心理所研究揭示持续性伤害刺激转化为疼痛感知的神经机制

　　在动态变化的环境中，准确高效地追踪和预测伤害性刺激的强度、时间等属性，对于个体生存至关重要。现实生活中，伤害性刺激可长可短，从以毫秒为单位计量的瞬时刺激到持续数月甚至数年的慢性疼痛。到目前为止，大量的研究探索了不同强度伤害性刺激所诱发的神经响应的差异，较少研究聚焦于不同时长伤害性刺激的脑响应特性。而伤害性刺激的强度和时间属性如何转化为疼痛感知及其神经机制尚不清楚。

　　为了进一步解答这个问题，中国科学院心理健康重点实验室胡理研究组采用接触式热刺激结合脑电（EEG）技术，给予健康成年被试两种刺激强度（I1：低强度，I2：高强度）、三种持续时间（D1：500毫秒，D2：1000毫秒，D3：2000毫秒）的伤害性刺激（如图1）。通过对EEG信号进行时域、时频、溯源、跨频耦合以及中介分析等，系统揭示了伤害性刺激的不同属性转化为疼痛感知的过程及其神经机制。

图1. 实验设计

　　行为结果表明，高强度刺激诱发了更强烈的疼痛体验，而持续2000毫秒的伤害刺激也诱发了更强烈的疼痛体验。时域事件相关电位的结果表明，高强度刺激诱发了幅值更大的N2和P2成分，而不同持续时间的伤害性刺激诱发的N2和P2幅值以及潜伏期均没有显著差异，这个结果和先前的研究结论一致。

图2. 时域低频成分（A），时频分析（B）以及溯源分析结果（C）

　　如图2A-B所示，伤害性刺激所诱发的低频成分（LFC:<1 Hz）和位于刺激对侧C4电极所提取的α-ERD表现出显著的时间效应和强度效应，D3条件下LFC和α-ERD的持续时间更长，I2条件下LFC和α-ERD的幅值也更大。通过溯源定位分析发现，LFC主要源于双侧脑岛（insula）和前扣带回皮层（ACC），即内侧疼痛系统；α-ERD主要源于双侧初级感觉运动皮层（S1/M1），即外侧疼痛系统，且刺激对侧更强（图2C）。

图3. 跨频耦合分析（A）及多层级中介分析结果（B）

　　跨频耦合分析结果表明，LFC的相位与C4电极提取的alpha振荡幅值表现出较强的耦合效应：双侧额叶电极的LFC和C4电极的alpha振荡表现出正向耦合，而靠近顶叶位置电极则表现出负向耦合（图3A）。这种耦合可能意味着LFC和α-ERD对应的不同脑区之间存在着信息的交互。进一步采用多层级中介分析发现，α-ERD的持续时间显著介导了刺激持续时间对疼痛感知的影响，N2和P2的幅值显著介导了刺激强度对疼痛感知的影响。更重要的是，a-ERD的持续时间与LFC的幅值联合介导了刺激持续时间对疼痛感知的影响，而α-ERD的幅值与LFC的幅值也显著介导了刺激持续时间对疼痛感知的影响（图3B）。

　　以上结果为外侧和内侧疼痛系统之间的持续通讯提供了新的线索，同时为脑区间不同的神经响应在疼痛感知产生过程中的重要作用提供了新的证据。

　　该研究受到国家自然科学基金（32071061和31822025）的支持。文章已在线发表于Cerebral Cortex。

　　论文信息：Wang, H., Guo, Y., Tu, Y., Peng, W., Lu, X., Bi, Y., Iannetti, G. D., & Hu, L. (2022). Neural processes responsible for the translation of sustained nociceptive inputs into subjective pain experience. Cerebral Cortex, bhac090. Advance online publication. https://doi.org/10.1093/cercor/bhac090