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青少年非自戕性自傷的疼痛神經機制:前額葉氧合的fNIRS 研究

來源:維拓啟創(北京)信息技術有限公司   2025年07月18日 13:39  

背景介紹



引言:什么是技能的天花板效應?


瑞士伯爾尼大學兒童與青少年精神病學團隊于 2025 年在《Journal of Affective Disorders》發表了題為《Prefrontal oxygenation during experimental pain in adolescents engaging in non-suicidal self-injury》的研究論文。該研究通過功能性近紅外光譜(fNIRS)技術,在較大樣本量的青少年非致死性自傷(NSSI)群體中,探索實驗性疼痛處理與前額葉腦氧合的關聯,為理解 NSSI 的神經生物學機制提供了重要實證依據。


圖1. 文章信息


非自戕性自傷(Non-suicidal self-injury, NSSI)是青少年常見的心理健康問題,表現為故意自傷身體組織而無致死意圖,其終身患病率高達 17.2%,且 60% 的住院青少年患者存在 NSSI 行為。NSSI 不僅是致死企圖的預測因子,還與邊緣性人格障礙、慢性心理痛苦等密切相關。研究表明,疼痛體驗在 NSSI 的發生和維持中起核心作用,目前存在多種理論假說:

1.   疼痛鎮痛假說:NSSI 者痛覺敏感性降低,更易實施自傷

2.   習慣化假說:反復自傷導致疼痛敏感性下降,而非先天特質

3.   疼痛發作假說:通過生理疼痛緩解情感痛苦并成為一種應對機制

4.   疼痛緩解假說:自傷后身體疼痛的消退可能起到獎賞性的緩解作用



研究問題和目的


盡管這些假說得到部分研究支持,其神經生物學機制目前仍不明確。前額葉皮層(PFC)在疼痛的認知 - 情感處理中起核心作用,而 fNIRS 作為便攜式神經影像技術,適合動態監測青少年疼痛處理中的腦氧合變化。既往研究常常聚焦于靜息態腦活動,缺乏對 NSSI 患者疼痛處理動態神經響應的直接觀察。探討 NSSI 青少年在實驗性疼痛中前額葉氧合的特征及其與疼痛感知的關聯。



研究方法


被試

NSSI患者:154 名青少年 NSSI 患者(過去 12 個月內≥5 次自傷事件),平均年齡 15.02 歲,88.96% 為女性。

對照組:48 名健康青少年,平均年齡 14.77 歲,97.92% 為女性。

兩組在年齡、性別、BMI 等基線特征上無顯著差異。

實驗設計

為了評估疼痛敏感性,研究人員采用熱痛刺激范式,使用了 AHP-1800CPV 熱板裝置,并設置溫度從 32°C 以 1°C/13.3 秒的速率線性升至 50°C。參與者將非優勢手置于熱板,同時記錄三項疼痛指標:

疼痛閾值:感知疼痛的溫度 / 時間;

疼痛耐受值:無法忍受疼痛的溫度 / 時間;

疼痛強度:通過視覺模擬評分(VAS, 0-100)連續報告。


fNIRS 數據采集與處理

研究人員采用了 8 通道 OctaMon (Artinis,荷蘭) 頭帶并佩戴在被試前額葉(覆蓋背外側和內側 PFC),光極間距35mm,采樣率為50Hz,記錄氧合血紅蛋白(HbO)、脫氧血紅蛋白(HbR)和總血紅蛋白(HbT)。數據放入MATLAB 中作預處理,包括小波變換校正運動偽影、低通濾波(>0.5Hz)、再通過修正比爾 - 朗伯定律轉換為血紅蛋白濃度,最終降采樣至 1Hz。


統計分析

線性混合模型:以疼痛階段(基線、疼痛閾值、疼痛耐受)為自變量,校正基線后的氧合血紅蛋白(HbO,當腦區活動增加時,局部血流量和血氧量供應增加,HbO上升),脫氧血紅蛋白(HbR,反應大腦代謝活動,當腦局部神經活動增加時,HbR 濃度下降),總血紅蛋白( HbT,HbO與HbR總和)為因變量,分析組內和組間差異;

線性回歸分析:探討疼痛強度與前額葉氧合的關聯,以及 NSSI 頻率(過去 6 個月自傷次數)的調節作用;

探索性分析:通過 t 檢驗和非參排列( permutation )檢驗比較組間各時間點的 fNIRS 信號差異。



關鍵實驗結果


隨著疼痛刺激增強,兩組前額葉 HbO 均呈現 “基線>疼痛閾值>疼痛耐受” 的遞減趨勢(圖1),HbR 和 HbT 則隨疼痛增強而增加,提示血流動力學補償機制。

permutation 檢驗未發現NSSI 組與對照組在前額葉氧合的疼痛評估階段變化模式上的顯著差異。疼痛強度評分(VAS)與 fNIRS 信號無顯著關聯,且組間無交互效應。

按前額葉內側 / 外側分區域分析,結果與整體一致,未發現組間差異。NSSI 頻率(過去 6 個月)僅對側前額葉 HbO 從閾值到耐受的下降幅度有微弱影響,但效應量小。


圖2. 疼痛刺激下前額葉氧合動態變化: a. 實驗設計與疼痛階段劃分; b. 全樣本(N=202)的 HbO 與 HbR 變化; c.NSSI 患者(n=154)的 HbO 與 HbR; d.健康對照(n=48)的 HbO 與 HbR



討論,結論與推理


HbO 隨疼痛增強而降低,與部分成人研究一致,可能反映前額葉皮層在疼痛注意力分配中的抑制作用(默認模式網絡失活),但與另一些熱痛研究的 HbO 升高結果矛盾,可能與刺激方式(熱板 vs. thermode)或樣本年齡有關。該研究未發現組間前額葉氧合差異,挑戰了 “疼痛鎮痛假說”,提示 NSSI 患者的疼痛處理異??赡懿痪窒抻谇邦~葉,或與其他腦區(如邊緣系統)有關。

該研究可能提示,單純針對前額葉疼痛調節的干預(如認知行為療法)可能對 NSSI 療效有限,需結合外周生理指標(如自主神經反應)開發多模態干預策略,靶向疼痛 - 情緒調節的核心神經環路。


原文鏈接

Ines Mürner-Lavanchy, Han-Tin Kao, Silvano Sele, Julian Koenig, Michael Kaess,Prefrontal oxygenation during experimental pain in adolescents engaging in non-suicidal self-injury,Journal of Affective Disorders,2025.


研究團隊介紹

Ines Mürner-Lavanchy:瑞士伯爾尼大學兒童和青少年精神病學與心理治療大學醫院、巴塞爾大學心理學系;Han-Tin Kao、Silvano Sele:瑞士伯爾尼大學兒童和青少年精神病學與心理治療大學醫院;Julian Koenig:德國科隆大學醫學院及大學醫院兒童和青少年精神病學等部門;Michael Kaess(通訊作者):瑞士伯爾尼大學相關醫院、德國海德堡大學兒童和青少年精神病學系等。


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