Science:神经“连接”声音和疼痛！揭示声音镇痛的神经机制（音乐治疗原理）

更新时间：2025-11-13 04:00  浏览量：1

大脑精密复杂，被称为“地球上最复杂的生物结构”。马里兰大学工程学院的研究人员采用新计算方法，希望能深入了解听力障碍与神经网络的动态变化之间的关系。陶文娟副教授团队与中国科学技术大学张智教授团队合作，在《科学（Science）》（IF=63.714）上发表以“声音通过皮质丘脑回路产生镇痛效果（Sound induces analgesia through corticothalamic circuits）”为题的最新成果。中国科学技术大学特任副研究员周文杰、博士生叶崇欢、安徽中医药大学教授王海涛、安徽医科大学毛煜为该论文的第一作者。中国科学技术大学教授张智、安徽医科大学副教授陶文娟、美国国立卫生研究院教授刘元渊为该论文的共同通讯作者。

研究提示我们，声音的镇痛作用不仅仅是因为减轻压力和让人分心导致的，还有着实质存在的神经机制，通过影响大脑中的特定回路来实现镇痛作用。音乐和自然的声音可以积极影响情绪、缓解压力和放松身体，因此，声音能够缓解疼痛并非没有道理。

图：低强度声噪比通过抑制ACxGlu到丘脑投射缓解小鼠疼痛

早在1960年，《科学（Science）》论文的研究发现音乐和噪音能够产生镇痛效果。然而，半个世纪以来，声音镇痛的神经机制并不清楚。研究人员首先给予疼痛模型小鼠不同强度的协调音（相对于人的音乐）、非协调音（非音乐的有结构声音）以及白噪音，发现这三类声音（低强度）均能有效缓解疼痛。进一步研究发现，相对于环境噪音约5-dB的声强差（SNR）对声音的镇痛效应至关重要。综合运用神经病毒示踪、在体多通道记录、光纤记录和钙成像研究发现，听皮层到丘脑的投射神经通路参与了声音诱导的镇痛效应。综上，本研究揭示了与环境噪音的声强差对声音缓解疼痛至关重要，并进一步揭示了声音镇痛的精细神经环路机制。

研究表明，大脑的某些区域与音乐引起的镇痛效果有关，但这些只是关联性研究。因此，在动物模型上进行进一步研究，可以更充分地探索这种作用背后的神经机制。研究团队让爪子发炎（产生炎症性疼痛）的小鼠听三种不同类型的声音：悦耳的古典音乐、同一古典音乐重排的不悦音乐和白噪声（频率具有相同能量密度的随机噪声例如雨声）。令人惊讶的是，所有这三种类型的声音，当以类似于背景噪音（45分贝，大约是耳语的水平）的低强度（50分贝）播放时，都能够降低小鼠的疼痛敏感性。而相同的声音，当以更高强度（比背景噪声高15分贝以上）播放时，则不能帮助这些小鼠降低疼痛敏感性。

作为地球上最复杂的生物结构，大脑是如何让它的神经网络适应新环境的呢？马里兰大学工程学院（A. James Clark School of Engineering）的电气工程师和神经科学家们联起手来研究了这个问题。正是由于大脑复杂的结构，所以它能在快速、动态的交互中将各项功能连接起来。我们能完成各种任务、应对周遭环境，靠的就是大脑内部的信号处理过程。

研究结果显示，大脑内复杂的神经网络可以根据具体的任务要求而不断重组。研究人员还发现，即使没有受到明显的外部刺激，听觉皮层神经元之间的连接方式也发生了改变。

一段旋律是否悦耳动听，取决于主观体验后的判断；但能让人听闻后感到愉悦的声音确实会引起诸如呼吸、血压、心跳以及血流加速等一系列生理变化，还能刺激分泌内啡肽，从而达到放松身心和缓解疼痛的效果。因此，音乐一直被用作一种辅助的治疗手段。

由于镇痛效果在声音戒断后持续了至少2天。因此，研究人员认为低信噪比声音诱导的镇痛作用不太可能是因为动物的焦虑或压力减轻导致的，并且也不直接涉及注意力分散对疼痛感知的影响。

为了探索这种镇痛作用背后的神经机制，研究人员使用非传染性病毒和荧光蛋白追踪了大脑区域之间的连接，从而确定了一条从接收和处理声音信息的听觉皮层（ACxGlu）到丘脑后核（PO）和腹后核（VP）的谷氨酸能输入回路。ACx Glu - PO和ACx Glu - VP回路在声音诱导镇痛中的不同作用取决于疼痛的物理位置。

在自由活动的小鼠中，低强度白噪声降低了丘脑通路接收端神经元的活动。随后，研究人员在没有声音的情况下，用基于光和小分子的技术抑制该通路，模拟了低强度白噪声的镇痛效果；开启该通路则恢复了动物对疼痛的敏感性。