持續(xù)性疼痛的神經(jīng)影像學(xué)生物標(biāo)志物

疼痛作為當(dāng)前面臨的主要臨床和社會問題之一，目前仍缺乏有效的客觀評估指標(biāo)。在美國，大約五分之一的成年人 (20.4%) 患有臨床疼痛，每年的經(jīng)濟損失達數(shù)千億美元。臨床疼痛的一個重要特征是持續(xù)性疼痛，除感覺辨別過程外，還涉及一系列參與自上而下的認(rèn)知和情感處理的大腦區(qū)域。但是，由于臨床疼痛通常受多種因素影響，例如學(xué)習(xí)和評估，情緒和情感以及注意力和自我參照過程，因此仍難以客觀地評估病人的持續(xù)疼痛。

近期，美國達特茅斯大學(xué)的Tor D. Wager 團隊和韓國成均館大學(xué)Choong-Wan Woo 團隊合作，在《Nature Medicine》雜志共同發(fā)表了一項關(guān)于持續(xù)性疼痛神經(jīng)影像學(xué)生物標(biāo)志物的研究。持續(xù)性疼痛 (sustained pain)包括：實驗性持續(xù)性疼痛 (tonic experimental pain) 和臨床疼痛 (clinical pain)。研究者通過比較實驗性持續(xù)性疼痛，臨床疼痛和階段性實驗性疼痛 (experimental phasic pain) 的神經(jīng)影像特征，發(fā)現(xiàn)了基于全腦功能連接 (whole-brain functional connectivity) 的功能磁共振成像 (functional magnetic resonance imaging, fMRI) 特征信號，該信號能夠預(yù)測實驗誘發(fā)的持續(xù)性疼痛強度，并在六項研究中測試了其對臨床疼痛的敏感性，特異性和普遍適用性（總計334 例）。

該研究主要解決了以下三個問題：（1）是否可以基于全腦功能連接性來確定基于fMRI 的實驗性持續(xù)性疼痛的特征？（2）這種持續(xù)性疼痛信號特征可以解釋臨床疼痛的個體差異嗎？（3）功能連接模型在捕獲實驗性持續(xù)性疼痛，臨床疼痛和階段性實驗性疼痛有何相似或不同？

為了誘發(fā)持續(xù)性疼痛，研究者們在進行功能磁共振成像掃描之前，先用濾紙在參與者的舌頭上涂上富含辣椒素的辣醬。此外，還在單獨的掃描運行中測試了其他非疼痛厭惡刺激。他們使用這些數(shù)據(jù)開發(fā)了基于全腦功能連接度的機器學(xué)習(xí)模型，該模型可預(yù)測正在進行的疼痛程度。持續(xù)性疼痛功能連接度特征信號(tonic pain signature, ToPS) 能夠高度預(yù)測三個獨立數(shù)據(jù)集的疼痛等級動態(tài)變化（個體內(nèi)預(yù)測r = 0.47-0.64）。此外，ToPS 能夠正確地區(qū)分持續(xù)性疼痛與其他非痛苦的厭惡情緒（包括苦味和厭惡氣味，準(zhǔn)確率為76%～85%），對持續(xù)性疼痛具有高度敏感性和特異性。

然后，研究者又在兩個臨床背痛數(shù)據(jù)集上，對ToPS 進行了測試 (n = 192)。ToPS 預(yù)測了兩種不同臨床疼痛情況下的總體疼痛嚴(yán)重程度，即亞急性背痛 (subacute back pain) 和慢性背痛 (chronic back pain)（r = 0.56-0.57，具體取決于任務(wù)類型），并準(zhǔn)確區(qū)分了慢性背痛病人與健康患受試者（準(zhǔn)確度為71%～73%）。將持續(xù)性，臨床和階段性疼痛的預(yù)測性大腦連接模式進行比較(n = 33)，發(fā)現(xiàn)持續(xù)性疼痛和臨床疼痛模型是相似的，尤其是在體感運動，額頂和背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)中。這些模式與階段性實驗性疼痛不同。

這項研究揭示了持續(xù)疼痛的獨特腦功能網(wǎng)絡(luò)特征，并提供了一種基于大腦的可用于預(yù)測持續(xù)性疼痛強度的生物標(biāo)志物。該生物標(biāo)志物有可能在臨床中用于表征病人中與疼痛經(jīng)歷相關(guān)的腦部活動和治療反應(yīng)，具有很高的臨床轉(zhuǎn)化潛力。