改变的频率范围，但是对急性和慢性疼痛中低频振荡(30 Hz) 的振幅或功率的变化，人类和啮齿动物研究中的共识较少。

　　表1.急性、持续性炎症性和慢性神经病性疼痛状态下常见的频带变化及其药物调节效果

　　2.疼痛振荡的神经生物学机制及其功能意义

　　啮齿类动物的分析支持伽马振荡在急性疼痛感知和厌恶以及慢性疼痛超敏反应调节中的关键功能作用。近期一项以啮齿类动物为对象的研究为疼痛中S1-gamma节律的细胞类型和通路特异性机制提供了首个在体内因果证据，在神经病理性疼痛发病过程中，缝隙连接Cx36的上调水平与ACC中γ频率振荡增强之间的因果联系也有报道。

　　神经元振荡也可以被性激素调节，振荡活动的改变可能是性别差异的另一个机制基础。中间神经元网络在疼痛状态下的缓慢振荡活动中起着关键作用，神经胶质细胞也以各种方式调节神经元活动和大脑振荡。

　　图1.初级体感皮层(S1)疼痛相关gamma同步振荡的潜在因果机制

　　3.脑振荡节律的治疗性调节

　　考虑到离子通道在产生神经元振荡活动中的重要性，以及胆碱能、肾上腺素能、5-羟色胺能和多巴胺能通路的调节作用，许多药物具有调节振荡的能力。

　　到目前为止，关于镇痛和疼痛调节药物对疼痛感知特定环境下振荡的影响的研究很少。探究振荡节律在疼痛过程中的作用的可能为治疗干预提供途径。

　　最近的发现表明，慢性疼痛的一些现有治疗选择与脑振荡动力学相互作用并对其产生影响，例如快脉冲γ-氨基丁酸能中间神经元塑造局部皮层振荡节律，并调节参与负面影响和伤害感受下降调节的其他皮层和皮层下区域的活动。

图2 可能参与伤害感受和疼痛厌恶的皮质和皮质下长剧γ-氨基丁酸能投射

　　从对认知和记忆功能以及意识和睡眠的影响的角度来看，一些药物对海马和新皮质神经元振荡的影响的数据是可用的，例如吗啡等阿片类药物、大麻素、加巴喷丁类药物等。

　　除了疼痛障碍的药物治疗外，值得注意的是，慢性疼痛中基于非侵入性神经刺激的治疗在对大脑节律的影响方面也很有意义。

　　总结与展望

　　人们对大脑振荡活动的神经生物学机制有了越来越多的了解，包括关键离子通道、缝隙连接和特定类别的γ-氨基丁酸能神经元的参与。因为疼痛是一个网络驱动的过程，所以理解信息是如何在大型大脑网络中传播和处理的非常重要。

　　在这种情况下，振荡节律，如gamma振荡，可以通过功能性地耦合不同的区域来发挥协调功能。目前有多重新技术可以用于对大量神经元进行成像，识别它们的身份和功能，并可逆地操纵它们在局部和远距离脑网络中的活动，能够实现对调节疼痛的网络进行前所未有的洞察。

　　参考文献

　　Tan LL, Oswald MJ, Kuner R. Neurobiology of brain oscillations in acute and chronic pain. Trends Neurosci. 2021 Jun 16:S0166-2236(21)00097-7. doi: 10.1016/j.tins.2021.05.003. Epub ahead of print. PMID: 34176645.

　　编译作者：Jessie（brainnews创作团队）

　　校审：Simon（brainnews编辑部）