撫摸為何能緩解疼痛？王凡團(tuán)隊(duì)揭示觸覺抑制大腦對(duì)疼痛刺激反應(yīng)的機(jī)制

（圖片來(lái)源：攝圖網(wǎng)）

作者|甲遇庚 來(lái)源|生物世界(ID：ibioworld)

眾所周知，人與動(dòng)物通過多種感覺途徑獲取外部信息，其中包括觸覺，這是生物體與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的重要感覺功能。當(dāng)我們身體的某個(gè)部位感到不適時(shí)，通常會(huì)本能地對(duì)那個(gè)部位施加一定壓力的觸摸（振動(dòng)觸覺）。例如，當(dāng)頭痛時(shí)，按揉太陽(yáng)穴一段時(shí)間，疼痛的感覺會(huì)減輕；又或者，當(dāng)腹部疼痛時(shí)，捂住肚子是最常見的鎮(zhèn)痛行為。然而，對(duì)于神經(jīng)科學(xué)家們來(lái)說，這種被稱為觸覺鎮(zhèn)痛現(xiàn)象的具體機(jī)制仍難以捉摸。

近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院麥戈文腦研究所大腦與認(rèn)知科學(xué)系教授王凡領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在 Science 子刊 Science Advances 上發(fā)表了題為：Somatosensory cortical signature of facial nociception and vibrotactile touch–induced analgesia 的研究論文。 

該研究深入揭示了疼痛與觸覺之間的復(fù)雜關(guān)系，并為人類慢性疼痛相關(guān)疾病提供一些新的見解。

疼痛是一種復(fù)雜的感覺和情緒體驗(yàn)，可以通過高階的處理來(lái)改變。王凡團(tuán)隊(duì)此前對(duì)麻醉動(dòng)物的神經(jīng)生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，脊髓中存在一類寬動(dòng)態(tài)范圍的神經(jīng)元（WDR）可能是觸摸介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛基質(zhì)。在人類中，觸摸介導(dǎo)的疼痛緩解已被證明對(duì)由背根神經(jīng)節(jié)（DRG）支配的身體部分和由三叉神經(jīng)節(jié)（TG）神經(jīng)元支配的口面部區(qū)域發(fā)揮作用。疼痛反應(yīng)神經(jīng)元的信號(hào)會(huì)因振動(dòng)觸覺而減弱。還有跡象表明，這一過程可能與大腦皮層有關(guān)。然而，涉及哪些皮層區(qū)域尚不清楚。

王凡教授

王凡表示，雖然已經(jīng)知道小鼠會(huì)對(duì)面部的疼痛刺激做出反應(yīng)，如用爪子擦拭面部，但無(wú)法跟蹤其大腦中特定的疼痛反應(yīng)以確定該行為是否有助于緩解疼痛。這方面的反應(yīng)在很大程度上尚未被探索，因?yàn)楹茈y在所有神經(jīng)活動(dòng)中監(jiān)測(cè)大腦對(duì)疼痛刺激的反應(yīng)，尤其是當(dāng)動(dòng)物移動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)和觸摸的信號(hào)已完全覆蓋了其他潛在的疼痛信號(hào)。

在這項(xiàng)新研究中，他們沒有研究小鼠抓撓面部的影響，而是將注意力集中在一種更微妙的觸覺方式上，開發(fā)了一種由振動(dòng)觸覺介導(dǎo)的傷害感受抑制的小鼠行為模型。

通常，嚙齒動(dòng)物使用胡須作為面部的主要觸覺傳感器。在環(huán)境探索過程中，小鼠會(huì)以有規(guī)律且高頻率來(lái)回移動(dòng)胡須，這一過程被稱為Whisking（拂動(dòng)），以收集各種環(huán)境中的感官信息。嚙齒動(dòng)物鼻子上的每根胡須都在初級(jí)體感皮層的桶狀皮層（S1B）中單獨(dú)表示，S1B用于處理胡須產(chǎn)生的觸覺信息。

在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)小鼠面部的左胡須墊施加輻射熱或有害的機(jī)械性刺激。小鼠會(huì)根據(jù)感知到的傷害性刺激的強(qiáng)度擦拭面部。研究人員將這種行為作為傷害性感知的信號(hào)。

他們發(fā)現(xiàn)，與胡須不“拂動(dòng)”的小鼠相比，當(dāng)小鼠的胡須“拂動(dòng)”時(shí)，對(duì)因有害熱量或機(jī)械性刺激做出的反應(yīng)（擦臉次數(shù)）顯著減少。同樣，在自發(fā)胡須運(yùn)動(dòng)的條件下，小鼠擦拭面部的可能性也顯著降低。

當(dāng)小鼠的胡須“拂動(dòng)”時(shí)，那些優(yōu)先對(duì)傷害性熱量和機(jī)械性刺激作出反應(yīng)的細(xì)胞激活的頻率較低。因此，它們不太可能對(duì)疼痛刺激做出反應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，即使胡須“拂動(dòng)”的小鼠在疼痛的刺激下擦拭自己的臉，但大腦中的神經(jīng)元也需要更多的時(shí)間來(lái)適應(yīng)與擦拭運(yùn)動(dòng)相關(guān)的放電模式。

“拂動(dòng)”對(duì)疼痛信號(hào)的影響似乎依賴于特殊的觸摸處理回路，該回路將觸覺信息從丘腦腹后內(nèi)側(cè)核（VPM）發(fā)送到初級(jí)體感皮層的桶狀皮層（S1B）。當(dāng)研究人員阻斷這一通路時(shí)，“拂動(dòng)”將不再抑制動(dòng)物對(duì)疼痛刺激的反應(yīng)。

王凡指出，即使是在被激怒的小鼠開始擦拭面部之前的幾分之一秒，即動(dòng)物相對(duì)靜止時(shí)，也很難區(qū)分哪些大腦信號(hào)與感知傷害性熱量或機(jī)械刺激有關(guān)，哪些與胡須“拂動(dòng)”有關(guān)。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了可以將鈣信號(hào)分解為感覺誘發(fā)、“拂動(dòng)”或擦拭面部反應(yīng)的信號(hào)分離算法，發(fā)現(xiàn)“拂動(dòng)”的存在改變了 S1B 神經(jīng)元中的傷害性信號(hào)處理。對(duì) S1B 動(dòng)態(tài)的分析表明，“拂動(dòng)”會(huì)促使有害刺激引起的神經(jīng)狀態(tài)向非傷害性行為的結(jié)果轉(zhuǎn)變。因此，S1B 整合面部觸覺和有害信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)觸摸介導(dǎo)的鎮(zhèn)痛。

王凡表示，研究團(tuán)隊(duì)迫切地想知道這個(gè)回路如何與大腦的其他部分協(xié)同工作，從而調(diào)節(jié)對(duì)疼痛刺激的感知和反應(yīng)。

此外，這些發(fā)現(xiàn)可能與丘腦疼痛綜合征有關(guān)，這是一種慢性疼痛障礙，患者在中風(fēng)影響大腦丘腦后會(huì)出現(xiàn)這種疾病。王凡表示，中風(fēng)可能損害了丘腦回路的功能，而丘腦回路通常會(huì)傳遞純粹的觸覺信號(hào)，抑制傳遞到大腦皮層的疼痛信號(hào)。

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https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn6530

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)：生物世界(ID：ibioworld)，作者：甲遇庚