破譯聲音“療傷”的密碼首次建立聲音鎮痛的小鼠模型

　　聲音何以“療傷”？年輕的科研人員創新思路，建立小鼠模型尋找答案。

　　日前，中國科學技術大學生命科學與醫學部張智教授課題組、美國國立衛生研究院劉元淵教授課題組及安徽醫科大學陶文娟副教授課題組合作，在國際學術期刊《科學》發表論文，揭示了聲音鎮痛的關鍵因素及神經機制。

　　早在1960年，《科學》雜志就發表過論文，發現在牙科手術過程中，音樂能調控病人的情緒。

　　半個多世紀以來，科學家都是以人類為研究對象，陸續發現各種類型音樂可有效緩解疼痛，這些聲音包括風吹樹林、海浪聲，甚至是手術電鉆噪音。研究者認為，是聲音的某些特質或是環境因素，發揮了緩解疼痛的作用。

　　“現有研究證實，腦區可能參與到音樂誘發的鎮痛效應。但一直以來，聲音可以減輕疼痛的關鍵因素，以及聲音如何影響我們的大腦從而減輕疼痛的神經機制，尚不清楚。”本文所述論文第一作者、中國科大生命科學與醫學部特任副研究員周文杰博士說。

　　該研究歷時3年多完成，經歷了一番緊張而艱難的攻關，離不開課題組年輕人的付出和努力。課題組25人，大部分是博士研究生或博士剛畢業的年輕人。

　　這次研究的思路源于2019年的一次“閑聊”。周文杰長期研究疼痛和情緒相互調控機制，當時，他和一位研究聽覺系統的同事討論問題，腦中突然閃過一個想法——能否在調控疼痛的研究中引入音樂元素。

　　課題組摸索了小半年，請教詢問國內外聽覺專家，確定了建立聲音鎮痛的小鼠模型這一方向和目標。

　　之后，課題組進行大量嘗試和探索，每天泡在實驗室里，和儀器、設備打交道，查看相關文獻。他們往往是早8點半之前到，晚上10點以后才離開。

　　研究人員首先給爪子發炎的小鼠播放3種不同類型的聲音，分別是舒緩的音樂、不協調的音符及白噪音。結果顯示，這3種聲音在低強度——大約是耳語水平——播放時，都能有效緩解小鼠的疼痛，而在高強度播放時，則無明顯的鎮痛效果。

　　有研究假說認為，聲音的鎮痛效果可能與治療環境密切相關。因此，研究人員又將小鼠放置在不同強度背景聲音的環境中，結果發現，高出環境噪音約5分貝的聲音能夠有效緩解小鼠的疼痛。經過4個月努力，研究人員將聲音的強度與環境因素有機結合，建立了聲音鎮痛的小鼠模型。

　　“我們低聲耳語和大聲爭吵時，給人帶來的體驗是完全不同的，在嘈雜環境中不得不提高音量來交流。因此我們開創性地提出了播放聲音強度和環境各種噪音之間的強度差異，對緩解疼痛至關重要。”周文杰說。

　　那么，聲音發揮鎮痛作用的神經機制又是什么？

　　聽皮層是聲音處理的最高級大腦中樞，會對聽到的聲音進行精細分析。研究人員利用病毒作為神經示蹤劑，對小鼠的聽皮層輸出進行全腦追蹤，發現了聽皮層神經元大量投射到軀體感覺丘腦，并發現低強度的聲音能夠抑制這種投射。

　　“結果表明，低強度的聲音通過抑制聽皮層到軀體感覺丘腦的神經投射，進而起到緩解疼痛的作用。”周文杰說。

　　周文杰的導師張智教授要求課題組要“眼見為實”，用多種方法進行實驗結果驗證。為此，課題組又想出實時監測小鼠腦袋里神經元在聽聲時活動變化的驗證方法。

　　為了直觀“看到”神經元在聽聲音時的變化機制，課題組建立了在體電生理記錄，并摸索和建立了深部鈣成像技術體系。通俗地說，就是讓小鼠在自由活動的環境中聽音樂，通過儀器，實時觀察小鼠腦內神經元在聽聲音時更細節性的放電活動和變化。

　　與此同時，課題組不斷變換可能出現的實驗條件，探究聲音的頻率、播放時間、強度等影響因素在聲音鎮痛中的作用。

　　周文杰回憶，研究論文修改截止日期和愛人預產期在同一周，此時，課題還需要補充大量的實驗，處在緊要關頭，他犧牲了大量陪伴家人的時間。

　　文章發表時，《科學》雜志給出高度評價：“通過創建一個研究機制基礎的模型，為音樂/聲音引發鎮痛或者緩解疼痛的深入研究開辟了新的方向”。

　　“目前在國內，使用聲音或音樂用于治療疼痛的應用尚未廣泛推廣。”周文杰說，未來，計劃找到新的突破點，研究聲音旋律的差異對聲音鎮痛神經機制的影響，也希望加快成果的臨床應用轉化。