研究人员首次记录了当一个人感到慢性疼痛时大脑的放电模式，为植入设备有一天预测疼痛信号甚至短路它们铺平了道路。
科学家们使用通过外科手术放置在大脑内的类似起搏器的装置，记录了四名一年多来一直感到持续性神经疼痛的患者的情况。 这些设备每天记录数次，持续长达六个月，为慢性疼痛在大脑中的位置提供线索。
该研究于周一发表在《自然神经科学》杂志上，报告称疼痛与眶额皮质的电波动有关，眶额皮质是一个涉及情绪调节、自我评估和决策的区域。 该研究表明，这种大脑活动模式可以作为生物标志物来指导诊断和治疗数百万与神经系统受损有关的慢性射击或灼痛患者。
“这项研究确实推动了整整一代的研究，这些研究表明大脑的功能对于处理和感知疼痛非常重要，”匹兹堡大学医学院的疼痛医学专家 Ajay Wasan 博士说，他是’参与研究。
关于 五分之一 美国成年人会经历慢性疼痛，这是一种持续时间超过三个月的持续性或反复发作的疼痛。 为了测量疼痛，医生通常依靠患者来评估他们的疼痛，使用数字量表或基于表情符号的视觉量表。 但是自我报告的疼痛测量值是主观的，并且在一天中可能会有所不同。 一些患者，如儿童或残疾人，可能难以准确传达或评估他们的疼痛。
斯坦福大学神经科学家肯尼斯韦伯说：“在疼痛领域有一个很大的运动，那就是开发更客观的疼痛标记，这些标记可以与自我报告一起使用。”他没有参与这项研究。 Weber 博士补充说，除了增进我们对疼痛背后的神经机制的理解，这些标记物还可以帮助验证一些患者所经历的疼痛，而这些疼痛并未被他们的医生充分理解——甚至完全被忽视。
以前的研究通常扫描慢性疼痛患者的大脑，以观察不同区域的血流变化，这是对大脑活动的间接测量。 然而，此类研究仅限于实验室环境，并且需要患者多次访问医院或实验室。
在这项新研究中，旧金山加利福尼亚大学的神经学家 Prasad Shirvalkar 博士和他的同事使用电极来测量电极附近数千个神经元的集体放电模式。
研究人员通过外科手术将记录设备植入四个人体内，这些人已经忍受了一年多的疼痛，并且通过药物治疗也没有缓解。 其中三名患者的疼痛是在中风后开始的。 第四个在失去一条腿后出现了所谓的幻肢痛。
每天至少三次，患者会对他们感受到的疼痛进行评分，然后按下一个按钮，该按钮会刺激他们的植入物记录大脑信号 30 秒。 通过每天在家中和工作中跟踪患者，“这是有史以来第一次在现实世界中测量慢性疼痛，”Shirvalkar 博士说。
研究人员将电极放置在大脑的两个区域：在疼痛研究中研究不多的眶额皮质和前扣带回皮质，这是一个涉及处理情绪线索的区域。 许多研究 已经表明前扣带皮层对于感知急性和慢性疼痛很重要。
科学家们将患者的疼痛评分数据和相应的电信号输入机器学习模型，然后机器学习模型可以仅根据大脑信号预测高低慢性疼痛状态。
研究人员发现，来自眶额皮质的某些频率波动是慢性疼痛的最佳预测指标。 Shirvalkar 博士说，虽然这种大脑特征在患者中很常见，但每个患者也表现出独特的大脑活动。 “每个病人实际上都有不同的疼痛指纹，”他说。
考虑到这些差异和只有四名研究参与者，未参与该研究的达特茅斯学院神经科学家 Tor Wager 建议谨慎地将眼眶额叶皮层特征称为生物标志物。
他说：“我们绝对希望通过使用其他方法的其他研究来证实这一点，这些方法可以提供对整个大脑的系统覆盖。”
该研究的作者还指出，可能涉及其他大脑区域。 “我们才刚刚开始，”加州大学旧金山分校的神经外科医生 Edward Chang 博士说。 “这只是第一章。”
植入物还有另一个用途：深部脑刺激。 作为治疗慢性疼痛的更大规模临床试验的一部分，Shirvalkar 博士和他的同事正在使用温和的电流刺激电极附近的大脑区域。 除了研究中正在接受这种实验性治疗的四名患者外，研究人员还打算再招募两人，最终将研究扩大到 20 或 30 人。 研究人员希望通过电极发送脉冲来纠正任何异常的大脑活动，从而减轻患者挥之不去的疼痛。