眾所周知，人與動物通過多種感覺途徑獲取外部信息，其中包括觸覺，這是生物體與外界環境直接接觸時的重要感覺功能。當我們身體的某個部位感到不適時，通常會本能地對那個部位施加一定壓力的觸摸（振動觸覺）。例如，當頭痛時，按揉太陽穴一段時間，疼痛的感覺會減輕；又或者，當腹部疼痛時，捂住肚子是最常見的鎮痛行為。然而，對於神經科學家們來說，這種被稱為觸覺鎮痛現象的具體機制仍難以捉摸。
近日，美國麻省理工學院麥戈文腦研究所大腦與認知科學系教授王凡領導的研究團隊在 Science子刊Science Advances上發表了題為：Somatosensory corticalsignature of facial nociception and vibrotactile touch–induced analgesia的研究論文。
該研究深入揭示了疼痛與觸覺之間的複雜關係，並為人類慢性疼痛相關疾病提供一些新的見解。
疼痛是一種複雜的感覺和情緒體驗，可以通過高階的處理來改變。王凡團隊此前對麻醉動物的神經生理學研究發現，脊髓中存在一類寬動態範圍的神經元（WDR）可能是觸摸介導的鎮痛基質。在人類中，觸摸介導的疼痛緩解已被證明對由背根神經節（DRG）支配的身體部分和由三叉神經節（TG）神經元支配的口面部區域發揮作用。疼痛反應神經元的信號會因振動觸覺而減弱。還有跡象表明，這一過程可能與大腦皮層有關。然而，涉及哪些皮層區域尚不清楚。
王凡表示，雖然已經知道小鼠會對面部的疼痛刺激做出反應，如用爪子擦拭面部，但無法跟蹤其大腦中特定的疼痛反應以確定該行為是否有助於緩解疼痛。這方面的反應在很大程度上尚未被探索，因為很難在所有神經活動中監測大腦對疼痛刺激的反應，尤其是當動物移動時，運動和觸摸的信號已完全覆蓋了其他潛在的疼痛信號。
在這項新研究中，他們沒有研究小鼠抓撓面部的影響，而是將注意力集中在一種更微妙的觸覺方式上，開發了一種由振動觸覺介導的傷害感受抑制的小鼠行為模型。
通常，齧齒動物使用鬍鬚作為面部的主要觸覺傳感器。在環境探索過程中，小鼠會以有規律且高頻率來回移動鬍鬚，這一過程被稱為Whisking（拂動），以收集各種環境中的感官信息。齧齒動物鼻子上的每根鬍鬚都在初級體感皮層的桶狀皮層（S1B）中單獨表示，S1B用於處理鬍鬚產生的觸覺信息。
在實驗中，研究團隊對小鼠面部的左鬍鬚墊施加輻射熱或有害的機械性刺激。小鼠會根據感知到的傷害性刺激的強度擦拭面部。研究人員將這種行為作為傷害性感知的信號。
他們發現，與鬍鬚不「拂動」的小鼠相比，當小鼠的鬍鬚「拂動」時，對因有害熱量或機械性刺激做出的反應（擦臉次數）顯著減少。同樣，在自發鬍鬚運動的條件下，小鼠擦拭面部的可能性也顯著降低。
當小鼠的鬍鬚「拂動」時，那些優先對傷害性熱量和機械性刺激作出反應的細胞激活的頻率較低。因此，它們不太可能對疼痛刺激做出反應。
研究團隊還發現，即使鬍鬚「拂動」的小鼠在疼痛的刺激下擦拭自己的臉，但大腦中的神經元也需要更多的時間來適應與擦拭運動相關的放電模式。
「拂動」對疼痛信號的影響似乎依賴於特殊的觸摸處理迴路，該迴路將觸覺信息從丘腦腹後內側核（VPM）發送到初級體感皮層的桶狀皮層（S1B）。當研究人員阻斷這一通路時，「拂動」將不再抑制動物對疼痛刺激的反應。
王凡指出，即使是在被激怒的小鼠開始擦拭面部之前的幾分之一秒，即動物相對靜止時，也很難區分哪些大腦信號與感知傷害性熱量或機械刺激有關，哪些與鬍鬚「拂動」有關。
隨後，研究團隊開發了可以將鈣信號分解為感覺誘發、「拂動」或擦拭面部反應的信號分離算法，發現「拂動」的存在改變了 S1B神經元中的傷害性信號處理。對 S1B動態的分析表明，「拂動」會促使有害刺激引起的神經狀態向非傷害性行為的結果轉變。因此，S1B整合面部觸覺和有害信號，以實現觸摸介導的鎮痛。
王凡表示，研究團隊迫切地想知道這個迴路如何與大腦的其他部分協同工作，從而調節對疼痛刺激的感知和反應。
此外，這些發現可能與丘腦疼痛綜合徵有關，這是一種慢性疼痛障礙，患者在中風影響大腦丘腦後會出現這種疾病。王凡表示，中風可能損害了丘腦迴路的功能，而丘腦迴路通常會傳遞純粹的觸覺信號，抑制傳遞到大腦皮層的疼痛信號。
