当你的后颈因毛发竖立(称为竖毛反射)而感到刺痛,或者某种疼痛如此剧烈以至于原始反应促使你逃跑时,你的身体能够完全屏蔽疼痛以应对眼前的生存危机。
"美丽"是悉尼大学脑与心灵中心组织学教授Luke Henderson博士描述这一过程的用词,该过程集中在脑干核心区域——导水管周围灰质(Periaqueductal Gray Matter, PAG)。Henderson及其研究团队成功绘制了PAG图谱并深入理解其功能,相关成果已发表在《科学》(Science)期刊上。
这只是近期众多突破中的一项。全球多个研究机构正深入探索脑干的集中神经回路,旨在攻克疼痛医学的终极目标:开发更有效的非成瘾性止痛疗法。
如何绘制脑干图谱?
Henderson团队利用7特斯拉(7T)磁共振成像技术,结合特定安慰剂实验设计,成功绘制了脑干深处PAG区域与延髓腹内侧头端的详细图谱。
新绘制的区域呈现出粗略的躯体拓扑组织特征。通过分析镇痛反应,研究者发现PAG仅能区分头部疼痛与身体其他部位疼痛——与大脑其他区域不同,它无法辨别手臂或腿部等具体位置。
"刺激面部时产生头侧激活,刺激身体时产生尾侧激活,"资深作者Henderson解释道,"这张图谱合乎逻辑,因为它旨在驱动战斗或逃跑行为,而非精确定位疼痛。它不会让你感知'疼痛在手上'或'疼痛在腿上',其核心功能是触发自动行为反应。"
Henderson指出,这些发现对治疗头痛(如偏头痛)具有特殊价值,因为临床医生不希望阻断整个下半身的疼痛反应。该图谱不仅为神经调节开辟新途径,还将指导靶向药物的细胞层面研发。
"若能设计出针对该区域的非成瘾性药物,我认为将解决大部分疼痛问题,"Henderson强调。
安慰剂效应的科学应用
在93名受试者接受7T MRI扫描前,研究团队使用凡士林作为假"利多卡因"进行条件反射训练,并施加不同强度热刺激以达到中等疼痛水平。刺激部位涵盖面部、手臂和腿部。
"我们告知受试者两侧温度相同,实际却在假镇痛霜区域降低温度,这便是条件反射原理,"Henderson说明。受试者相信假霜有效,且在二次训练中反应保持一致。研究人员据此区分出各刺激部位的安慰剂响应者与非响应者。
"随后我们将他们放入扫描仪,告知'将在扫描仪内重复相同操作',"Henderson解释,"但这次保持两侧温度一致,不再降低假霜区域温度。"
纽约威尔康奈尔医学院神经病学主任Matthew E. Fink医学博士(未参与本研究)指出,该研究显示的安慰剂效应量具有显著意义(面部d=0.55,手臂d=0.39,腿部d=0.67)。"活性药物50%有效,安慰剂40%有效,这解释了为何难以开发获批的止痛药物,"Fink补充道,"该研究从神经解剖学证实了疼痛管理中安慰剂效应的真实性。"
他称此为"极具挑战的研究",强调即使在7T MRI强大功能下,受试者仍需保持极度静止。Henderson表示:"临床前研究长期关注脑干,但人类成像技术才刚刚跟上。"
"脑干结构高度密集,向左偏移2毫米就可能从控制舌头的区域移动到控制肠道的区域,"Henderson解释道。相比之下,大脑皮层的尺度以厘米计,更易进行图像分析。"现有软件对皮层处理效果良好,但对脑干效果欠佳,"他坦言。研究中虽获软件辅助,主要仍依靠手动追踪——这让他得以深入研究30年来痴迷的脑区。
"医学界常认为PAG仅负责阿片类镇痛,这种认知过于局限,"Henderson评价道,"它实为脑干中的精妙结构。"
新图谱的临床应用前景
德克萨斯大学达拉斯分校神经科学家Theodore Price博士正计划利用Henderson的图谱深化研究。他刚完成两项人体捐赠组织分析(针对背根神经节、腹角及脊髓背侧),相关预印本将与美国国立卫生研究院PRECISION人类疼痛联盟成员合作发表。
Price指出:"Henderson的《科学》论文揭示了PAG中哪些细胞柱对安慰剂镇痛最为关键。我们虽知其神经解剖位置,但新研究提供了更详细的解剖信息。"他特别关注论文隐含线索:"PAG不同区域可能分别参与内源性与外源性阿片类镇痛,这提示二者机制或有差异,需更深入的细胞分析。"
人工智能解码动物疼痛
宾夕法尼亚大学、斯克里普斯研究所与匹兹堡大学团队在《自然》(Nature)发表的研究中,利用AI技术识别出脑干外侧臂旁核(PBN)的Y1受体神经元。该细胞类型编码慢性疼痛,在生存相关镇痛中发挥关键作用。
"20年来,研究人员已能消除啮齿动物的疼痛行为反应,"宾夕法尼亚大学生物学副教授Nicholas Betley博士指出,"但无法询问小鼠'你的感受如何?'"AI技术与微型可植入设备正推动该领域革新。
"我们正处创新交汇点:结合神经生理特征与计算行为解码,通过分析大量疼痛/非疼痛动物行为数据,利用AI预测疼痛状态,"Betley解释。研究发现Y1受体以马赛克方式分布,仅存在于20%的PBN神经元中,这使其成为可调节的疼痛靶点。
"所有神经元均响应疼痛,关键在于阈值调控,"Betley说明,"若能抑制各群体20%的反应,即可降低疼痛感知阈值。"但他承认挑战:这些受体在肠道等部位也有功能,靶向药物开发难度大。
研究团队已识别出数个候选分子,并对Y1神经元原位测序1200个基因。"或许无法关闭作为关键瓶颈的Y1神经元,但可阻断同等重要的下游区域,"Betley展望,"因为疼痛信息经神经元逐级传递,最终抵达感知层面。"
未来治疗方向
Henderson强调精准治疗的重要性:"理论上可用聚焦超声刺激PAG,但风险极高——皮层损伤影响有限,而脑干损伤可能致命。"
Fink认为PAG图谱为神经外科带来新机遇:"PAG毗邻三叉神经核,后者介导三叉神经痛(患者称其痛感超过分娩)。"他特别关注安慰剂效应:"脑干结构早已被证实管理头面部疼痛,现有疗法丰富,但新图谱可能催生更精准的电极治疗。"
"神经外科医生可在特定脑区植入电极治疗慢性疼痛,"Fink确信,"这完全可行。"
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