疼痛作為一種廣泛存在于我們生活中的復雜主觀感受， 國際疼痛研究協會（International Associationfor the Study of Pain, IASP）將其定義為“與組織損傷或潛在組織損傷相關的不愉快的主觀感覺和情感體驗”[1]. 疼痛不僅會引起軀體的不適， 而且可能會引發一系列的情緒問題[2], 導致人們認知功能的下降[3], 嚴重影響著人們的生活質量。 疼痛涉及生理、社會和心理等多方面的因素， 這不僅表明疼痛的主觀性和復雜性， 同時也說明疼痛研究具有很強的現實意義。

人體內傳導傷害性信息的神經纖維主要有Ad和C纖維， 然而它們的生理特征有很大不同。 Ad纖維有髓鞘， 直徑約為1~5 μm, 傳導速度約為5~30 m/s. C纖維無髓鞘， 直徑約為0.2~1.5 μm, 傳導速度約為0.5~2m/s. 當對機體施加傷害性刺激后， Ad纖維能快速傳導神經沖動， 引起短暫、尖銳、似針刺的精確局部性疼痛， 即“一次疼痛（first pain）”; 隨后， C纖維傳遞的傷害性信息引起一陣延遲的、類似燒灼的彌散性疼痛， 即“二次疼痛（second pain）”[4].

近年來 , 腦電（electroencephalography, EEG）技術的發展和激光刺激器的應用為疼痛研究提供了一個新的視角。 激光刺激器產生的輻射熱脈沖能選擇性地激活皮膚淺表層中的Ad和C纖維神經末梢， 神經沖動經復雜的神經通路的傳導， 最終在大腦中產生激光誘發電位（laser-evoked potentials, LEPs）。 波峰潛伏期與Ad纖維 傳 導 速 率 相 吻 合 的 LEPs 稱 為 Ad-LEPs 或 晚 期LEPs[5], 與 C 纖 維 傳 導 速 率 相 吻 合 的 LEPs 稱 為C-LEPs或超晚期LEPs[6]. 時域上， 典型的Ad-LEPs包含了3個瞬時成分： Ad-N1, Ad-N2和Ad-P2[7]. 最新研究 發 現 了 Ad-LEPs的 第 4個 瞬 時 成 分Ad-P4[8]. 與Ad-LEPs相關的時頻成分包括alpha頻段的事件相關去同步化（event-related desynchronization, α-ERD）和gamma頻段的事件相關同步化（event-related synchro-nization, γ-ERS）[9~11]. 相對而言， 由于C-LEPs的信噪比很低， 除了提取出的C-N2和C-P2成分[12]之外， 目前還沒有研究發現其他穩定的C-LEPs成分。 這些LEPs成分的電生理特征均與疼痛知覺相關， 是疼痛研究與疼痛治療效果評價的良好指標， 甚至在很多基礎研究中也有廣泛應用[13~15].

1 Ad-LEPs的神經電生理特征

1.1 Ad-LEPs的時域特征

在時域上， Ad-LEPs主要包括4個瞬時成分， 即Ad-N1, Ad-N2, Ad-P2和Ad-P4. 如圖1所示（來自文獻[8]）。 最早的成分是在刺激對側的中心區域記錄到的負波Ad-N1, 其波峰峰值較小， 并且提取較困難。

當刺激手背時， 其峰潛伏期大約為刺激后160 ms. 這一早期的單側化響應可能起源于刺激的初級軀體感覺皮層（primary somatosensory cortex, SI）以及對側蓋島葉皮層（operculoinsular cortex）的電生理活動[16,17].

有研究報道， Ad-N1除了編碼疼痛的位置信息外， 也與疼痛強度編碼有關[18]. 特別需要指出的是， 由于誘發（evoked） Ad-N1的神經活動的幅值很小[19,2 0],Ad-N1和Ad-N2在時空上有重疊[21], 而且顳葉電極容易受到肌電影響， 所以Ad-N1信噪比非常低， 從而增加了提取這一早期成分的難度。 Hu及其同事[22]通過使用獨立成分分析（independent component analysis,ICA）、小波濾波（wavelet filtering）和多重線性回歸（multiple linear regression）等分析方法提升了Ad-N1的信噪比， 并推薦若將對側中心電極重參考到Fz（C3/C4-Fz）， 則可以更好地提取Ad-N1信號。 Ad-N1之后是一對晚期的負-正復合波Ad-N2/P2, 峰值大約出現在刺激后200~350 ms, 且在頭頂電極處的波峰幅值最大[13,23]. 這一復合成分可能反映了雙側次級軀體感覺皮層（second somatosensory cortex, SII）、雙側腦島（insula）以及前部/中部扣帶回（anterior mid-cingulate cortex, ACC/MCC）等皮層的電生理活動[16,17]. 研究發現， Ad-N2, Ad-P2的幅值與激光刺激強度、疼痛感知強度均具有顯著的強相關[15], 也有研究顯示， Ad-N2和Ad-P2的潛伏期也與疼痛感知強度相關[18], 這些都說明Ad-N2和Ad-P2可能是與疼痛感知相關的可靠電生理指標[24].

繼早期的Ad-N1, 中晚期的Ad-N2和Ad-P2成分之后， 最新研究報道了一個新穎的晚期正成分， 即Ad-P4[8]. 研究者把固定能量的傷害性熱輻射刺激分別施加于被試的左右手背和左右腳背， 以誘發Ad-LEPs. 通過功能微狀態分析（microstate analysis）、頭皮地形圖分析（scalp topography）和單試次估計（single-trial estimation）， 研究者將Ad-LEPs可靠地分解為4個明顯的功能微狀態， 即Ad-N1, Ad-N2, Ad-P2和Ad-P4. 對應于手背和腳背的刺激， Ad-P4峰潛伏期分別約為390~410和430~450 ms. 為了提高Ad-P4的信噪比， 研究者采用了和提取Ad-N1相同的重參考方式（C3/C4-Fz）。 與Ad-N1相同， 頭皮和溯源結果均表明Ad-P4波主要產生于對側SI的電生理活動， 顯著區分于P3成分。 并且單試次Ad-P4和Ad-N1的潛伏期、波幅都有很強的耦合性， 對實驗操作有相似的敏感性。 這些結果均表明， Ad-P4和Ad-N1產生于相似的神經源， 具備相似的神經功能。 Ad-P4的發現意味著Ad-LEPs至少應該包含Ad-N1, Ad-N2, Ad-P2和Ad-P4四個主要成分。 對Ad-P4的深入研究， 有利于研究者全面理解大腦對傷害性刺激的響應機制。

然而， 很多研究表明， Ad-LEPs受注意等多重因素的影響[25], 不能反映疼痛特異性的神經機制 .

Legrain等人[26,27]采用CO2激光傷害性刺激和oddball范式發現， 與未被注意的刺激相比， 當刺激得到注意加工時， Ad-N1, Ad-N2波幅更大， 表明自上而下的注意機制能調節Ad-N1和Ad-N2波幅； Ad-P2的波幅受到刺激出現概率的調節， 說明這一成分可能反映了自下而上的、刺激驅動的注意定向機制。 另外， 有研究發現誘發刺激的新異性（新穎性和突顯性）是Ad-LEPs的主要決定性因素[28~30]. 如當以1 s的固定時間間隔連續施加同一激光刺激（triplets: S1-S2-S3）時， 相對于S1, S2和S3誘發的Ad-LEPs會顯著減小，但知覺到的疼痛強度幾乎不變。 因為S2和S3在時間、空間和強度等多個維度都具有更高的可預測性， 所以刺激的新穎性顯著降低。 Ronga等人[29]

通過操作刺激強度（低強度、中等強度、高強度）來檢驗刺激的新穎性和突顯性對Ad-LEPs振幅的影響。 結果發現， 刺激的新穎性不足以決定Ad-LEPs的出現， 刺激的突顯性也對Ad-LEPs有重要影響。 這與Mouraux和Iannetti[28]的發現類似， 即強烈的非傷害性感覺刺激也能誘發類似于Ad-N2/P2的顱頂電位（vertex potential）， 這一復合成分可能反映了與突顯性相關的神經加工過程，而這一神經加工過程可能涉及監測感覺環境的改變[31]. 因此， Ad-LEPs不能反映傷害性疼痛的特異性神經生理特征， 而是反映了大腦對環境變化的監控和早期預警， 從而實現對人體的有效保護。

1.2 Ad-LEPs的時頻域特征

感覺、運動和認知加工不僅能誘發鎖時鎖相的事件相關電位（event-related potentials, ERPs）的變化，也能引起鎖時非鎖相的EEG神經振蕩信號的調節。

該調節包含了在特定頻帶范圍內的瞬時EEG能量增強（ERS）和能量減少（ERD）[32,33]. ERS和ERD的功能意義取決于它們所出現的時間范圍、空間位置和頻譜特征[34]. 如在alpha頻帶范圍內（8~12 Hz）出現的ERD反映了大腦皮層的激活或去抑制化[35]. 在gamma頻帶范圍內（30 Hz以上）出現的ERS可能反映了多個大腦皮層區域活動的整合[36,37]. 為全面探討Aδ-LEPs的神經電生理特征， 研究者不僅要研究傷害性激光刺激誘發的ERPs, 也要研究其非鎖相的振蕩信息。

采用時頻分析方法（time-frequency analysis）， 激光引發的EEG時域信號可轉化為時頻振蕩圖譜。

Aδ-LEPs的時頻譜主要包含2個重要時頻響應特征：

短暫的高頻ERS （gamma振蕩， 100~300 ms, 30~100Hz, γ-ERS）和其后持久的低頻ERD（alpha振蕩， ~500ms, 8~12 Hz, α-ERD）[9,10], 如圖2所示（來自文獻[38]）。

近期的研究表明， 傷害性刺激引起人類SI產生gamma振蕩活動[9,10], 該振蕩的能量強度與主觀疼痛強度呈顯著正相關。 然而， 由于疼痛刺激的突顯性特征會隨主觀疼痛強度的增強而增加， 所以這些發現可能混淆了刺激突顯性這一潛在因素[39,40]. 為了澄清這一問題， Zhang等人[41]使用4種激光刺激強度， 以1 s的固定時間間隔向被試的手背施加3個同一能量的傷害性刺激（triplets: S1-S2-S3）。 雖然重復施加相同刺激會影響刺激的突顯性特征， 但不會影響其主觀疼痛強度。 結果發現， 主觀疼痛強度與刺激能量呈正相關； SI所產生的gamma振蕩（γ-ERS, 100~300 ms,30~100 Hz）與主觀疼痛強度呈顯著正相關， 且不隨刺激的重復而變化。 該研究證實， gamma振蕩直接反映了大腦皮層的疼痛感知[9,42].

α-ERD可分為2大類： 感覺相關α-ERD（sensory-related α-ERD） 和任務相關 α-ERD （task-related α-ERD）。 前者與刺激模態（如視覺、聽覺）有關， 后者與認知加工（如工作記憶）有關[43~46]. 疼痛研究中， 研究者 同 時 發 現 了 感 覺 相 關 α-ERD 和 任 務 相 關 α-ERD[11,32,47,48], 這表明疼痛知覺包含了感覺辨別成分和認知成分。 Hu等人[11]深入探討了與疼痛知覺有關的α-ERD的功能性特征。 研究發現， 在刺激后250~350 ms, α-ERD主要分布于刺激對側中心電極， 可能反映了感覺運動皮層的有關活動； 在刺激后400~750ms, α-ERD主要涉及后頂葉和枕葉處的電極， 可能反映了雙側枕葉皮層的有關活動。 另外， α-ERD還受到刺激前α頻帶神經振蕩能量水平的影響。 這些結果表明， α-ERD與疼痛處理過程有密切聯系， 涉及除感覺之外的更為復雜的心理操作。 該研究加深了我們對α振蕩功能的理解， 對生理學和心理學痛覺研究都有重要的啟發意義。

2 C-LEPs的神經電生理特征

相對于Ad纖維， C纖維的傳導速率較慢（0.5~2m/s）[6]; 相對于Ad-LEPs, C-LEPs的峰潛伏期也較晚。

激光刺激手背時， C-LEPs峰潛伏期約為750~1150ms[32,49]. 在時域上， C-LEPs和Ad-LEPs有相似的形態、頭皮分布和共同的起源[50,51], 且均受到注意和激發狀態的調節[52~54]. 因此， C-LEPs在時域上可能也包括了C-N1, C-N2, C-P2和C-P4四種成分。 但由于C-LEPs的信噪比很低， 目前研究者只能清晰提取出C-LEPs成分中的C-N2/P2復合成分[12], 即超晚期LEPs.

盡管前期研究提出了多種選擇性激活C纖維的方法， 包括： （1） 選擇性的阻滯Ad纖維[55], 如缺血性神經阻滯能有效并可逆的阻滯Ad纖維； （2） 研究缺乏Ad傳入纖維的患者[56], 如脫髓鞘性多發性神經病[57];（3） 因為相對于Ad纖維， 皮膚中C纖維的分布密度更高， 所以采用極細的激光束（直徑約為0.5 mm）可以更大程度地激活C纖維[58,59]; （4） 由于C纖維游離神經末梢比Ad纖維游離神經末梢的激活閾限更低， 所以有研究采用較低的刺激能量來選擇性激活C纖維[49,60].

然而， 所有這些以孤立出C纖維為出發點的研究方式都比較繁瑣， 需要嚴格控制實驗條件， 很難在臨床上推廣使用。 如用神經壓迫法成功阻滯Ad纖維需要持續對特定身體區域施壓達60 min[55]. 再比如Bragard等人[58]

為獲得穩定的C-LEPs, 需要疊加平均600次實驗刺激。 鑒于上述原因， 研究者需要開發一種簡單可靠的C-LEPs提取方法。

H u 等 人[ 1 2 ]在 其 最 新 研 究 中 明 確 提 出 了 在Ad-LEPs存在的條件下提取C-LEPs的最優刺激參數和實驗范式： 在一個小的皮膚區域內施加80次以上的多強度刺激， 如圖3所示（來自文獻[12]）。 該方法簡單可靠且無需選擇性阻滯Ad纖維。 通過對激光熱刺激誘發的EEG響應實施波峰校準（peak alignment）和時頻分解（time-frequency decomposition）， 作者描述了C-LEPs的多重響應特征， 包括C-LEPs依賴于刺激能量和主觀感知的特性。 當刺激能量大約達到個體的一次快疼閾限時， C-LEPs的信噪比最大； 當刺激能量從個體的感受閾限增加到一次快疼閾限時， 研究者就可刻畫反映C纖維通路功能的刺激-響應曲線特征。 該研究為評估小直徑神經纖維的神經生理功能提供了重要的技術支持， 在基礎研究和臨床實踐上都有重要的指導意義。 將來的研究或許可以通過改進算法來有效可靠地提取C-LEPs的其他子成分， 如可能存在的C-N1, C-P4, α-ERD或γ-ERS, 并探討其神經功能意義， 以使我們更深入了解人類的疼痛， 尤其是二次慢疼的神經機制。

3 體感誘發電位（somatosensory-evoked poten-tials, SEPs）

值得一提的是， 人體皮膚中除了存在傳導傷害性信息的Ad和C神經纖維之外， 還存在著傳導軀體觸覺信息的大髓鞘Ab神經纖維[19,20]. 其直徑相對較大， 約為6~12 μm, 傳導速度約為35~75 m/s, 神經末梢的激活閾限很低。 低強度的軀體感覺刺激（如經皮電神經刺激， transcutaneous electrical nerve stimula-tion, TENS）能激活Ab神經纖維， 神經沖動經過復雜傳導通路后最終在大腦皮層產生SEPs. 在時域上，SEPs主要包含了兩階段的復合成分： （1） 早期成分，刺激上肢正中神經（median nerve）和下肢脛神經（tibialnerve）分別產生N20-P27-P45和P39-N50-P60, 其頭皮地形圖分布相似[61,62], 可能起源于對側 SI[19,63]; （2）晚期成分， 刺激上肢正中神經產生的N120-P240[64],可能產生于雙側SII和ACC[28,64~67]. 其中， 早期成分可能反映了大腦對軀體感覺信息的感知辨別加工，晚期成分可能反映了大腦對軀體感覺刺激新異性（新穎性和突顯性）的加工[64].

臨床上通常運用SEPs的早期成分檢測軀體感覺通路的完整性， 但SEPs早期成分波幅很小， 信噪比低，所以有研究者推薦， 要獲得穩定可檢測的SEPs波形，需要疊加平均至少500個試次[19]. 另外， 早期SEPs只能反映外周大直徑Ab神經纖維、背柱、內側丘系及其丘腦-皮質投射的通路功能[20], 而晚期SEPs與高級認知加工有關[68,69]. 這些特征便限制了SEPs的臨床應用， 即只能用于檢測軀體感覺通路（軀體感覺信息從外周感覺神經傳遞到大腦感覺區域）的完整性[19,20,70].

相比之下， LEPs的臨床應用具有不可替代性。

4 LEPs的應用

4.1 基礎應用

LEPs在基礎研究中也具有廣泛的應用價值。 例如， 在老齡化研究中， 近期的一項研究[71]采用紅外線激光熱刺激考察了老齡化對熱感覺系統響應能力的影響。 通過對比老人和年輕人的熱響應電位， 他們發現在溫暖環境中， 老人的C-P2波幅顯著小于年輕人的C-P2波幅。 這表明老齡化可能導致C纖維功能紊亂， 從而引起熱敏性變化， 對溫度變化的適應能力下降[72,73]. 因此 , 將來的研究可能運用 Ad-LEPs 和 C-LEPs探討與年齡相關的感知覺功能的變化。

另外， 傷害性刺激可作為懲罰刺激研究人際內疚（interpersonal guilt）等社會認知方面的問題[74]. 再者， Ad-LEPs也可用于研究反應抑制[75]（重要的認知控制能力）和情緒[76,77]對傷害性加工的調節作用。 特別地， Martini等人[76]首次采用情緒面部表情圖片考察了他人情緒沖突對旁觀者Ad-LEPs的影響。 被試在觀看面部表情圖片（中性、高興或疼痛）或注視點（控制條件）的同時接受激光疼痛刺激。 其中， 中性、高興和疼痛3種面部表情圖片和注視點分別在不同的block中呈現。 指導語告知被試， 中性、高興或疼痛的面部表情是圖片中的model在接受疼痛刺激時產生的。 研究者發現， 與控制條件相比， 被試觀看高興圖片所引發的Ad-N2波幅顯著更低； 并且該條件下的Ad-N2波幅與被試在述情障礙量表（Toronto Alexithymia Scale,TAS-20）的情緒識別子量表上得分成顯著負相關。 這些發現表明， Ad-N2可能與個體監測他人的情緒沖突有關。 然而， 該研究可能至少存在以下局限： （1） 3種情緒圖片和注視點的注意捕獲程度不同， 這可能混淆實驗結果； （2） 由于在認知研究領域中， 情緒沖突通常是通過一致條件和不一致條件的對比來量化，所以， 本研究實際上并未發現情緒沖突效應； （3） 單獨測量Ad-N2, Ad-P2波幅可能存在負走向的信號飄移問題。 盡管如此， 該研究將疼痛感知與高級認知控制功能結合起來， 從而拓寬了疼痛研究領域。 將來的研究可以采用Ad-LEPs探索高級的認知加工過程和疼痛感知的交互作用問題。

綜上所述， 在方法學和理論上， 這些研究對疼痛相關的ERPs研究（社會認知、情緒等）都有一定指導意義。

4.2 臨床應用

盡管研究者對于LEPs的神經生理學意義還存在著分歧， 但在生理學[6]和病理生理學研究[20]中， 它們已被廣泛用于探討傷害性傳入信息的外周和中樞神經處理過程。 實際上， Ad-LEPs被認為是評估患者傷害性傳導通路功能是否完善的最為有效的診斷工具[20,78]; 而C-LEPs對于評估小直徑纖維的神經功能有極其重要的應用價值。 如Ad-LEPs可用于探索三叉神經痛、帶狀皰疹后神經痛和瓦倫堡氏綜合征等疾病的病理生理學機制[79,80]. 三叉神經痛和帶狀皰疹后神經痛的患者常常缺失正常的Ad-LEPs; 而瓦倫堡氏綜合征患者會同時缺乏Ad-LEPs和C-LEPs. 這些LEPs的完全缺失、振幅減弱或峰潛伏期延遲， 可能預示著患者傷害性傳導通路中的外周、脊柱或腦干的損傷。 然而， Tinazzi等人[81]發現， 頸肌張力障礙（cervical dysto-nia） 患 者 （ 頸 部 肌 肉 疼 痛 ） 和 正 常 被試 的 Ad-LEPs（N2-P2）波幅沒有顯著差別， 并且他們的疼痛評定分數也沒有顯著差異。 這表明， 患者的傷害性傳導通路功能是正常的， 并且他們的頸部肌肉疼痛與疼痛信息的中樞敏化無關。 所以， 這些研究共同表明， Ad-LEPs能有效評估不同病患傷害性通路的完整性以及大腦對傷害性傳入信息的處理過程。

由于某些病理上的疼痛發作或疼痛敏感性增強（痛覺過敏和異常性疼痛）會涉及LEPs的特征變化， 所以研究者可以根據LEPs的變化來評估疼痛感知的變化。 例如， 與健康人相比， 纖維肌痛綜合征（fibro-myalgia syndrome）患者的熱疼閾限更低、早期Ad-N1和晚期Ad-P2幅值都更大[82,83]. Ad-N1幅值的增強可能由外周和脊髓敏化引起或是由傷害性感受的皮層或亞皮層抑制作用較少造成， 而Ad-P2幅值的增強可能反映了患者對傷害性性刺激的注意和認知加工增加。

另外， LEPs也可用于實時監控鎮痛藥物或鎮痛方式的臨床療效[84~86], 甚至用于研究植物人和處于微意識狀態患者的疼痛感受[87]. 例如， Lorenz等人[84]考察了口服嗎啡緩釋片（oral sustained-release mor-phine）對慢性非惡性疼痛的治療效果。 他們發現， 嗎啡治療之后， Ad-N2/P2波幅明顯減少， 疼痛閾限明顯增加。 這表明Ad-LEPs可以作為評估嗎啡鎮痛療效的有效指標。 又如， Vassal等人[85]將CO2激光脈沖施加于 健 康 被 試 的 雙 腳 腳 背 , 以 此 來 考 察 TENS 對Ad-LEPs和疼痛知覺的影響。 他們發現， 當TENS和疼痛刺激施加于同一側時， Ad-N1, Ad-N2/P2波幅明顯減小， 被試的疼痛知覺閾限顯著提高， 并且這一效應持續至少25 min. 這表明， TENS能對疼痛加工和疼痛感知產生明顯地相對持久抑制作用。 因此， Ad-LEPs可用于評估 TENS的臨床鎮痛療效 . 另外 , deTommaso等人[87]采用CO2激光刺激檢測了長時意識障礙患者（植物人和微意識狀態患者）的疼痛知覺。 結果顯示， 兩組病人都具有明顯的Ad-N2和Ad-P2, 但是它們的峰潛伏期明顯長于正?？刂平M。 這表明長時意識障礙患者也可能具有疼痛感知和意識[88]. 因此， 該研究說明LEPs可用于意識障礙病人的診斷，甚至有望用于評估其意識恢復治療的療效。

值得一提的是， 在臨床疼痛的治療方面， 安慰劑效應是影響療效的重要因素之一[89]. 考慮到安慰劑效應主要由心理預期和經典條件化作用2種因素引起[90~92], Colloca等人[93]采用CO2激光脈沖刺激考察了這2種因素對LEPs和主觀疼痛評定的影響。 結果顯示， 預期和條件化作用都明顯減少了Ad-N2/P2波幅，并且在條件化作用下， Ad-N2/P2波幅減少得更多， 這和已有研究一致[94,95]. 更重要的是， 條件化作用也減少了被試的主觀疼痛評定分數。 這些發現表明， 被試先前疼痛經歷（即學習）加強了安慰劑鎮痛效應， 適當運用條件化作用可能使疼痛治療取得更好的效果。

同時， 本研究也表明Ad-LEPs能用于安慰劑鎮痛的療效評估。

基于所述， 大部分臨床研究都以Ad-LEPs為指標考察疼痛通路功能的完整性以及疼痛加工過程。 由于C-LEPs本身的信噪比很低， 提取相對困難， 所以對它的臨床研究較少。 將來的研究應該在澄清兩類LEPs 的神經生理學意義的基礎上 , 進一步探討C-LEPs在臨床應用方面的研究。