研究人員首次記錄了當一個人感到慢性疼痛時大腦的放電模式，為植入設備有一天預測疼痛信號甚至短路它們鋪平了道路。
科學家們使用通過外科手術放置在大腦內的類似起搏器的裝置，記錄了四名一年多來一直感到持續性神經疼痛的患者的情況。 這些設備每天記錄數次，持續長達六個月，為慢性疼痛在大腦中的位置提供線索。
該研究於週一發表在《自然神經科學》雜誌上，報告稱疼痛與眶額皮質的電波動有關，眶額皮質是一個涉及情緒調節、自我評估和決策的區域。 該研究表明，這種大腦活動模式可以作為生物標誌物來指導診斷和治療數百萬與神經系統受損有關的慢性射擊或灼痛患者。
“這項研究確實推動了整整一代的研究，這些研究表明大腦的功能對於處理和感知疼痛非常重要，”匹茲堡大學醫學院的疼痛醫學專家 Ajay Wasan 博士說，他是’參與研究。
關於 五分之一 美國成年人會經歷慢性疼痛，這是一種持續時間超過三個月的持續性或反復發作的疼痛。 為了測量疼痛，醫生通常依靠患者來評估他們的疼痛，使用數字量表或基於表情符號的視覺量表。 但是自我報告的疼痛測量值是主觀的，並且在一天中可能會有所不同。 一些患者，如兒童或殘疾人，可能難以準確傳達或評估他們的疼痛。
斯坦福大學神經科學家肯尼斯韋伯說：“在疼痛領域有一個很大的運動，那就是開發更客觀的疼痛標記，這些標記可以與自我報告一起使用。”他沒有參與這項研究。 Weber 博士補充說，除了增進我們對疼痛背後的神經機制的理解，這些標記物還可以幫助驗證一些患者所經歷的疼痛，而這些疼痛并未被他們的醫生充分理解——甚至完全被忽視。
以前的研究通常掃描慢性疼痛患者的大腦，以觀察不同區域的血流變化，這是對大腦活動的間接測量。 然而，此類研究僅限於實驗室環境，並且需要患者多次訪問醫院或實驗室。
在這項新研究中，舊金山加利福尼亞大學的神經學家 Prasad Shirvalkar 博士和他的同事使用電極來測量電極附近數千個神經元的集體放電模式。
研究人員通過外科手術將記錄設備植入四個人體內，這些人已經忍受了一年多的疼痛，並且通過藥物治療也沒有緩解。 其中三名患者的疼痛是在中風後開始的。 第四個在失去一條腿後出現了所謂的幻肢痛。
每天至少三次，患者會對他們感受到的疼痛進行評分，然後按下一個按鈕，該按鈕會刺激他們的植入物記錄大腦信號 30 秒。 通過每天在家中和工作中跟踪患者，“這是有史以來第一次在現實世界中測量慢性疼痛，”Shirvalkar 博士說。
研究人員將電極放置在大腦的兩個區域：在疼痛研究中研究不多的眶額皮質和前扣帶回皮質，這是一個涉及處理情緒線索的區域。 許多研究 已經表明前扣帶皮層對於感知急性和慢性疼痛很重要。
科學家們將患者的疼痛評分數據和相應的電信號輸入機器學習模型，然後機器學習模型可以僅根據大腦信號預測高低慢性疼痛狀態。
研究人員發現，來自眶額皮質的某些頻率波動是慢性疼痛的最佳預測指標。 Shirvalkar 博士說，雖然這種大腦特徵在患者中很常見，但每個患者也表現出獨特的大腦活動。 “每個病人實際上都有不同的疼痛指紋，”他說。
考慮到這些差異和只有四名研究參與者，未參與該研究的達特茅斯學院神經科學家 Tor Wager 建議謹慎地將眼眶額葉皮層特徵稱為生物標誌物。
他說：“我們絕對希望通過使用其他方法的其他研究來證實這一點，這些方法可以提供對整個大腦的系統覆蓋。”
該研究的作者還指出，可能涉及其他大腦區域。 “我們才剛剛開始，”加州大學舊金山分校的神經外科醫生 Edward Chang 博士說。 “這只是第一章。”
植入物還有另一個用途：深部腦刺激。 作為治療慢性疼痛的更大規模臨床試驗的一部分，Shirvalkar 博士和他的同事正在使用溫和的電流刺激電極附近的大腦區域。 除了研究中正在接受這種實驗性治療的四名患者外，研究人員還打算再招募兩人，最終將研究擴大到 20 或 30 人。 研究人員希望通過電極發送脈衝來糾正任何異常的大腦活動，從而減輕患者揮之不去的疼痛。
