注意力分散通过抑制瞳孔扩张和脑活动实现疼痛调控的脊髓上机制研究

本研究针对疼痛调控的脊髓与脊髓上机制展开探索，通过注意力分散（distraction）和预期（anticipation）实验范式，结合瞳孔测量（pupillometry）、痛觉屈曲反射（NFR）和脑电图（EEG）技术，发现注意力分散显著降低疼痛感知（p < 0.001），同时消除疼痛诱发的瞳孔扩张（500–1000 ms）和高伽马振荡（61–90 Hz）活动，但未抑制脊髓水平的NFR反应。这一结果揭示了注意力分散通过脊髓上通路选择性抑制伤害性信息加工的神经机制，为认知-疼痛交互理论提供了新证据。

　　

疼痛是人类进化过程中保留的重要保护机制，但过度或持续的疼痛会严重影响生活质量。有趣的是，日常生活中我们都有这样的体验：当全神贯注于某项任务时，往往能暂时"忘记"疼痛。这种现象背后隐藏着怎样的神经机制？是疼痛信号在脊髓水平就被阻断，还是大脑选择性地"忽略"了这些信号？这正是加拿大魁北克大学三河城分校Mathieu Piché团队在《The Journal of Physiological Sciences》发表的研究试图解答的核心问题。

传统观点认为，疼痛调控涉及脊髓和脊髓上（supraspinal）双重机制。虽然已有研究表明注意力分散能减轻疼痛，但其具体作用位点仍存争议。特别是痛觉屈曲反射（nociceptive flexion reflex, NFR）——这个反映脊髓水平伤害性信息传递的客观指标，在不同研究中表现出不一致的调控模式。此外，瞳孔扩张作为反映自主神经系统激活和脑干功能的敏感指标，其与疼痛强度的关系尚未在注意力调控背景下系统研究。

为解决这些问题，研究人员设计了精巧的三条件实验：对照条件、注意力分散（心算任务）条件和疼痛预期（视觉提示）条件。通过同步记录20名健康志愿者的主观疼痛评分、NFR、瞳孔直径和脑电活动，团队首次在同一个实验框架下系统比较了不同注意力状态对疼痛多维度指标的影响。

研究采用多项关键技术：1）标准化痛觉电刺激（10×1 ms脉冲，333 Hz）诱发NFR；2）功能性数据分析（functional data analysis）处理瞳孔动态变化；3）事件相关电位（ERP）提取P45、N100和P260成分；4）时频分析（time-frequency analysis）量化2–10 Hz、8–29 Hz、30–60 Hz和61–90 Hz振荡功率。所有实验程序均符合赫尔辛基宣言和国际疼痛研究协会标准。

3.1 疼痛和疼痛相关焦虑
心算任务使疼痛评分显著降低37.1%（p < 0.001），而预期条件无显著影响。疼痛相关焦虑评分在三条件下无差异，排除了情绪因素的干扰。

3.2 痛觉屈曲反射
与主观疼痛评分解离的是，NFR振幅在三种条件下保持稳定（p = 0.5），提示注意力分散的镇痛作用不依赖脊髓水平的抑制。

3.3 瞳孔测量
功能性数据分析显示，疼痛刺激后500–1000 ms的瞳孔扩张在对照条件下显著（p < 0.05），但被注意力分散完全消除。预期条件则引起刺激前瞳孔收缩，反映了不同的注意定向机制。

3.4 事件相关电位
预期条件显著降低N100振幅（p = 0.002）并增加P260振幅（p = 0.004），可能反映了早期感觉门控和晚期认知加工的重新配置。

3.5 事件相关频谱扰动
注意力分散特异性抑制61–90 Hz高伽马活动（p = 0.014），而预期主要影响2–10 Hz低频振荡（p = 0.025），表明不同频段振荡分别编码疼痛的感知强度和注意定向过程。

这项研究首次在同一个实验范式中证明：注意力分散通过选择性抑制脊髓上通路的伤害性信息加工实现镇痛，表现为瞳孔扩张反应消失和高伽马振荡减弱，同时保留脊髓反射的保护功能。这种"感知-反射解离"现象具有重要的临床启示——针对慢性疼痛的认知行为疗法可能通过重塑高阶脑网络功能而非阻断脊髓传递来发挥作用。

特别值得注意的是，研究采用的瞳孔测量为疼痛客观评估提供了新思路。瞳孔直径变化作为脑干激活的"窗口"，与fMRI研究揭示的疼痛相关脑网络活动高度吻合，未来或可发展为临床疼痛评估的便捷生物标志物。

该研究的局限在于仅考察了急性实验性疼痛，未来需要在慢性疼痛患者中验证这些发现的普适性。此外，心算任务可能同时涉及工作记忆和注意力成分，后续研究可通过设计更纯粹的任务范式进一步分离这些认知成分的贡献。

Mathieu Piché团队的这项工作，为理解认知-疼痛交互提供了多层次证据链，推动疼痛医学向"精准调控"迈出重要一步。这些发现不仅深化了我们对疼痛神经生物学的认识，也为开发非药物镇痛策略指明了新方向——或许某天，一个简单的手机游戏就能成为缓解疼痛的"数字药物"。