疼痛可能會令人不快。但在大多數情況下，疼痛發揮著重要作用，甚至可以挽救生命。短暫的疼痛是一種警告信號，可以保護我們免受危險。當你觸摸熱鍋時，跺腳或撞到頭。你的神經系統立即發出“噢！”的聲音。這會告訴你在造成進一步損害之前退後一步。疼痛消失，身體痊癒，你就會記住下次不該做什麼。
然而，慢性疼痛則完全不同。在這種情況下，即使傷勢痊癒，警告信號也不會停止。對於美國大約 5000 萬人來說，疼痛成為一種持續的、看不見的伴侶，可以持續數年甚至數十年。 “這不僅僅是無法治癒的傷害，”賓夕法尼亞大學的神經科學家 J. Nicholas Betley 解釋道。但這是來自敏感且過度活躍的大腦的信息。並決定數據輸入保持沉默，這將如何帶來更好的治療？ ”
貝特利與匹茲堡大學和斯克里普斯研究所的合作者一起，發現了慢性疼痛難題的一個重要部分。他們的研究指出，一組稱為神經元的腦幹細胞表達 Y1 受體 (Y1R)，位於外側臂旁核 (lPBN)。這些神經元在持續疼痛的情況下被激活。但它也處理與飢餓、恐懼和口渴相關的信號。這表明大腦可以在存在其他緊迫需求的情況下調整其對疼痛的反應。需要注意的
研究結果發表於 自然這表明緩解可能是可能的，因為正如研究人員所寫，“大腦中的某些迴路可以減少傳遞疼痛信號的神經元的活動。”
追踪大腦的疼痛
貝特利的團隊與匹茲堡大學泰勒實驗室合作，利用鈣成像技術實時觀察短期和長期疼痛動物模型中的神經元活動。他們注意到 Y1R 神經元不僅僅對快速爆發的疼痛做出反應。相反，它們會在長時間的疼痛中持續射擊。這是一種稱為“補品活動”的現象
貝特利將其與即使在停車後仍繼續運轉的發動機進行了比較。即使在身體恢復完成後，疼痛信號仍在背景中呻吟。這種持續的神經活動可以解釋為什麼有些人在受傷或手術後很長時間仍會感到疼痛。
這項研究源於貝特利 2015 年加入賓夕法尼亞大學後的一個意外觀察：飢餓似乎可以減輕慢性疼痛。
“根據我自己的經驗，我覺得當你真的很餓時，你必須不惜一切代價獲取營養，”他說。 “當談到慢性、持久的疼痛時，飢餓似乎比 Advil 更能有效地減輕疼痛。”
這些見解激發了進一步的研究。前研究生尼特森·戈德斯坦發現，其他重要的生存條件如口渴和恐懼也可以緩解長期疼痛。研究小組與斯克里普斯的肯尼迪實驗室合作，證明大腦的臂旁核團可以將感官知覺過濾為安靜的疼痛。當眼前的生存是首要任務時。
“這告訴我們，大腦必須有一種方法將緊急生存需求優先於疼痛。我們希望找到負責這種轉換的神經元，”戈德斯坦說。
這種開關的一個關鍵部分是神經肽 Y (NPY)，它是一種信號分子，可以幫助大腦管理競爭需求。當飢餓或恐懼是首要任務時，NPY 會作用於臂旁核中的 Y1 受體。減少持續的疼痛信號
“這就像大腦有一個內置的超控開關，”戈德斯坦解釋道。 “如果你餓了或者遇到獵人，你將無法承受揮之不去的疼痛。被其他威脅激活的神經元會釋放 NPY，而 NPY 會關閉疼痛信號。提供其他生存需求更為重要。”
存在分散的信號
研究人員還表徵了 lPBN 中 Y1R 神經元的分子和解剖學特徵。他們發現 Y1R 神經元並沒有形成兩個整齊的解剖學或分子群體。但這些神經元分散在許多其他細胞類型中。
“這就像在停車場看汽車一樣，”貝特利說。 “我們預計所有 Y1R 神經元都是停在一起的黃色汽車簇。但在這裡，Y1R 神經元就像黃色分佈在紅色汽車、藍色汽車和綠色汽車上。我們不確定。 為什麼但我們認為馬賽克分佈可能允許大腦在不同的迴路中適應不同類型的疼痛輸入。 ”
疼痛治療調查
讓貝特利對這一發現感到興奮的是探索其在“使用 Y1 神經活動作為慢性疼痛的生物標誌物”方面的潛力。這是藥物開發商和醫生長期以來一直缺少的東西，”他說。
“現在，病人可能會去看骨科醫生或神經科醫生。沒有明顯的受傷。但他們仍然處於疼痛之中，”他說。 “我們所展示的是，問題可能不在於受傷部位的神經。而是在於大腦迴路本身。如果我們能夠針對這些神經元，那就將為治療開闢新的途徑。”
這項研究還建議進行行為乾預，例如運動、冥想和認知行為療法。它可能會影響這些大腦迴路的工作方式。實驗室裡的飢餓和恐懼也是如此。
“我們已經證明這個電路是靈活的。它可以向上或向下旋轉，”他說。 “所以未來不是 只是 關於藥丸設計它還詢問行為、訓練和生活方式如何改變這些神經元編碼疼痛的方式。 ”
J Nicholas Betley 是賓夕法尼亞大學藝術與科學學院生物系副教授。
在這項研究期間，尼特桑·戈爾茨坦是賓夕法尼亞大學藝術與科學學院貝特利實驗室的研究生。他目前是麻省理工學院的博士後研究員。
其他作者包括來自 Penn Arts & 的 Michelle Awh、Lavinia Boccia、Jamie RE Carty、Ella Cho、Morgan Kindel、Kayla A. Kruger、Emily Lo、Erin L. Marble、Nicholas K. Smith、Rachael E. Villari 和 Albert TM Yeung。科學；賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院的 Niklas Blank 和 Christoph A. Thaiss；卡爾頓大學的 Melissa J. Chee 和 Yasmina Dumiaty；佛羅里達大學醫學院的 Rajesh Khanna；斯克里普斯研究所的安·肯尼迪和阿瑪迪斯·梅斯；以及來自匹茲堡大學的 Heather N. Allen、Tyler S. Nelson 和 Bradley K. Taylor。
這項研究得到了基金會的支持。克林根斯坦，賓夕法尼亞大學藝術與科學學院，國立衛生研究院（贈款 F31DK131870、1P01DK119130、1R01DK133399、1R01DK124801、1R01NS134976、F32NS128392、K00NS124190、 F32DK135401、T32DK731442、R61NS126026、R01NS120663、R01NS134976-02、R00MH117264、1DP1DK140021-01)、國家科學基金會研究生研究獎學金計劃、布拉瓦尼克家庭基金會獎學金、美國神經肌肉基金會 發展補助金、美國心臟協會 (25POST1362884)、瑞士國家科學基金會 (206668)、加拿大衛生研究院健康研究計劃補助金。 (PJT-175156)、西蒙斯基金會、麥克奈特基金會學者獎和皮尤生物醫學學者獎。
