痛覺的中樞編碼

痛覺的中樞編碼羅非教授Tel:82801010Email:fluo@Website:http:///ANnetBeforewestart…疼痛是重要的軀體感覺功能回顧：五類重要的感覺模態(tài)視、聽、嗅、味、觸痛覺是軀體感覺(身觸)的一部分Beforewestart…正常痛覺的作用報告任何作用于軀體上的過強刺激報告軀體存在的異常狀況引發(fā)軀體的保護性反應(yīng)引發(fā)情緒反應(yīng)啟動相關(guān)的認知過程Beforewestart…疼痛的流行病學(xué)美國人1/3的醫(yī)療費用是用來緩解疼痛的澳大利亞1/3的家庭中至少有一人患有慢性疼痛這些人中45%存在嚴重乃至不可忍受的疼痛，發(fā)作頻繁，并且已持續(xù)3年以上我們?nèi)绾螐拇竽X中感知疼痛，至今不得而知疼痛是什么？疼痛是什么?難以給出一個簡單定義某些事實受到“傷害”的心理經(jīng)驗諸如“啊”之類的語音反應(yīng)痛苦的面部表情行為反應(yīng)和嬰兒的啼哭然而，僅僅具有這些現(xiàn)象并不能代表疼痛；人類的內(nèi)在精神過程不能完全由外部行為來描述疼痛是什么?IASP的官方疼痛定義與傷害或傷害危險相關(guān)是一種不愉快的情緒體驗是一種主觀感覺與實存或潛在的組織損傷或可用這類損傷描述的事件相關(guān)的一種不愉快的感覺和情緒體驗疼痛的心理學(xué)范疇疼痛的心理學(xué)為反對越戰(zhàn)中的不人道現(xiàn)象自焚的僧侶：對這種大規(guī)模的身體傷害沒有明顯強烈反應(yīng)疼痛的心理學(xué)馬來西亞的印度教宗教儀式:在梵唄和戰(zhàn)鼓聲中，一支長箭穿透了面頰，但在一種特殊意識狀態(tài)下的主人公并無痛苦表情疼痛的心理學(xué)在清醒的交談下進行的開胸心臟手術(shù)，所采用的是中國的針刺麻醉疼痛的心理學(xué)在西雅圖的牙科醫(yī)院，用錘子敲掉智齒的手術(shù)是在西方式的催眠鎮(zhèn)痛下做的疼痛的心理學(xué)西雅圖橄欖球明星CurtWarner在比賽受傷之后的痛苦表情，但他很快就回到場上繼續(xù)比賽了疼痛的心理學(xué)嬰兒接受注射時，父親臉上的極端痛苦表情和它自己平靜的表情形成鮮明對比疼痛的多樣性疼痛的多樣性疼痛的類別先天無痛(Congenitalanalgesia)傷害性疼痛(Nociceptivepain)外傷性疼痛(Traumaticpain)炎癥痛(Inflammatorypain)神經(jīng)源性痛(Neurogenicpain)心身性疼痛(Psychosomaticpain)心因性疼痛(Psychogenicpain)疼痛的多樣性疼痛的動力學(xué)急性(Acute)一過性(Transient)間歇性(Intermittent)持續(xù)性(Persistent)復(fù)發(fā)性(Recurrent)亞慢性(Sub-chronic)慢性(Chronic)疼痛的外周機制疼痛的外周機制神經(jīng)纖維受損與放電:C和Ad局部的痛敏物質(zhì):K+,ATP,緩激肽,PGs外周神經(jīng)系統(tǒng):軸突反射,局部神經(jīng)相互作用感受器上的諸離子通道疼痛的外周機制

cool10-28℃CMR1

heat45℃VR153℃VRL-1pressureDEG/ENaCP2X3&P2Y

chemicalsH+VR1ASIC(DEG/ENaC)CapsaicinVR1

BradykininBK2NGFTrkAPGE2GPr-RTTX-RNa+channelMentholCMR1一切似乎都很清楚了，然而…However…初級感覺神經(jīng)元對刺激的能量形式有一定的選擇性，但其分子特異性是有限的初級感覺神經(jīng)元最終對適宜刺激產(chǎn)生的放電不僅取決于特殊傳導(dǎo)分子的存在，還取決于其它離子通道的某一特定組合的特征性表達例如:TRPM8通道與冷刺激傳導(dǎo)對某一特定能量具有特異性的傳導(dǎo)分子也可以表達在其它感覺模態(tài)的神經(jīng)元上例如:冷感受器上的TRPV1However…通過一類初級傳入神經(jīng)元傳導(dǎo)的某種特定形式的能量可能負責(zé)傳遞不同功能過程的信息例如:冷感受器末梢既可檢測眼球外部的溫度變化，也可檢測眼球內(nèi)部的血管運動變化早先的清晰圖景:各負其責(zé)如今的模糊圖景C纖維不止傳導(dǎo)痛…C纖維在做什么?早年的發(fā)現(xiàn)無髓(C)纖維擁有廣泛的、可變的功能特征輕柔的機械刺激短暫的冷卻小幅度的溫度改變高閾值下的多種甚至所有的刺激BessouPandPerlER(1969)有關(guān)C纖維參與痛覺的發(fā)現(xiàn)Bessou&Perl,1969貓皮膚無髓纖維中52%可以被各種高閾值刺激所興奮Kumazawa&Perl,1977靈長類無髓纖維中89%可以被各種高閾值刺激所興奮眼球后部的C纖維球結(jié)膜后部的C纖維對冷刺激敏感但眼球后部從來不會暴露在冷空氣中對夾閉血管也起反應(yīng)解析：C纖維對微血管收縮敏感牙齒中的C纖維與交感神經(jīng)相互作用，負責(zé)…調(diào)節(jié)牙髓中的液體流動調(diào)節(jié)牙齒骨生長調(diào)節(jié)牙髓血壓促進傷口愈合牙齒的神經(jīng)源性炎癥肌肉中的C纖維運動會導(dǎo)致C纖維放電增加是肌肉酸痛？夾閉血管導(dǎo)致同樣的反應(yīng)解析：C纖維負責(zé)報告肌肉中的微循環(huán)狀態(tài)及代謝物濃度皮膚中的輕觸覺C纖維2000年出版的PrinciplesofNeuroscience認為，人類的觸覺都由粗的有髓纖維傳遞，而C纖維則負責(zé)傳導(dǎo)痛覺事實上，輕觸覺C纖維在貓、嚙齒類和靈長類動物均有發(fā)現(xiàn)1957年，Douglas&Ritchie就報道對觸覺起反應(yīng)的無髓C纖維的數(shù)量甚至超過了有髓纖維，但只存在于有毛皮膚中皮膚中的輕觸覺C纖維然而，阻斷有髓纖維會使觸覺喪失C纖維傳導(dǎo)速度較慢，而我們又覺察不到“第二觸”的出現(xiàn)因此人們曾認為C觸覺纖維可能在進化中消失了1988、1990和1993年，人類C觸覺纖維被再次發(fā)現(xiàn)皮膚中的輕觸覺C纖維2003年，Wessberg指出人類C觸覺纖維具有不規(guī)則的多點式感受野，對緩慢毛刷刺激最敏感，其傳導(dǎo)速度約1m/s，反復(fù)刺激易出現(xiàn)疲勞皮膚中的輕觸覺C纖維研究的困難：無髓C觸覺纖維總是與有髓纖維同時激活，很難單獨顯示它的功能皮膚中的輕觸覺C纖維一個有髓纖維缺失的病人解決了這個難題該病人沒有觸感覺，但可以判斷出皮膚是否被毛刷刷過，只是不能說出毛刷運動的方向該病人認為毛刷刺激是一種“愉快的”感覺fMRI顯示，毛刷刺激該病人可激活島葉等情緒中樞因而認為它可能介導(dǎo)觸覺的情緒效應(yīng)這樣看來…痛覺的外周機制遠非唯一確定的，不足以保證機體獲得穩(wěn)定而特異的疼痛感覺因此，中樞對痛覺信號的進一步深度編碼是必須的問題：中樞怎樣編碼痛覺？痛覺的傳導(dǎo)通路痛覺的多維特性感覺辨別成分包括模態(tài)、定位、強度、時程等信息情感動機成分厭惡、不愉快情緒想要回避的動機認知評價成分對疼痛及其意義的認知和評價

R.MelzackandK.L.Casey,Sensory,motivationalandcentralcontroldeterminantsofpain:anewconceptualmodel.In:D.Kenshaloetal,eds,Theskinsenses,1968催眠暗示可分離疼痛感覺和情緒RainvillePetal.Science1997,277:968-971.HofbauerRKetal.JNeurophysiol

2001,86:402-411.DonaldD.PriceSCIENCE2000疼痛信號的通路雙重疼痛系統(tǒng)cortexthalamusspinalcordSISIIVPLVPIlaminaVlateralsystemmedialsystemTreedeRD`etal.Pain1999;79:105-111InsulaACCVMpolaminaIPfMDvc中樞的興奮部位值得注意的是…痛覺、溫度覺和觸覺均有感覺和情緒成分它們所使用的外周纖維、傳導(dǎo)通路和中樞部位相仿那么，中樞如何區(qū)分編碼不同外周身觸模態(tài)的感覺刺激？參考計算機的情形存在軟件和硬件兩個不同的結(jié)構(gòu)水平硬件結(jié)構(gòu)基本固定軟件結(jié)構(gòu)高度可變同一操作的功能結(jié)果高度取決于軟件運行有關(guān)痛覺編碼的假設(shè)身觸感覺的感覺和情緒成分經(jīng)由類似的通路傳入類似的中樞所不同的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算過程和工作狀態(tài)，它決定了最終形成的感覺模態(tài)因此，我們有必要研究痛覺的網(wǎng)絡(luò)編碼痛覺的網(wǎng)絡(luò)編碼單個神經(jīng)元痛反應(yīng)研究研究技術(shù)：神經(jīng)元群同步記錄神經(jīng)元群內(nèi)的廣泛痛反應(yīng)ACCMDSIVPL放電單位總數(shù)59557468興奮性反應(yīng)32(54%)27(49%)54(73%)62(91%)抑制性反應(yīng)9(15%)4(7%)00合計41(69%)31(56%)54(73%)62(91%)痛反應(yīng)神經(jīng)元的比例內(nèi)、外側(cè)系統(tǒng)的痛反應(yīng)外側(cè)系統(tǒng)神經(jīng)元的疼痛反應(yīng)特性secSpike/secMEG(magnetoencephalography)LaserstimuliFirstpain,preciselocationPlonerMetal.PNAS

2002Firstpain內(nèi)側(cè)系統(tǒng)神經(jīng)元的疼痛反應(yīng)特性Spike/secsecSecondpain,long-lasting,poorlocalized,unpleasantnessPlonerMetal.PNAS

2002Secondpain疼痛的預(yù)期反應(yīng)疼痛的預(yù)期反應(yīng)-100100510-1001002468疼痛的預(yù)期反應(yīng)HutchisonWD,etal.NatureNeurosci

1999PinprickstimulusAnticipation疼痛的預(yù)期反應(yīng)AnticipationNoxiousstimulusSingerT,etal.Science2004小結(jié)神經(jīng)元群反應(yīng)模式總結(jié)-10-8-6-4-20246810ACCMDSIVPTime(sec)-3-2-10123Normalizedfiringrate神經(jīng)元群體反應(yīng)強度的總結(jié)-10-505100.02.55.07.510.0SIIpsilateralContralateralControlSurprise(-

lnp)Time(Sec)-10-50510ACC0.02.55.07.510.0-10-50510MD0.02.55.07.510.0-10-505100.02.55.07.510.0VP痛覺編碼的基礎(chǔ)是單個還是群體神經(jīng)元？單個還是群體編碼?觸覺定位編碼研究的啟示

NicolelisMAetal.,JNeurosci,1999

群體預(yù)測效果優(yōu)于個體判別分析表明:神經(jīng)元群比單個神經(jīng)元能更有效地區(qū)別痛與非痛刺激群體神經(jīng)元怎樣編碼，它們之間有聯(lián)系嗎？個體神經(jīng)元之間的聯(lián)系：

交互相關(guān)分析神經(jīng)元間的交互相關(guān)性神經(jīng)元痛反應(yīng)間的交互相關(guān)傷害性刺激加強丘腦和皮層神經(jīng)元間的相關(guān)性ControlPainPvalueSI&VPL

60(10.9%)255(46.4%)<0.0001ACC&