科學(xué)咖啡館破譯聲音“療傷”的密碼

(資料圖片)

科學(xué)家首次建立聲音鎮(zhèn)痛的小鼠模型

聲音何以“療傷”？年輕的科研人員創(chuàng)新思路，建立小鼠模型尋找答案。

日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部張智教授課題組、美國國立衛(wèi)生研究院劉元淵教授課題組及安徽醫(yī)科大學(xué)陶文娟副教授課題組合作，在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表論文，揭示了聲音鎮(zhèn)痛的關(guān)鍵因素及神經(jīng)機(jī)制。

早在1960年，《科學(xué)》雜志就發(fā)表過論文，發(fā)現(xiàn)在牙科手術(shù)過程中，音樂能調(diào)控病人的情緒。

半個多世紀(jì)以來，科學(xué)家都是以人類為研究對象，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)各種類型音樂可有效緩解疼痛，這些聲音包括風(fēng)吹樹林、海浪聲，甚至是手術(shù)電鉆噪音。研究者認(rèn)為，是聲音的某些特質(zhì)或是環(huán)境因素，發(fā)揮了緩解疼痛的作用。

“現(xiàn)有研究證實，腦區(qū)可能參與到音樂誘發(fā)的鎮(zhèn)痛效應(yīng)。但一直以來，聲音可以減輕疼痛的關(guān)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(jīng)機(jī)制，尚不清楚?！北疚乃稣撐牡谝蛔髡?、中國科大生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部特任副研究員周文杰博士說。

該研究歷時3年多完成，經(jīng)歷了一番緊張而艱難的攻關(guān)，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(yè)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(diào)控機(jī)制，當(dāng)時，他和一位研究聽覺系統(tǒng)的同事討論問題，腦中突然閃過一個想法——能否在調(diào)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(nèi)外聽覺專家，確定了建立聲音鎮(zhèn)痛的小鼠模型這一方向和目標(biāo)。

之后，課題組進(jìn)行大量嘗試和探索，每天泡在實驗室里，和儀器、設(shè)備打交道，查看相關(guān)文獻(xiàn)。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(fā)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(xié)調(diào)的音符及白噪音。結(jié)果顯示，這3種聲音在低強(qiáng)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(qiáng)度播放時，則無明顯的鎮(zhèn)痛效果。

有研究假說認(rèn)為，聲音的鎮(zhèn)痛效果可能與治療環(huán)境密切相關(guān)。因此，研究人員又將小鼠放置在不同強(qiáng)度背景聲音的環(huán)境中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高出環(huán)境噪音約5分貝的聲音能夠有效緩解小鼠的疼痛。經(jīng)過4個月努力，研究人員將聲音的強(qiáng)度與環(huán)境因素有機(jī)結(jié)合，建立了聲音鎮(zhèn)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(huán)境中不得不提高音量來交流。因此我們開創(chuàng)性地提出了播放聲音強(qiáng)度和環(huán)境各種噪音之間的強(qiáng)度差異，對緩解疼痛至關(guān)重要?！敝芪慕苷f。

那么，聲音發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用的神經(jīng)機(jī)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(jìn)行精細(xì)分析。研究人員利用病毒作為神經(jīng)示蹤劑，對小鼠的聽皮層輸出進(jìn)行全腦追蹤，發(fā)現(xiàn)了聽皮層神經(jīng)元大量投射到軀體感覺丘腦，并發(fā)現(xiàn)低強(qiáng)度的聲音能夠抑制這種投射。

“結(jié)果表明，低強(qiáng)度的聲音通過抑制聽皮層到軀體感覺丘腦的神經(jīng)投射，進(jìn)而起到緩解疼痛的作用?！敝芪慕苷f。

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

為了直觀“看到”神經(jīng)元在聽聲音時的變化機(jī)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(shù)體系。通俗地說，就是讓小鼠在自由活動的環(huán)境中聽音樂，通過儀器，實時觀察小鼠腦內(nèi)神經(jīng)元在聽聲音時更細(xì)節(jié)性的放電活動和變化。

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

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

文章發(fā)表時，《科學(xué)》雜志給出高度評價：“通過創(chuàng)建一個研究機(jī)制基礎(chǔ)的模型，為音樂/聲音引發(fā)鎮(zhèn)痛或者緩解疼痛的深入研究開辟了新的方向”。

“目前在國內(nèi)，使用聲音或音樂用于治療疼痛的應(yīng)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(zhèn)痛神經(jīng)機(jī)制的影響，也希望加快成果的臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

中青報·中青網(wǎng)記者 王海涵 王磊 來源：中國青年報