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多焦点超声神经调控背侧前扣带回可扰乱行为和神经疼痛处理过程

疼痛,尤其是慢性疼痛,是全球范围内导致残疾的主要原因之一。然而,现有的药物治疗往往伴随着成瘾性和耐药性等严重的副作用。因此,开发非药物、非侵入性的镇痛技术是神经科学和临床医学领域的迫切需求。

经颅超声刺激作为一种新兴的非侵入性神经调控技术,因其能够精准聚焦于深部脑区而备受关注。2026年5月9日,普利茅斯大学和埃克塞特大学的研究团队在《自然-通讯》上发表了一项重要研究,探索了将多焦点经颅超声刺激作用于背侧前扣带回(一个在疼痛的情感-动机处理中起核心作用的脑区)对疼痛处理的调节效应。虽然该研究未观察到对疼痛强度的立竿见影的镇痛效果,但揭示了经颅超声刺激在多维度上调节疼痛处理的潜力,包括延迟的镇痛效应、感觉编码的改变以及大规模脑网络连接的重塑。

核心发现:经颅超声刺激的多维神经调控效应

该研究采用了双盲、随机、假刺激对照的实验设计,对32名健康志愿者施加了持续性的冷痛刺激,并同时进行功能磁共振成像和磁共振波谱扫描,以实时监测血流动力学和神经化学变化。主要发现可归纳为以下几点。

  1. 延迟的镇痛效应
    研究最关键的发现之一是,多焦点经颅超声刺激并未显著改变参与者对疼痛强度的即时评分。但是,一个引人注目的模式在刺激后28至55分钟的时间窗口内显现出来:接受主动经颅超声刺激的参与者报告的疼痛强度显著低于接受假刺激的对照组。这一“延迟效应”提示,背侧前扣带回-经颅超声刺激的镇痛机制可能涉及慢速的神经可塑性变化或神经化学物质的积累,而非即时的神经活动抑制。

  2. 破坏感觉编码
    功能性磁共振成像数据分析揭示了一个更深层的机制:主动经颅超声刺激破坏了大脑将物理刺激强度(温度)转化为主观疼痛感受(主观评分)的能力。换句话说,虽然刺激本身依然被感觉到,但参与者用来做出“有多疼”这一判断的神经计算过程被扰乱了。这暗示经颅超声刺激可能作用于疼痛处理的“情感-评价”维度,而非纯粹的感觉辨别维度。

  3. 重塑功能性连接
    经颅超声刺激的核心效应是改变了背侧前扣带回与多个运动及感觉运动区域的功能连接。具体而言,主动刺激增强了背侧前扣带回与辅助运动区、前运动皮层、中扣带回和缘上回之间的功能耦合。这些区域参与行动准备、疼痛的运动反应以及体感整合。这一发现表明,经颅超声刺激可能通过重新配置神经网络,将处理焦点从“被动感受”转向“主动应对”或“行动规划”。

  4. 调节突显网络
    此外,研究还观察到整个突显网络内部功能连接的改变。突显网络负责检测内外环境中重要的、与行为相关的刺激,并将注意资源导向它们,在慢性疼痛中被认为是异常活跃的。经颅超声刺激可能有助于“校准”这个被劫持的警报系统,从而减少与疼痛相关的焦虑和对疼痛的过度注意。

  5. 神经化学相关性
    磁共振波谱数据初步显示,背侧前扣带回的神经化学变化(如谷氨酸和γ-氨基丁酸水平的变化)可能与行为学上的延迟镇痛效应相关。这为经颅超声刺激通过调节兴奋/抑制平衡来诱导长期可塑性的假设提供了初步的支持。

临床意义与未来展望

这项研究不仅为无创深部脑区调控提供了概念验证,更为未来的临床转化指明了方向。

  1. 一种非药物的镇痛替代方案:本研究为经颅超声刺激作为慢性疼痛(如纤维肌痛、神经病理性疼痛)的一种潜在治疗方法提供了关键的机理和初步疗效证据。其非侵入性和针对深部靶点的特性,使其比侵入性的深部脑刺激更具推广潜力,且目前未发现明显副作用。

  2. 对“延迟窗口”的治疗应用:研究观察到的“延迟窗口”具有重要的临床意义。它暗示经颅超声刺激可能不是一种急救式的止痛药,而是一种需要累积效应的“疗程性”治疗。临床医生可以安排患者在治疗结束后约30分钟至1小时进入功能性活动或物理治疗,这可能带来更持久的获益。

  3. 解析疼痛的“情感-运动”回路:该研究强调了将疼痛从单纯的感觉事件重新定义为一种“有动机的行为”。通过扰乱背侧前扣带回与运动皮层的连接,经颅超声刺激可能帮助患者打破“疼痛-回避-失能”的恶性循环,从这个角度改善生活质量。

  4. 未来方向:未来研究需要扩大样本量,并纳入不同类型的慢性疼痛患者,以验证这些发现的普适性。同时,结合更先进的神经影像技术,以及探索重复多次经颅超声刺激的长期疗效和安全性,也是推动其临床转化的重要步骤。此外,可以研究通过调节声音频率、脉冲模式和多焦点位置,是否能获得更持久的疗效。

参考文献

  1. Clarke, S., Mugglestone, S., Lojkiewiez, M. et al. (2026). Multi-focal ultrasound neuromodulation to the dorsal anterior cingulate cortex disrupts behavioural and neural pain processing. Nature Communications. https://doi.org/10.1038/s41467-026-72934-3

(责任编辑:泉水)