科学家首次建立声音镇痛的小鼠模型

日前，中国科学技术大学生命科学与医学部张智教授课题组、美国国立卫生研究院刘元渊教授课题组及安徽医科大学陶文娟副教授课题组合作，在国际学术期刊《科学》发表论文，揭示了声音镇痛的关键因素及神经机制。

早在1960年，《科学》杂志就发表过论文，发现在牙科手术过程中，音乐能调控病人的情绪。

半个多世纪以来，科学家都是以人类为研究对象，陆续发现各种类型音乐可有效缓解疼痛，这些声音包括风吹树林、海浪声，甚至是手术电钻噪音。研究者认为，是声音的某些特质或是环境因素，发挥了缓解疼痛的作用。

“现有研究证实，脑区可能参与到音乐诱发的镇痛效应。但一直以来，声音可以减轻疼痛的关键因素，以及声音如何影响我们的大脑从而减轻疼痛的神经机制，尚不清楚。”本文所述论文第一作者、中国科大生命科学与医学部特任副研究员周文杰博士说。

该研究历时3年多完成，经历了一番紧张而艰难的攻关，离不开课题组年轻人的付出和努力。课题组25人，大部分是博士研究生或博士刚毕业的年轻人。

这次研究的思路源于2019年的一次“闲聊”。周文杰长期研究疼痛和情绪相互调控机制，当时，他和一位研究听觉系统的同事讨论问题，脑中突然闪过一个想法——能否在调控疼痛的研究中引入音乐元素。

课题组摸索了小半年，请教询问国内外听觉专家，确定了建立声音镇痛的小鼠模型这一方向和目标。

之后，课题组进行大量尝试和探索，每天泡在实验室里，和仪器、设备打交道，查看相关文献。他们往往是早8点半之前到，晚上10点以后才离开。

研究人员首先给爪子发炎的小鼠播放3种不同类型的声音，分别是舒缓的音乐、不协调的音符及白噪音。结果显示，这3种声音在低强度——大约是耳语水平——播放时，都能有效缓解小鼠的疼痛，而在高强度播放时，则无明显的镇痛效果。

有研究假说认为，声音的镇痛效果可能与治疗环境密切相关。因此，研究人员又将小鼠放置在不同强度背景声音的环境中，结果发现，高出环境噪音约5分贝的声音能够有效缓解小鼠的疼痛。经过4个月努力，研究人员将声音的强度与环境因素有机结合，建立了声音镇痛的小鼠模型。

“我们低声耳语和大声争吵时，给人带来的体验是完全不同的，在嘈杂环境中不得不提高音量来交流。因此我们开创性地提出了播放声音强度和环境各种噪音之间的强度差异，对缓解疼痛至关重要。”周文杰说。

那么，声音发挥镇痛作用的神经机制又是什么？

听皮层是声音处理的最高级大脑中枢，会对听到的声音进行精细分析。研究人员利用病毒作为神经示踪剂，对小鼠的听皮层输出进行全脑追踪，发现了听皮层神经元大量投射到躯体感觉丘脑，并发现低强度的声音能够抑制这种投射。

“结果表明，低强度的声音通过抑制听皮层到躯体感觉丘脑的神经投射，进而起到缓解疼痛的作用。”周文杰说。

周文杰的导师张智教授要求课题组要“眼见为实”，用多种方法进行实验结果验证。为此，课题组又想出实时监测小鼠脑袋里神经元在听声时活动变化的验证方法。

为了直观“看到”神经元在听声音时的变化机制，课题组建立了在体电生理记录，并摸索和建立了深部钙成像技术体系。通俗地说，就是让小鼠在自由活动的环境中听音乐，通过仪器，实时观察小鼠脑内神经元在听声音时更细节性的放电活动和变化。

与此同时，课题组不断变换可能出现的实验条件，探究声音的频率、播放时间、强度等影响因素在声音镇痛中的作用。

周文杰回忆，研究论文修改截止日期和爱人预产期在同一周，此时，课题还需要补充大量的实验，处在紧要关头，他牺牲了大量陪伴家人的时间。

文章发表时，《科学》杂志给出高度评价：“通过创建一个研究机制基础的模型，为音乐/声音引发镇痛或者缓解疼痛的深入研究开辟了新的方向”。

“目前在国内，使用声音或音乐用于治疗疼痛的应用尚未广泛推广。”周文杰说，未来，计划找到新的突破点，研究声音旋律的差异对声音镇痛神经机制的影响，也希望加快成果的临床应用转化。