解決慢性疼痛難題的機(jī)器學(xué)習(xí)搜索

UNIVERSITY OF CALIFORNIA, SAN FRANCISCO

舊金山加州大學(xué)的科學(xué)家和臨床醫(yī)生正在開發(fā)研究和潛在治療慢性疼痛的新方法。在最近發(fā)表在《自然神經(jīng)科學(xué)》上的一篇論文中，Prasad Shirvalkar博士和他團(tuán)隊(duì)的醫(yī)生和研究人員研究了慢性疼痛類型如何在大腦活動(dòng)記錄中表現(xiàn)出來。

加州大學(xué)舊金山分校疼痛管理中心的神經(jīng)學(xué)家和疼痛專家Shirvalkar正在研究和治療中樞疼痛綜合征，這是一種由中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙引起的慢性疼痛。治療這種情況很困難，部分原因是它不是由外部來源或受損的身體部位產(chǎn)生的。使問題進(jìn)一步復(fù)雜化的是，缺乏關(guān)于不同類型的疼痛（包括急性和慢性）如何在神經(jīng)系統(tǒng)中表現(xiàn)的具體知識(shí)。Shirvalkar說：“事情不會(huì)發(fā)生在大腦區(qū)域，而是發(fā)生在協(xié)調(diào)細(xì)胞的分布式回路中?！?他指的是疼痛如何在神經(jīng)活動(dòng)模式中表現(xiàn)出來。某些大腦區(qū)域可能有助于某些類型的信息處理，但它們本身并不能完成任何特定的任務(wù)。

慢性神經(jīng)性疼痛樣中樞疼痛綜合征的一種治療方法是使用腦深部刺激（DBS）來操縱引起疼痛的神經(jīng)活動(dòng)。DBS還用于治療其他神經(jīng)疾病，如帕金森氏癥和更嚴(yán)重的抑郁癥。然而，在慢性疼痛的情況下，很難確切知道DBS電極的位置，這樣刺激它們可以有效地分流引起疼痛的大腦活動(dòng)。

為了更好地了解中樞疼痛是如何從大腦功能中產(chǎn)生的，本研究觀察了四名中樞性疼痛綜合征患者的神經(jīng)活動(dòng)記錄，其中三名患者在中風(fēng)后恢復(fù)時(shí)出現(xiàn)慢性疼痛，一名患者在右腿膝蓋以上截肢后出現(xiàn)幻肢疼痛，并將神經(jīng)活動(dòng)與問卷調(diào)查和每位患者報(bào)告的0至10分疼痛評(píng)分聯(lián)系起來。研究人員記錄了放置在患者眶額皮質(zhì)（OFC）和前扣帶皮質(zhì)（ACC）的顱內(nèi)電極的數(shù)據(jù)，這兩個(gè)大腦區(qū)域以前與疼痛感有關(guān)。

每位患者都接受了手術(shù)，將神經(jīng)記錄和刺激平臺(tái)植入他們的大腦。這種設(shè)備是便攜式的，可以讓每個(gè)患者了解自己的生活，并記錄代表他們?nèi)粘Ｖ袠刑弁唇?jīng)歷的數(shù)據(jù)。手機(jī)應(yīng)用程序定期提醒患者注意他們當(dāng)前的疼痛程度，并記錄神經(jīng)植入物30秒的腦電波數(shù)據(jù)（皮層電圖和局部場電位）。

Shirvalkar和他的合作者使用機(jī)器學(xué)習(xí)將神經(jīng)活動(dòng)的特征與每位患者在每次大腦記錄前報(bào)告的疼痛水平聯(lián)系起來。這些特征代表了從ACC和OFC的不同位置收集的神經(jīng)記錄中不同頻率的相對(duì)存在，被發(fā)現(xiàn)與每個(gè)受試者的高和低疼痛狀態(tài)可靠相關(guān)。然而，這些關(guān)聯(lián)的模式——哪些頻率具有最大的功率——大腦的位置因患者而異。

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盡管他們觀察到患者之間與慢性疼痛相關(guān)的大腦活動(dòng)存在差異，但研究人員也確實(shí)發(fā)現(xiàn)了他們之間存在的一些共性。具體來說，Shirvalkar和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在所有患者中，低頻功率，特別是1到4赫茲之間的德爾塔波，在較低的OFC區(qū)域增加。這些區(qū)域也位于大腦的一側(cè)，與患者疼痛的一側(cè)相對(duì)或?qū)?cè)。Shirvalkar說：“模型中適合預(yù)測個(gè)體患者疼痛的前十個(gè)特征是不同的，但出現(xiàn)的主要模式是對(duì)側(cè)OFC，這令人驚訝。這些患者的身體只有一個(gè)部位疼痛，這給了我們一個(gè)機(jī)會(huì)。當(dāng)涉及到疼痛時(shí)，我們對(duì)大腦的偏側(cè)性了解不多。這是一件模糊的事情。”

國家疼痛倡導(dǎo)中心創(chuàng)始人兼執(zhí)行主任Kate Nicholson表示，這項(xiàng)研究可能會(huì)更好地量化疼痛，并為那些患有中樞性疼痛障礙和其他導(dǎo)致慢性疼痛的疾病的患者提供治療。

Nicholson說：“尋找疼痛表型的客觀指標(biāo)是圣杯。除了主觀報(bào)告外，這將有助于治療疼痛。盡管這項(xiàng)研究只觀察了四個(gè)人，以及一種非常特殊的神經(jīng)性疼痛，但他們的發(fā)現(xiàn)確實(shí)很有趣。這非常令人興奮，但這僅僅是第一階段。”

接下來，Shirvalkar計(jì)劃將他們的發(fā)現(xiàn)納入更好的慢性疼痛刺激治療中?！斑@項(xiàng)研究只是觸及了表面，”Shirvalkar說，“未來，我們可以有一種刺激器來改變刺激的頻率和位置。這是一個(gè)變化的目標(biāo)：當(dāng)你進(jìn)行刺激時(shí)，會(huì)改變大腦的狀態(tài)。你試圖跟蹤大腦的自然波動(dòng)，然后試圖了解該刺激在做什么，進(jìn)而將這些整合到一個(gè)共同的模型中?！?/p>

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