如果能感觉到疼痛，
胡理 · 中国科学院心理研究所研究员
格致论道第77期 | 2022年2月26日 北京
胡理：疼痛的真相 音频： 进度条 00:00 23:13 大家好，我是来自中科院心理所的胡理，今天想跟大家探讨一下疼痛的真相。
疼痛这个话题与大家的生活密切相关。在演讲之前，我们也在网上征集了一些关于疼痛的问题。果然，大家对这个问题都特别地关注，也提出了很多有意思的问题。
我们经常会抱怨脖子疼、腰疼、手疼、腿疼，对吧？但是疼痛并不是这么简单的一件事情，它比我们想象的复杂得多：不光有生理性的疼痛，还有心因性的疼痛；不光有急性的疼痛，还有慢性的疼痛。据不完全统计，我国至少有1亿以上的人正经历着各种各样的慢性疼痛。
那疼痛究竟是什么呢？早在1640年，大概400年前，一位名叫笛卡尔的法国科学家提出了疼痛的理论。他把疼痛当作一个警报系统。就像这张图所展示的：如果脚放在火的旁边，那么火会灼伤他的脚，脚感受到这个刺激之后，就会发出一个信号，这个信号会经过一个精细的通路传到大脑，产生警报。
400年过去了，我们对疼痛的认识更加深入了。我们了解到，我们的皮肤当中有各种各样的感觉纤维：有粗的Aβ纤维，是感觉触觉的；还有比较细的，如Aδ纤维和C纤维这两种纤维，主要负责疼痛中的快疼和慢疼。
快疼类似于生活中被针扎一样的感觉，是一种尖锐的、清晰的疼痛。那慢疼是什么呢？就是我们生活当中被烫伤的那种弥漫性的、钝的疼痛。不管是快疼还是慢疼，只要皮肤当中的外周感受器被激活，这个伤害性感受就会经过神经纤维传到脊髓、丘脑，然后到达大脑，在多个脑区的共同作用下，疼痛的感觉就产生了。已完成：10% //////////
基于上面的介绍，大家会不会有这样一个固有印象，觉得疼痛和伤害是密不可分的，有了伤害就会有疼痛呢？其实不然，我举几个例子。比如大家看看左边这张图，这是一个人的鞋子。他的脚穿着鞋子，然后整个被钉子扎穿了。那么你们认为他疼不疼？肯定很疼。
右边这张图更加血腥。某个部落中，一个人被三个钩子勾住皮肤吊起来了。大家觉得他也很疼，对不对？但是根据他当时的行为反应、生理反应以及后面的自述，他并不是很疼。其实这是一个古部落选取首领的一种仪式，经过这个仪式之后，他就可以证明自己是坚强的、勇敢的，然后马上就可以当首领了。想到能当首领之后，这个疼就不是那么回事了，所以他感觉并不是很疼。
▲ 有些疼，是我以为我很疼
我们再看一个例子，这个视频很有意思。视频中的妈妈在给小孩剪指甲，大家看这个小孩的表情很可爱。第二段是主人给小狗剪指甲。我们推测小孩和小狗肯定曾经被剪伤过，由于过往的经历，所以他们对疼痛是恐惧的。哪怕没有剪伤，在没有伤害性输入的情况下，他们也是痛得死去活来，直接就痛晕过去了。有的人就会想，疼痛是很难受、很痛苦的一件事情，那天生没有疼痛是不是就是一件很爽的事情呢？其实不然。
▲ 图源：https://medlineplus.gov/genetics/condition/congenital-insensitivity-to-pain/
我们看看这几张没有痛觉的小孩的图片。有的手指被咬掉了，有的嘴唇被咬掉一截，有的甚至骨折了，但他们也没什么疼痛感觉。由此我们很容易想到，其实疼痛对我们来说是起到保护作用的，对我们的生存是至关重要的。在座的各位可以用圆珠笔压一压自己的手指，使劲地压一下。如果能感觉到疼痛，这说明什么呢？说明你还被疼痛保护着。那么恭喜你，你是一个正常人。这些天生没有疼痛的人，实际上患上了一种叫先天性疼痛缺失的疾病。据记载，我们了解到最长寿的患者是一名加拿大女士，她活到了22岁。因为她的父亲是一名医生，他知道得这种病的严重后果，所以她的父亲、母亲还有她的兄弟姐妹在生活中对她百般照顾、百般呵护，以至于她能长大成人，最后还考上了大学。但是为什么她到22岁的时候还是去世了呢？因为她在这一年得了脊髓炎。这涉及到疼痛的第二重保护机制，这又是什么呢？当疼痛的时候我们会怎么干？会躺下来，对不对？或者至少不让受伤的部位移动。不移动有助于伤口的修复。但如果我们感觉不到疼痛，就还会继续活动。那伤口可能修复不了，就会造成很多的炎症反应。而她的父亲、母亲或者医生是看不到这个炎症反应的。由于第二重保护机制的缺失，她还是年纪轻轻的就去世了。联系到其他的先天性疼痛缺失患者都比她更早去世，所以疼痛对于维持我们的生存来说是非常重要的。已完成：20% //////////
痛是这么的重要，又是这么的复杂多变。我们也发现，发生疼痛的时候其实大脑里面有很多复杂的响应。▲ Borsook,Neuroscientist, 2010比如这里的黄色的是负责感觉运动的区域，它会告诉我们疼痛从哪里来、有多强、疼痛的时候我应该怎么办、应该缩回手还是怎样？蓝色是负责情绪情感的区域，它会告诉我们有多么讨厌疼痛。绿色的是认知整合的区域，它让我们思考疼痛的后果是什么，如何去应对它。还有一个很重要的区域是这里的紫色部分，就是疼痛调节的区域。疼痛调节的区域既可以放大疼痛，又可以减小疼痛。比如在我们焦虑的状态下，疼痛会变得更强；又比如在我们注意力转移的情况下，疼痛会减弱。疼痛实际上是在这么多脑区组成的一个有机整体下产生的，所以疼痛是复杂的、多变的，而且是非常重要的。
根据前面的介绍，我们知道固定的伤害并不代表固定的疼痛，这两个是可以分开的。还有一个重要信息是什么呢？疼痛是产生于大脑的，没有脑子就没有疼痛。所以虽然平常生活中我们说手疼、脚疼，但疼痛实际上都是产生于大脑。还有一个非常重要的例子，大家可能接触过。有一类特殊的病人，可能曾经发生过车祸或者其它事故，他的手或脚被截掉了。但他感觉到自己的手或脚还在，这种感觉叫幻肢感。那么在有幻肢感的一部分病人当中，他会觉得自己的失去的手或脚很疼，这种感觉叫幻肢痛。我曾经接触过几个幻肢痛的病人，他们能非常清楚地描述这种幻肢痛。这种痛是什么样的，是针扎的还是火烧的，是怎么刺激的，他们描述得绘声绘色。一开始大家认为，幻肢痛可能是由于外周的伤害、神经的损伤，不断地有伤害性冲动传到大脑里而产生的。所以一开始的时候，医生用了脊髓截断术来治疗幻肢痛。他认为把这个信号截断之后，幻肢痛就可以缓解了，所以他将脊髓截掉了1/4。但幻肢痛还在。医生认为可能没截干净，又截掉了1/4，幻肢痛依然在。直到把整个脊髓截断了，幻肢痛仍然存在。所以可以想象，虽然没有任何外周的输入，幻肢痛就在那里。
对于这个理论，还有一些可以支持的证据，就是这种幻肢痛的治疗方案。比如镜像疗法：通过一个镜子，让病人感觉他的手或者脚还在，还能动，还能感知。还有一种疗法是装上假肢。这些方式是通过欺骗大脑，让它觉得被截掉的肢体还在、还能运动和感知。在这种情况下，疼痛就可以得到很大程度的缓解。疼痛可以大体分为急性疼痛和慢性疼痛。急性疼痛持续时间比较短，它随着组织、伤口的修复而消失，这种疼痛对我们来说至关重要，起着保护作用。另外一种疼痛是慢性疼痛，它持续的时间比较长，一般是3个月以上。哪怕伤口修复了，疼痛还在，而且有可能很剧烈。这种疼痛对于我们来说有很大的负面作用。这种疼痛的负面作用体现在方方面面。有人会变得焦躁、抑郁，有人会变得睡眠不好，然后产生各种各样的无助感，甚至有自杀的倾向。所以，慢性疼痛是一个严重的问题，现在也被当作了一种专门的疾病。那怎样缓解疼痛呢？大家可能首先会想到吃止痛药。但是今天我将基于生活常识，向大家介绍一些小的镇痛方案，这些镇痛方案是没有任何副作用的。
请先看一个视频，这是《爸爸去哪儿》中的一个片段。小孩不小心磕到头了，他的爸爸怎么做？马上去给他揉一揉，对不对？抚摸之后，从小孩的表情来看，他就不那么疼了。如果各位在家里带过小孩，都会有这样的体验：小孩哭的时候我们会去揉一揉、抱一抱、吹一吹，在这种情况下，孩子很快就好了。在这个过程当中，除了有大人的爱抚，还有一种很重要的镇痛机理。其实早在几十年前，科学家就已经研究清楚了，人体在脊髓层面有一种叫闸门控制的镇痛理论：我们身体当中触觉纤维的激活，可以在脊髓层面抑制痛觉纤维的上传。这是什么原理呢？因为触觉的纤维比较粗，而痛觉的纤维比较细。通过抚摸、揉、吹的方式激活触觉纤维，就可以帮助缓解疼痛。这个例子也可以放到另外一个角度。比如痒觉的纤维比痛觉的纤维更细，我们被蚊子咬的时候一般会去挠，对不对？挠到出血了，很痛了，你还觉得痒吗？痛的时候基本上就不觉得痒了。其实是一个道理，就是闸门控制理论。根据这个原理得到的镇痛方法，我们将其称为“以触镇痛”。科学家发明了一些类似于电刺激的方式，通过不断地给皮肤电流脉冲，激活触觉纤维，产生镇痛的效果。▲ https://aneskey.com/the-role-of-transcutaneous-electrical-nerve-stimulation-tens-in-pain-management/
以触镇痛（左）和以痛镇痛（右）
当我们调节经皮神经电刺激装置的参数时，有时候也可以产生痛觉。当痛觉产生的时候，又是另外一种镇痛机理了。痛觉的信号激活之后，它会沿着痛觉的传导通路传到大脑里面脑干这个区域。这个区域就会产生内啡肽，类似于吃了止痛药，会起到一个全局镇痛的效果，可以抑制其他痛觉信息的上传。我们把这种方法叫“以痛镇痛”。我们做了实验来验证这两个理论。实验室里，在相同的部位和不同的部位，我们用触觉刺激和痛觉刺激观察镇痛的效果。我们发现，触觉刺激在相同的位置起到了镇痛效果。比如说我哪里痛，就应该去揉那里、去吹那里，这个时候它起到了一个好的镇痛效果，在其他位置不起镇痛效果。相反，如果是一个痛觉刺激，它在同侧手或者另一侧手，在不同的位置都可以起到相同的镇痛效果，有全局镇痛的作用。不管是感觉层面还是情绪层面，得到的结果都是一致的。所以，如果我们感觉痛，可以用触觉缓解疼痛，也可以用痛觉缓解疼痛。当然用痛觉缓解疼痛的时候，就要用一个你能够忍受的、认为还好的疼痛帮助你产生内啡肽，来缓解坏的疼痛。除此之外，我们再来看看下面这个动图。打棒球时，第一个人没接好，所以球打到了他的手上，紧接着又砸到第二个人的手和膝盖。再仔细看一遍，他被砸后不是马上去捡球，而是马上甩手，使劲地甩。这里面是不是也伴随着缓解疼痛的机理呢？我自己也亲身体验过，不过不是有意而为之。我下班之后去接小孩，在关车门的时候走神了，并没有把手缩回来。当时就把我的手夹了，特别的疼。我就使劲地甩手，发现疼痛至少缓解了50%。然后我又测试了一下，我让手静止不动，隔一小会儿疼痛又上来了。所以我就知道，这是一种很好的缓解疼痛的方式，而且是短暂起效的镇痛方法。▲ 甩手强度越强，感觉到的疼痛强度和不愉悦度越低
Luet al, Ann. N. Y. Acad. Sci, 2021
我们也在实验室里设计了一个实验，让被试用不同的频率甩手，一个频率比较慢，一个频率比较快。甩完之后，紧接着给一个痛觉刺激，看甩手的镇痛效果。评分越低，就说明镇痛效果比较好。如果让被试很快地甩手（上图绿色部分），他对疼痛的评分就会很低；如果甩得比较慢，评分就相对高一些；不甩的时候评分最高。这就说明我们甩手有一个即时镇痛的效果，而且甩的幅度越强，镇痛效果越好。我们后面又做了其它一系列实验，发现其实甩手这种动作，在短暂的时间如15秒甚至5秒的范围内，有一个很强的镇痛效果；如果超过15秒，这个镇痛效果就比较弱了。与此同时，甩手实际上可以影响我们大脑活动的状态，影响上图中的红色区域，所以我们把它命名为“以动镇痛”。大家不妨试一下，如果你觉得哪里痛，就使劲地甩一甩，可能在很大程度上就能缓解你的疼痛了。刚才讲的都是从外周层面缓解疼痛的方式，那么有没有从大脑层面缓解疼痛的呢？下面就是“以幻镇痛”。随着计算机技术和多媒体技术的发展，我们可以营造一个虚拟现实（VR）的环境。在这个环境中，你的视觉、听觉、本体感觉有机地组合成一个很真实的虚拟环境。在这个虚拟环境当中，我们可以通过改变情绪、改变认知来缓解疼痛。那能不能做到呢？我截了一个20秒的视频，大家来感受一下。
随着这个音乐，大家深呼吸，是不是感觉心情能够平静下来，不那么焦躁了？实际上这还是一个2D的视频，如果在真实的VR环境下面，相应的感受会更加震撼。
我们来做这个实验，看它到底能不能缓解疼痛。实验设计了三个条件，红色的就是什么也不干，第二个条件就是看刚才的2D视频，第三个就是VR环境。在VR环境中，不管是感觉层面还是情绪层面，疼痛确实都可以被大大地缓解。
还有网友提出这样一个问题：就是你到底有多疼，我们怎么评估疼痛？请看下面这段动画。这是《超能陆战队》里面的机器人，它叫大白。大白让别人评估疼痛的时候，它的胸口呈现了1到10、从笑脸到哭脸的图片。我们在临床上就是这么用的，0分就是没有疼痛，10分就是你所想象的最强疼痛。大家一想就可以知道，这种评估方式是有问题的：最大的缺陷是主观性，还有一个比较大的缺陷就是特定群体无法使用。
婴儿哭的时候，你知道他是疼还是肚子饿了？不清楚。对植物人或者最小意识障碍的病人来说，他疼不疼我们也不知道。所以我们急需开发一些客观评估疼痛的方法。那有什么办法呢？最开始我介绍了疼痛产生于大脑，没有大脑就没有疼痛。所以是不是可以通过记录疼痛状态下的大脑活动信号来反演疼痛呢？现在确实有非常多的非侵入式记录大脑响应的技术，比如脑电、脑磁和功能磁成像，它们都能记录大脑的神经信号。基于这样的技术，我们也做了相关实验。我们用一定强度的激光照射皮肤，它可以瞬时升高皮肤的温度，类似于平时被油烫了一下的那种感觉，但是对皮肤没有损伤，因为它刺激的时间特别短。
在这种状态下，我们用功能磁共振成像设备扫描大脑。这些红色区域是在疼痛的情况下被激活的。而且有意思的是什么呢？这些区域激活的强度跟疼痛的强度是正相关的，也就是说你越疼，这些脑响应的幅度会越大。基于这样的前提，是不是只要扫描大脑就可以评估疼痛了呢？随着大数据和人工智能技术的发展，在技术层面我觉得没有任何的问题。但是，在原理上还有一个突出的问题，是什么呢？在这里。▲ Huet al, Trends in Neurosciences, 2016当我们给出疼痛刺激的时候，有很多脑区被激活了，如这里红色的区域。但我们换成其他的刺激，如触觉刺激、听觉刺激、视觉刺激时，也有很多脑区被激活。这是什么意思呢？有一些共同的区域，不管是什么模态的刺激，它都会被激活。这种情况下，如果你观察到某一个脑区的激活去反推疼痛时，就存在特异性的问题。即我们还是不能知道你到底是疼还是不疼，更加没办法评估你到底有多疼。我们在这方面做了很长时间的研究，确实发现了一些疼痛特异性的指标，但这些指标的信噪比都比较低，很难转化到临床使用。幸运的是，在研究过程当中，我们发现了另外一个现象，就是有这样一种脑指标，它在编码疼痛辨别力上具有特异性。什么叫疼痛辨别力，在座的可以尝试一下。如果你用两个不同强度的物理刺激刺激皮肤，一个高强，一个低强，你是否能够分辨出来？对于健康人来说，他可能很容易分辨出两种刺激，对于一个疼痛病人来说，他可能分辨不出。这种辨别疼痛的能力，就反映在脑响应指标上面。这个响应指标具备疼痛特异性，因为我们在触觉、听觉和视觉上都观测不到这样的结果。因此在不久的将来，我相信只要通过扫描大脑，至少可以用客观的方式来评估一个人的疼痛辨别力，哪怕他根本不能说话。最后，疼痛是非常复杂的。网友提出来很多问题，我们可能只能回答一部分，更多的是回答不了的。因此我们需要进一步地开展研究，也希望各位，尤其是小朋友，以后能加入到我们的队伍中来，共同为健康中国贡献力量。
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