MIT解开现代医学难以解释的现象:触摸如何抑制大脑对疼痛刺激的反应

【字体: 时间:2022年12月06日 来源:Science Advances

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  摩擦疼痛的身体部位可以缓解一些疼痛。麻省理工学院麦戈文研究所的神经科学家正在寻找其中的原因。

  

当我们按压太阳穴以缓解头痛时,或在受到意外打击后摩擦肘部时,通常会带来一些缓解。麻省理工学院麦戈文大脑研究所的科学家们说,人们相信,当这些神经元也接受触摸输入时,大脑中的疼痛反应细胞就会安静下来。他们首次观察到了这种现象在鼠类大脑中的表现。

该研究小组的发现发表在11月6日的《科学进展》(Science Advances)杂志上,让研究人员对疼痛和触摸之间的复杂关系有了更深入的了解,并可能为人类慢性疼痛提供一些见解。“我们对此很感兴趣,因为这是一种常见的人类经历,”麦戈文的研究员Fan Wang说。“当你身体的某个部位疼痛时,你会揉搓它,对吗?我们知道触摸可以通过这种方式减轻疼痛。”但是,神经科学家一直很难研究这种现象。

模拟减轻疼痛

触摸介导的疼痛缓解可能从脊髓开始,之前的研究发现,脊髓中的疼痛反应神经元在对触摸的反应中信号减弱。但有迹象表明,大脑也参与其中。Wang说,这方面的反应在很大程度上尚未被探索,因为很难在所有其他神经活动中监测大脑对疼痛刺激的反应,特别是当动物移动时。

因此,虽然她的团队知道小鼠对脸颊上潜在的疼痛刺激会做出反应,用爪子擦脸,但他们无法跟踪动物大脑中特定的疼痛反应,看看摩擦是否有助于缓解疼痛。“如果你观察动物摩擦脸部时的大脑,运动和触摸信号完全压倒了任何可能的疼痛信号,”Wang解释道。

她和她的同事已经找到了绕过这一障碍的方法。他们没有研究摩擦面部的效果,而是将注意力集中在一种更微妙的触摸形式上:动物胡须运动产生的轻柔振动。小鼠用它们的胡须来探索,以一种有节奏的运动前后移动胡须,这种运动被称为“whisking”,以感知它们的环境。这个动作激活了面部的触觉感受器,并以振动触觉信号的形式将信息发送到大脑。当一个人把手从灼热的平底锅中抽出来时,握手时,人类大脑也会接收到同样的触摸信号——这是我们寻求触摸缓解疼痛的另一种方式。

驱散痛苦

Wang和她的同事们发现,这种胡须的运动改变了小鼠对恼人的热或戳脸的反应方式——热或戳脸通常都会导致面部摩擦。她说:“当不愉快的刺激被施加在它们自己产生的振动whisking的存在下时……它们的反应要小得多。”她说,有时,whisking的动物会完全忽略这些痛苦的刺激。

在处理触摸和疼痛信号的大脑体感皮层,研究小组发现信号变化似乎是这种效应的基础。“当小鼠whisking时,优先对热和戳做出反应的细胞较少被激活,”Wang说。“它们不太可能对疼痛刺激做出反应。”研究小组发现,即使whisking的动物在疼痛刺激下确实会摩擦它们的脸,大脑中的神经元也需要更多的时间来适应与摩擦运动相关的放电模式。“当有疼痛刺激时,通常种群动态的轨迹会迅速转移到摩擦一下。但如果你已经有了whisking,那就需要更长的时间,”Wang说。

Wang指出,即使是在被激怒的小鼠开始摩擦它们的脸之前的几分之一秒,当动物相对静止时,也很难区分哪些大脑信号与感知热和戳有关,哪些与胡须运动有关。她的团队开发了计算工具来解决这些问题,并希望其他神经科学家可以使用新的算法来理解他们自己的数据。

whisking对疼痛信号的影响似乎依赖于专门的触摸处理电路,该电路将触觉信息从一个叫做后丘脑腹侧的大脑区域发送到体感皮层。当研究人员阻断了这一通路时,whisking不再抑制动物对疼痛刺激的反应。现在,Wang说,她和她的团队迫切地想知道这个回路如何与大脑的其他部分一起工作,以调节对疼痛刺激的感知和反应。

Wang说,新的发现可能会揭示一种叫做丘脑疼痛综合症的疾病,这是一种慢性疼痛紊乱,可能会在中风影响大脑的丘脑后出现。她说:“这种中风可能会损害丘脑回路的功能,而丘脑回路通常会传递纯粹的触摸信号,并将疼痛信号减弱到大脑皮层。”


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