《Current Research in Neurobiology》：Distinct functional cerebral hypersensitivity networks during incisional and inflammatory pain in rats
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疼痛機制研究尚存諸多疑問。為提升（臨床前）動物神經影像疼痛研究的轉化價值，研究人員利用功能磁共振成像（fMRI）結合圖論（GT）等技術，研究切口痛（INC）和炎癥痛（CFA）模型。結果發現不同疼痛實體的腦網絡超敏特征。這有助于尋找疼痛生物標志物，評估新療法。
在醫學領域，疼痛是一個極為復雜且棘手的問題。當身體受到傷害，比如不小心割傷手指，或是患上炎癥，身體就會拉響疼痛警報。疼痛不僅是身體的一種感覺，它還涉及到一系列復雜的生理和心理過程。然而，盡管科學家們對疼痛的病理生理學進行了大量研究，但關于特定疼痛類型及其相關癥狀，仍有許多謎團等待解開。比如說，不同原因導致的疼痛，在大腦中是如何被處理和感知的？為什么有些人的疼痛會持續很長時間，發展成慢性疼痛？這些問題的答案對于開發更有效的疼痛治療方法至關重要。
為了攻克這些難題，國外的研究人員展開了一項極具意義的研究。他們的研究成果發表在《Current Research in Neurobiology》雜志上。
研究人員運用了多種關鍵技術方法。首先是功能磁共振成像（fMRI）技術，它能夠實時監測大腦在疼痛刺激下的活動變化；其次是圖論（GT）分析，通過這種方法可以深入探究大腦網絡的拓撲結構和功能特性；還有線性判別分析（LDA），用于數據分類和特征選擇。研究使用了 42 只雄性 Sprague - Dawley 大鼠，構建了切口痛（INC）和感染誘導的炎癥痛（CFA）模型，并設置了對照組。通過對不同刺激方式（電刺激 ES 和機械刺激 MS）和強度（低強度和高強度）下的大鼠進行 fMRI 掃描，獲取大腦活動數據。
研究結果如下：
- 高刺激強度引發雙側疼痛實體和模態特異性腦激活：高刺激強度下，所有疼痛實體和刺激模態的體素激活概率增加，疼痛模型組的總激活腦體積大于對照組。同時，在疼痛相關的大腦結構中發現了雙側 BOLD 激活，且這種激活模式與疼痛實體、刺激模態和強度基本無關。不過，不同組在特定腦區的激活情況存在差異，比如 CFA 組在低強度刺激時特定腦區激活增加，而 INC 和 CFA 組在高強度電刺激時特定腦區激活減少。
- 網絡大小和密度隨刺激強度變化且因疼痛實體而異：在 INC 和對照組中，從低到高刺激強度，網絡密度（僅 ES）和大�。‥S 和 MS）增強，但 CFA 組未出現此現象。此外，INC 和對照組的網絡在不同刺激方式下也存在差異，這表明大腦在處理不同疼痛實體和刺激模態時存在特異性差異。
- 小世界指數和社區數量取決于刺激強度：高電刺激強度下，某些參數發生變化，表明網絡更加分離。在 CFA 組，低強度機械刺激時小世界指數有顯著差異，且高強度刺激時該指數增加，意味著其網絡連接更松散，信息流動效率降低。同時，不同組的社區數量和小世界指數關系不同，對照組和 CFA 組的社區數量隨刺激強度變化，而 INC 組在不同刺激強度下社區數量相對穩定，但電刺激時社區數量多于機械刺激。
- 疼痛實體、刺激模態和強度調節連接強度：增加 ES 強度，INC 和對照組的某些腦區功能連接強度（FC - strength）顯著增強，而 CFA 組無明顯變化。增加 MS 強度，僅 INC 組的特定腦區連接增強。比較疼痛實體時，CFA 組的 FC - strength 有顯著變化，而 INC 組與對照組相比無顯著差異。此外，不同刺激方式和強度下，不同組的 FC - strength 也存在差異。
- 圖論節點參數顯示在機械超敏狀態下刺激模態間的網絡差異減小：通過分析圖論網絡節點參數發現，在對照組中，ES 和 MS 網絡差異明顯，大腦能夠區分這兩種刺激方式。但在 INC 或 CFA 條件下，這種差異不明顯，表明病理疼痛條件下大腦對刺激模態的區分能力降低。
- 多變量統計揭示基于拓撲網絡參數的疼痛實體和刺激模態特異性生物特征：利用 LDA 分析發現，低強度刺激時，CFA 與 INC 和對照組能明顯區分，且刺激模態也能通過 GT 參數區分。不同參數在不同線性判別維度（LD）上對分類的貢獻不同，這表明不同疼痛實體和刺激模態在大腦網絡拓撲結構和信息流動上存在差異。
- 特定腦結構區分疼痛實體和刺激模態：計算馬氏距離發現，不同刺激方式和強度下，不同疼痛模型與對照組之間，以及 ES 和 MS 之間，由不同腦結構區分。例如，低強度 ES 時，S1 和尾狀核區分對照組和疼痛模型；高強度 MS 時，不同腦結構在 CFA 和 INC 與對照組的區分中起主要作用。
- 局部網絡參數總結：聚焦臨床相關的低強度模態，INC 和 CFA 后，情感 / 認知、認知 - 運動協調和自主網絡組件的網絡調制增加。但 INC 后，腦干、丘腦、體感皮層和尾狀核等區域的網絡調制減少，而 CFA 后整體網絡調制增加。
研究結論和討論部分指出，該研究開發的綜合分析框架揭示了 INC 和 CFA 的獨特疼痛超敏網絡特征（NSPH）。在正常狀態下，大腦能區分不同刺激模態，但在疼痛模型中，這種區分能力受損，同時厭惡處理和下行疼痛調節增強。不同疼痛實體通過不同的 NSPH 調節感覺輸入。這一研究成果為識別某些疾病的新型腦疼痛生物標志物提供了重要依據，有助于評估新型治療和診斷方法的靶點參與情況，有望轉化為臨床應用，為疼痛患者帶來新的希望 。不過，研究也存在一定局限性，如樣本量較小，可能影響研究結果的普遍性，未來需要更大樣本量的研究加以驗證和拓展。
