在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中，準確高效地追蹤和預測傷害性刺激的強度、時(shí)間等屬性，對于個(gè)體生存至關(guān)重要?，F實(shí)生活中，傷害性刺激可長(cháng)可短，從以毫秒為單位計量的瞬時(shí)刺激到持續數月甚至數年的慢性疼痛。到目前為止，大量的研究探索了不同強度傷害性刺激所誘發(fā)的神經(jīng)響應的差異，較少研究聚焦于不同時(shí)長(cháng)傷害性刺激的腦響應特性。而傷害性刺激的強度和時(shí)間屬性如何轉化為疼痛感知及其神經(jīng)機制尚不清楚。

　　為了進(jìn)一步解答這個(gè)問(wèn)題，中國科學(xué)院心理健康重點(diǎn)實(shí)驗室胡理研究組采用接觸式熱刺激結合腦電（EEG）技術(shù)，給予健康成年被試兩種刺激強度（I1：低強度，I2：高強度）、三種持續時(shí)間（D1：500毫秒，D2：1000毫秒，D3：2000毫秒）的傷害性刺激（如圖1）。通過(guò)對EEG信號進(jìn)行時(shí)域、時(shí)頻、溯源、跨頻耦合以及中介分析等，系統揭示了傷害性刺激的不同屬性轉化為疼痛感知的過(guò)程及其神經(jīng)機制。

圖1. 實(shí)驗設計

　　行為結果表明，高強度刺激誘發(fā)了更強烈的疼痛體驗，而持續2000毫秒的傷害刺激也誘發(fā)了更強烈的疼痛體驗。時(shí)域事件相關(guān)電位的結果表明，高強度刺激誘發(fā)了幅值更大的N2和P2成分，而不同持續時(shí)間的傷害性刺激誘發(fā)的N2和P2幅值以及潛伏期均沒(méi)有顯著(zhù)差異，這個(gè)結果和先前的研究結論一致。

圖2. 時(shí)域低頻成分（A），時(shí)頻分析（B）以及溯源分析結果（C）

　　如圖2A-B所示，傷害性刺激所誘發(fā)的低頻成分（LFC:<1 Hz）和位于刺激對側C4電極所提取的α-ERD表現出顯著(zhù)的時(shí)間效應和強度效應，D3條件下LFC和α-ERD的持續時(shí)間更長(cháng)，I2條件下LFC和α-ERD的幅值也更大。通過(guò)溯源定位分析發(fā)現，LFC主要源于雙側腦島（insula）和前扣帶回皮層（ACC），即內側疼痛系統；α-ERD主要源于雙側初級感覺(jué)運動(dòng)皮層（S1/M1），即外側疼痛系統，且刺激對側更強（圖2C）。

圖3. 跨頻耦合分析（A）及多層級中介分析結果（B）

　　跨頻耦合分析結果表明，LFC的相位與C4電極提取的alpha振蕩幅值表現出較強的耦合效應：雙側額葉電極的LFC和C4電極的alpha振蕩表現出正向耦合，而靠近頂葉位置電極則表現出負向耦合（圖3A）。這種耦合可能意味著(zhù)LFC和α-ERD對應的不同腦區之間存在著(zhù)信息的交互。進(jìn)一步采用多層級中介分析發(fā)現，α-ERD的持續時(shí)間顯著(zhù)介導了刺激持續時(shí)間對疼痛感知的影響，N2和P2的幅值顯著(zhù)介導了刺激強度對疼痛感知的影響。更重要的是，a-ERD的持續時(shí)間與LFC的幅值聯(lián)合介導了刺激持續時(shí)間對疼痛感知的影響，而α-ERD的幅值與LFC的幅值也顯著(zhù)介導了刺激持續時(shí)間對疼痛感知的影響（圖3B）。

　　以上結果為外側和內側疼痛系統之間的持續通訊提供了新的線(xiàn)索，同時(shí)為腦區間不同的神經(jīng)響應在疼痛感知產(chǎn)生過(guò)程中的重要作用提供了新的證據。

　　該研究受到國家自然科學(xué)基金（32071061和31822025）的支持。文章已在線(xiàn)發(fā)表于Cerebral Cortex。

　　論文信息：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