Descending pain modulation system from cortical to subcortical

报告简介

• 题目：Descending pain modulation system: from cortical to subcortical
• 报告人：孔亚卓 研究员
• 时间：2018年1月12日(周五)上午9:00-11:00
• 地点：心理学部213报告厅
• 个人简介：
  孔亚卓，中国科学院心理研究所研究员，心理所磁共振研究中心副主任，2016年度中科院率先行动“百人计划”技术英才。毕业于中国科技大学自动化系，于英国谢菲尔德大学心理学系获博士学位，后在牛津大学功能脑成像中心(FMRIB)从事磁共振成像研究多年. 主持开发了去除fMRI生理噪声的方法，研发的工具包被集成到国际知名的FSL软件包中；主持开发和优化了脊髓fMRI成像和分析的步骤，该技术和分析方法居于国际领先水平，并首次发现在脊髓中也存在符合生理特性分布的静息态网络，此项成果发表在PNAS上，并被《自然》杂志网站报道。近年来，他致力于运用多模态磁共振成像，包括结构成像、功能磁共振fMRI、弥散张量成像(DTI)、动脉血标记灌注成像(ASL)、磁共振波普（MRS）等方法，来研究疼痛的脑干-脊髓神经通路以及脊髓神经疾病。其研究成果发表在包括PNAS，NeuroImage，Journal of Neuroscience，Pain等神经科学领域的重要杂志上。目前申请人是欧洲多发性硬化磁共振学会MAGNIMS重要成员，牛津大学脑功能成像中心客座研究员。

报告内容

Basic terms

1. 为什么人会感到疼痛？
   • 早期自下而上：16世纪笛卡尔的学说，哪里受伤哪里疼。越严重越疼；


孔老师首先介绍了疼痛是与组织损伤有关的不适感觉和情感经历，也是临床工作中最常见的病症。疼痛既是一种原始感受，警告机体受到了伤害，从而引起一系列防御性和保护性的反应，同时疼痛不仅有躯体上的不适，而且伴随着情感和心理上的变化，是机体感觉研究中最为复杂的一种。紧接着，孔老师介绍了前人关于疼痛神经机制的两种早期和现代模型。早期模式认为认为疼痛来自于身体的伤病或者损伤，例如关节排列错位、肌肉撕裂、椎间盘破裂等等。这是基于哲学家笛卡尔在几乎450年前提出的思维方式，他写道：“火焰颗粒从火中跳出来，碰到了脚趾，一直上升到脊柱，直到大脑突然听到一声响。痛死了。”

• 当今自上而下：21世纪疼痛的神经通路。现代的疼痛模型认为，疼痛在你的大脑里，身体本身并没有疼痛感受器只有伤害感受器。身体受到伤害后，伤害感受器的“警告”信号到达了大脑，就由大脑决定这到底是不是真正的危险，是否应该产生疼痛的感受。


1. 前人疼痛的神经机制研究大都集中在大脑上，脊髓的研究很少。多方面的问题可能导致了这一现状：
   • 脊髓中的神经信号受到心跳、呼吸和头动（近10mm）等噪声的干扰
   • 采集技术和处理技术
     孔老师提出的解决办法：
2. 利用physiological noise models (PNM)去噪（已经整合到FSL）。这可能需要fmri扫描时同步采集心跳和呼吸的信号。任务态因为是条件之间对比，影响可能不大。但是静息态的话，没有对比，其去除生理噪声是比较重要的。按照孔老师的说法，不去生理噪声的静息态他不相信。
3. ICA处理方法，分离噪声。
4. 脊髓的结构：脊髓灰质，呈蝴蝶形或“H”状，其中心有中央管，中央管(central canal)前后的横条灰质称灰连合，将左右两半灰质联在一起。灰质的每一半由前角和后角（anterior and posterior horns）组成。
5. 手部的疼痛必定先传导到脊髓（C5 C6 C7），再到脑干，再到海马，杏仁核。其生理上的传导机制非常明确，这为后期的功能层次的fmri研究提供了坚实的基础。

Empirical studies

• 定位：最基本的研究，疼痛刺激左手或右手，看C5-C6对应的部位是否出现相应的激活。基本上每种疼痛相关的fmri研究都要先定位，一方面是操作性检验，一方面是为后续的功能连接等高级分析做基础。

• 连接：
  1. 安慰剂效应中下行疼痛系统的激活。给被试一个疼痛刺激，然后让被试服用安慰剂，谎称有治疗疼痛的作用。被试就真的声称疼痛减轻了。结果发现rACC and PAG连接越强，pain-sensitive regions的BOLD活动越弱。这就证明了自上而下的疼痛中枢在疼痛控制中的关键作用。
  
  1. Seed-based functional connectivity at 3T. 以脊髓灰质蝴蝶的四个翅膀分别做种子点和全脊髓灰质,以及两两做ROI做功能连接。 结果发现ventral horn connectivity鲁棒性非常好， dorsal horn connectivity鲁棒性较好。表明脊髓灰质的功能连接是非常稳定的，空间分布上是比较一致的，可以作为探索脊髓相关疾病的一个有效工具（Eippert & Kong, 2017, NeuroImage）。

• 网络：是否在脊髓上也存在静息态的网络 （Kong et al., 2014 PNAS）？使用ICA的方法对脊髓的静息态数据进行分类，得到背侧和腹侧的脊髓静息态网络（RSNs）。然后用dual-regression technique技术（zuo 2010）对网络间属性的差异进行检验。

• 最牛逼的是德国科学家做的一个，同步采集脊髓和大脑的BOLD信号（simultaneous fmri），这个扫描序列非常难，目前只有他们能做（Sprenger et al., 2015, JN）。
• 相关的思想贯穿所有研究：FC可以与激活做相关，FC-FC做相关。各种相关。

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References

1. Eippert, F., Bingel, U., Schoell, E. D., Yacubian, J., Klinger, R., Lorenz, J., & Büchel, C. (2009). Activation of the opioidergic descending pain control system underlies placebo analgesia. Neuron, 63(4), 533-543.
2. Eippert, F., Kong, Y., Winkler, A. M., Andersson, J. L., Finsterbusch, J., & Büchel, C., et al. (2017). Investigating resting-state functional connectivity in the cervical spinal cord at 3 t. Neuroimage, 147, 589-601.
3. Kong, Y., Eippert, F., Beckmann, C. F., Andersson, J., Finsterbusch, J., Büchel, C., … & Brooks, J. C. (2014). Intrinsically organized resting state networks in the human spinal cord. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(50), 18067-18072.
4. Zuo XN, et al. (2010) Reliable intrinsic connectivity networks: Test-retest evaluation using ICA and dual regression approach. Neuroimage 49(3):2163–2177.