近期的研究表明，伤害性刺激引起人类SI产生gamma振荡活动，该振荡的能量强度与主观疼痛强度呈显着正相关，下面是搜集整理的一篇探究疼痛相关激光诱发电位的神经电生理特征的论文范文，供大家阅读查看。
前言
疼痛作为一种广泛存在于我们生活中的复杂主观感受，国际疼痛研究协会(InternationalAssociationfortheStudyofPain,IASP)将其定义为“与组织损伤或潜在组织损伤相关的不愉快的主观感觉和情感体验”[1].疼痛不仅会引起躯体的不适，而且可能会引发一系列的情绪问题[2],导致人们认知功能的下降[3],严重影响着人们的生活质量。疼痛涉及生理、社会和心理等多方面的因素，这不仅表明疼痛的主观性和复杂性，同时也说明疼痛研究具有很强的现实意义。
人体内传导伤害性信息的神经纤维主要有Ad和C纤维，然而它们的生理特征有很大不同。Ad纤维有髓鞘，直径约为1~5μm,传导速度约为5~30m/s.C纤维无髓鞘，直径约为0.2~1.5μm,传导速度约为0.5~2m/s.当对机体施加伤害性刺激后，Ad纤维能快速传导神经冲动，引起短暂、尖锐、似针刺的精确局部性疼痛，即“一次疼痛(firstpain)”;随后，C纤维传递的伤害性信息引起一阵延迟的、类似烧灼的弥散性疼痛，即“二次疼痛(secondpain)”[4].
近年来,脑电(electroencephalography,EEG)技术的发展和激光刺激器的应用为疼痛研究提供了一个新的视角。激光刺激器产生的辐射热脉冲能选择性地激活皮肤浅表层中的Ad和C纤维神经末梢，神经冲动经复杂的神经通路的传导，最终在大脑中产生激光诱发电位(laser-evokedpotentials,LEPs)。波峰潜伏期与Ad纤维传导速率相吻合的LEPs称为Ad-LEPs或晚期LEPs[5],与C纤维传导速率相吻合的LEPs称为C-LEPs或超晚期LEPs[6].时域上，典型的Ad-LEPs包含了3个瞬时成分：Ad-N1,Ad-N2和Ad-P2[7].最新研究发现了Ad-LEPs的第4个瞬时成分Ad-P4[8].与Ad-LEPs相关的时频成分包括alpha频段的事件相关去同步化(event-relateddesynchronization,α-ERD)和gamma频段的事件相关同步化(event-relatedsynchro-nization,γ-ERS)[9~11].相对而言，由于C-LEPs的信噪比很低，除了提取出的C-N2和C-P2成分[12]之外，目前还没有研究发现其他稳定的C-LEPs成分。这些LEPs成分的电生理特征均与疼痛知觉相关，是疼痛研究与疼痛治疗效果评价的良好指标，甚至在很多基础研究中也有广泛应用[13~15].
1、Ad-LEPs的神经电生理特征
1.1Ad-LEPs的时域特征
在时域上，Ad-LEPs主要包括4个瞬时成分，即Ad-N1,Ad-N2,Ad-P2和Ad-P4.如图1所示(来自文献[8])。最早的成分是在刺激对侧的中心区域记录到的负波Ad-N1,其波峰峰值较小，并且提取较困难。
当刺激手背时，其峰潜伏期大约为刺激后160ms.这一早期的单侧化响应可能起源于刺激的初级躯体感觉皮层(primarysomatosensorycortex,SI)以及对侧盖岛叶皮层(operculoinsularcortex)的电生理活动[16,17].
有研究报道，Ad-N1除了编码疼痛的位置信息外，也与疼痛强度编码有关[18].特别需要指出的是，由于诱发(evoked)Ad-N1的神经活动的幅值很小[19,20],Ad-N1和Ad-N2在时空上有重叠[21],而且颞叶电极容易受到肌电影响，所以Ad-N1信噪比非常低，从而增加了提取这一早期成分的难度。Hu及其同事[22]通过使用独立成分分析(independentcomponentanalysis,ICA)、小波滤波(waveletfiltering)和多重线性回归(multiplelinearregression)等分析方法提升了Ad-N1的信噪比，并推荐若将对侧中心电极重参考到Fz(C3/C4-Fz)，则可以更好地提取Ad-N1信号。Ad-N1之后是一对晚期的负-正复合波Ad-N2/P2,峰值大约出现在刺激后200~350ms,且在头顶电极处的波峰幅值最大[13,23].这一复合成分可能反映了双侧次级躯体感觉皮层(secondsomatosensorycortex,SII)、双侧脑岛(insula)以及前部/中部扣带回(anteriormid-cingulatecortex,ACC/MCC)等皮层的电生理活动[16,17].研究发现，Ad-N2,Ad-P2的幅值与激光刺激强度、疼痛感知强度均具有显着的强相关[15],也有研究显示，Ad-N2和Ad-P2的潜伏期也与疼痛感知强度相关[18],这些都说明Ad-N2和Ad-P2可能是与疼痛感知相关的可靠电生理指标[24].
继早期的Ad-N1,中晚期的Ad-N2和Ad-P2成分之后，最新研究报道了一个新颖的晚期正成分，即Ad-P4[8].研究者把固定能量的伤害性热辐射刺激分别施加于被试的左右手背和左右脚背，以诱发Ad-LEPs.通过功能微状态分析(microstateanalysis)、头皮地形图分析(scalptopography)和单试次估计(single-trialestimation)，研究者将Ad-LEPs可靠地分解为4个明显的功能微状态，即Ad-N1,Ad-N2,Ad-P2和Ad-P4.对应于手背和脚背的刺激，Ad-P4峰潜伏期分别约为390~410和430~450ms.为了提高Ad-P4的信噪比，研究者采用了和提取Ad-N1相同的重参考方式(C3/C4-Fz)。与Ad-N1相同，头皮和溯源结果均表明Ad-P4波主要产生于对侧SI的电生理活动，显着区分于P3成分。并且单试次Ad-P4和Ad-N1的潜伏期、波幅都有很强的耦合性，对实验操作有相似的敏感性。这些结果均表明，Ad-P4和Ad-N1产生于相似的神经源，具备相似的神经功能。Ad-P4的发现意味着Ad-LEPs至少应该包含Ad-N1,Ad-N2,Ad-P2和Ad-P4四个主要成分。对Ad-P4的深入研究，有利于研究者全面理解大脑对伤害性刺激的响应机制。
然而，很多研究表明，Ad-LEPs受注意等多重因素的影响[25],不能反映疼痛特异性的神经机制.
Legrain等人[26,27]采用CO2激光伤害性刺激和oddball范式发现，与未被注意的刺激相比，当刺激得到注意加工时，Ad-N1,Ad-N2波幅更大，表明自上而下的注意机制能调节Ad-N1和Ad-N2波幅;Ad-P2的波幅受到刺激出现概率的调节，说明这一成分可能反映了自下而上的、刺激驱动的注意定向机制。另外，有研究发现诱发刺激的新异性(新颖性和突显性)是Ad-LEPs的主要决定性因素[28~30].如当以1s的固定时间间隔连续施加同一激光刺激(triplets:S1-S2-S3)时，相对于S1,S2和S3诱发的Ad-LEPs会显着减小，但知觉到的疼痛强度几乎不变。因为S2和S3在时间、空间和强度等多个维度都具有更高的可预测性，所以刺激的新颖性显着降低。Ronga等人[29]
通过操作刺激强度(低强度、中等强度、高强度)来检验刺激的新颖性和突显性对Ad-LEPs振幅的影响。结果发现，刺激的新颖性不足以决定Ad-LEPs的出现，刺激的突显性也对Ad-LEPs有重要影响。这与Mouraux和Iannetti[28]的发现类似，即强烈的非伤害性感觉刺激也能诱发类似于Ad-N2/P2的颅顶电位(vertexpotential)，这一复合成分可能反映了与突显性相关的神经加工过程，而这一神经加工过程可能涉及监测感觉环境的改变[31].因此，Ad-LEPs不能反映伤害性疼痛的特异性神经生理特征，而是反映了大脑对环境变化的监控和早期预警，从而实现对人体的有效保护。
1.2Ad-LEPs的时频域特征
感觉、运动和认知加工不仅能诱发锁时锁相的事件相关电位(event-relatedpotentials,ERPs)的变化，也能引起锁时非锁相的EEG神经振荡信号的调节。
该调节包含了在特定频带范围内的瞬时EEG能量增强(ERS)和能量减少(ERD)[32,33].ERS和ERD的功能意义取决于它们所出现的时间范围、空间位置和频谱特征[34].如在alpha频带范围内(8~12Hz)出现的ERD反映了大脑皮层的激活或去抑制化[35].在gamma频带范围内(30Hz以上)出现的ERS可能反映了多个大脑皮层区域活动的整合[36,37].为全面探讨Aδ-LEPs的神经电生理特征，研究者不仅要研究伤害性激光刺激诱发的ERPs,也要研究其非锁相的振荡信息。
采用时频分析方法(time-frequencyanalysis)，激光引发的EEG时域信号可转化为时频振荡图谱。
Aδ-LEPs的时频谱主要包含2个重要时频响应特征：
短暂的高频ERS(gamma振荡，100~300ms,30~100Hz,γ-ERS)和其后持久的低频ERD(alpha振荡，~500ms,8~12Hz,α-ERD)[9,10],如图2所示(来自文献[38])。
近期的研究表明，伤害性刺激引起人类SI产生gamma振荡活动[9,10],该振荡的能量强度与主观疼痛强度呈显着正相关。然而，由于疼痛刺激的突显性特征会随主观疼痛强度的增强而增加，所以这些发现可能混淆了刺激突显性这一潜在因素[39,40].为了澄清这一问题，Zhang等人[41]使用4种激光刺激强度，以1s的固定时间间隔向被试的手背施加3个同一能量的伤害性刺激(triplets:S1-S2-S3)。虽然重复施加相同刺激会影响刺激的突显性特征，但不会影响其主观疼痛强度。结果发现，主观疼痛强度与刺激能量呈正相关;SI所产生的gamma振荡(γ-ERS,100~300ms,30~100Hz)与主观疼痛强度呈显着正相关，且不随刺激的重复而变化。该研究证实，gamma振荡直接反映了大脑皮层的疼痛感知[9,42].
α-ERD可分为2大类：感觉相关α-ERD(sensory-relatedα-ERD)和任务相关α-ERD(task-relatedα-ERD)。前者与刺激模态(如视觉、听觉)有关，后者与认知加工(如工作记忆)有关[43~46].疼痛研究中，研究者同时发现了感觉相关α-ERD和任务相关α-ERD[11,32,47,48],这表明疼痛知觉包含了感觉辨别成分和认知成分。Hu等人[11]深入探讨了与疼痛知觉有关的α-ERD的功能性特征。研究发现，在刺激后250~350ms,α-ERD主要分布于刺激对侧中心电极，可能反映了感觉运动皮层的有关活动;在刺激后400~750ms,α-ERD主要涉及后顶叶和枕叶处的电极，可能反映了双侧枕叶皮层的有关活动。另外，α-ERD还受到刺激前α频带神经振荡能量水平的影响。这些结果表明，α-ERD与疼痛处理过程有密切联系，涉及除感觉之外的更为复杂的心理操作。该研究加深了我们对α振荡功能的理解，对生理学和心理学痛觉研究都有重要的启发意义。
2、C-LEPs的神经电生理特征
相对于Ad纤维，C纤维的传导速率较慢(0.5~2m/s)[6];相对于Ad-LEPs,C-LEPs的峰潜伏期也较晚。
激光刺激手背时，C-LEPs峰潜伏期约为750~1150ms[32,49].在时域上，C-LEPs和Ad-LEPs有相似的形态、头皮分布和共同的起源[50,51],且均受到注意和激发状态的调节[52~54].因此，C-LEPs在时域上可能也包括了C-N1,C-N2,C-P2和C-P4四种成分。但由于C-LEPs的信噪比很低，目前研究者只能清晰提取出C-LEPs成分中的C-N2/P2复合成分[12],即超晚期LEPs.
