青少年非自杀性自伤的疼痛神经机制：前额叶氧合的fNIRS研究
2025-07-18 来源:本站 点击次数:58
背景介绍
瑞士伯尔尼大学儿童与青少年精神病学团队于 2025 年在《Journal of Affective Disorders》发表了题为《Prefrontal oxygenation during experimental pain in adolescents engaging in non-suicidal self-injury》的研究论文。该研究通过功能性近红外光谱（fNIRS）技术，首次在较大样本量的青少年非自杀性自伤（NSSI）群体中，探索实验性疼痛处理与前额叶脑氧合的关联，为理解 NSSI 的神经生物学机制提供了重要实证依据。
非自杀性自伤（Non-suicidal self-injury, NSSI）是青少年常见的心理健康问题，表现为故意自伤身体组织而无自杀意图，其终身患病率高达 17.2%，且 60% 的住院青少年患者存在 NSSI 行为。NSSI 不仅是自杀企图的预测因子，还与边缘性人格障碍、慢性心理痛苦等密切相关。研究表明，疼痛体验在 NSSI 的发生和维持中起核心作用，目前存在多种理论假说：
1. 疼痛镇痛假说：NSSI 者痛觉敏感性降低，更易实施自伤
2. 习惯化假说：反复自伤导致疼痛敏感性下降，而非先天特质
3. 疼痛发作假说：通过生理疼痛缓解情感痛苦并成为一种应对机制
4. 疼痛缓解假说：自伤后身体疼痛的消退可能起到奖赏性的缓解作用
研究问题和目的
尽管这些假说得到部分研究支持，其神经生物学机制目前仍不明确。前额叶皮层（PFC）在疼痛的认知 - 情感处理中起核心作用，而 fNIRS 作为便携式神经影像技术，适合动态监测青少年疼痛处理中的脑氧合变化。既往研究常常聚焦于静息态脑活动，缺乏对 NSSI 患者疼痛处理动态神经响应的直接观察。该研究旨在填补这一空白，探讨 NSSI 青少年在实验性疼痛中前额叶氧合的特征及其与疼痛感知的关联。
研究方法
被试
NSSI患者：154 名青少年 NSSI 患者（过去 12 个月内≥5 次自伤事件），平均年龄 15.02 岁，88.96% 为女性。
对照组：48 名健康青少年，平均年龄 14.77 岁，97.92% 为女性。
两组在年龄、性别、BMI 等基线特征上无显著差异。
实验设计
为了评估疼痛敏感性，研究人员采用热痛刺激范式，使用了 AHP-1800CPV 热板装置，并设置温度从 32°C 以 1°C/13.3 秒的速率线性升至 50°C。参与者将非优势手置于热板，同时记录三项疼痛指标：
疼痛阈值：首次感知疼痛的温度 / 时间；
疼痛耐受值：无法忍受疼痛的温度 / 时间；
疼痛强度：通过视觉模拟评分（VAS, 0-100）连续报告。
fNIRS 数据采集与处理
研究人员采用了 8 通道 OctaMon （Artinis,荷兰） 头带并佩戴在被试前额叶（覆盖背外侧和内侧 PFC），光极间距35mm，采样率为50Hz，记录氧合血红蛋白（HbO）、脱氧血红蛋白（HbR）和总血红蛋白（HbT）。数据放入MATLAB 中作预处理，包括小波变换校正运动伪影、低通滤波（>0.5Hz）、再通过修正比尔 - 朗伯定律转换为血红蛋白浓度，最终降采样至 1Hz。
统计分析
线性混合模型：以疼痛阶段（基线、疼痛阈值、疼痛耐受）为自变量，校正基线后的氧合血红蛋白（HbO，当脑区活动增加时，局部血流量和血氧量供应增加，HbO上升），脱氧血红蛋白（HbR，反应大脑代谢活动，当脑局部神经活动增加时，HbR 浓度下降），总血红蛋白（ HbT，HbO与HbR总和）为因变量，分析组内和组间差异；
线性回归分析：探讨疼痛强度与前额叶氧合的关联，以及 NSSI 频率（过去 6 个月自伤次数）的调节作用；
探索性分析：通过 t 检验和非参排列（ permutation ）检验比较组间各时间点的 fNIRS 信号差异。
关键实验结果
随着疼痛刺激增强，两组前额叶 HbO 均呈现 “基线＞疼痛阈值＞疼痛耐受” 的递减趋势（图1），HbR 和 HbT 则随疼痛增强而增加，提示血流动力学补偿机制。
permutation 检验未发现NSSI 组与对照组在前额叶氧合的疼痛评估阶段变化模式上的显著差异。疼痛强度评分（VAS）与 fNIRS 信号无显著关联，且组间无交互效应。
按前额叶内侧 / 外侧分区域分析，结果与整体一致，未发现组间差异。NSSI 频率（过去 6 个月）仅对侧前额叶 HbO 从阈值到耐受的下降幅度有微弱影响，但效应量小。
图2. 疼痛刺激下前额叶氧合动态变化： a. 实验设计与疼痛阶段划分; b. 全样本（N=202）的 HbO 与 HbR 变化; c.NSSI 患者（n=154）的 HbO 与 HbR; d.健康对照（n=48）的 HbO 与 HbR
讨论，结论与推理
HbO 随疼痛增强而降低，与部分成人研究一致，可能反映前额叶皮层在疼痛注意力分配中的抑制作用（默认模式网络失活），但与另一些热痛研究的 HbO 升高结果矛盾，可能与刺激方式（热板 vs. thermode）或样本年龄有关。该研究未发现组间前额叶氧合差异，挑战了 “疼痛镇痛假说”，提示 NSSI 患者的疼痛处理异常可能不局限于前额叶，或与其他脑区（如边缘系统）有关。
该研究可能提示，单纯针对前额叶疼痛调节的干预（如认知行为疗法）可能对 NSSI 疗效有限，需结合外周生理指标（如自主神经反应）开发多模态干预策略，靶向疼痛 - 情绪调节的核心神经环路。
原文链接
Ines Mürner-Lavanchy, Han-Tin Kao, Silvano Sele, Julian Koenig, Michael Kaess,Prefrontal oxygenation during experimental pain in adolescents engaging in non-suicidal self-injury,Journal of Affective Disorders,2025.
https://doi.org/10.1016/j.jad.2024.10.076
研究团队介绍
Ines Mürner-Lavanchy：瑞士伯尔尼大学儿童和青少年精神病学与心理治疗大学医院、巴塞尔大学心理学系；Han-Tin Kao、Silvano Sele：瑞士伯尔尼大学儿童和青少年精神病学与心理治疗大学医院；Julian Koenig：德国科隆大学医学院及大学医院儿童和青少年精神病学等部门；Michael Kaess（通讯作者）：瑞士伯尔尼大学相关医院、德国海德堡大学儿童和青少年精神病学系等。
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维拓启创（北京）信息技术有限公司成立于2006年，是一家专注于脑科学、康复工程、人因工程、心理学、体育科学等领域的科研解决方案供应商。公司与国内外多所大学、研究机构、企业长期保持合作关系，致力于将优质的产品、先进的技术和服务带给各个领域的科研工作者，为用户提供有竞争力的方案和服务，协助用户的科研工作，持续提升使用体验。
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瑞士伯尔尼大学儿童与青少年精神病学团队于 2025 年在《Journal of Affective Disorders》发表了题为《Prefrontal oxygenation during experimental pain in adolescents engaging in non-suicidal self-injury》的研究论文。该研究通过功能性近红外光谱（fNIRS）技术，首次在较大样本量的青少年非自杀性自伤（NSSI）群体中，探索实验性疼痛处理与前额叶脑氧合的关联，为理解 NSSI 的神经生物学机制提供了重要实证依据。
图1. 文章信息
非自杀性自伤（Non-suicidal self-injury, NSSI）是青少年常见的心理健康问题，表现为故意自伤身体组织而无自杀意图，其终身患病率高达 17.2%，且 60% 的住院青少年患者存在 NSSI 行为。NSSI 不仅是自杀企图的预测因子，还与边缘性人格障碍、慢性心理痛苦等密切相关。研究表明，疼痛体验在 NSSI 的发生和维持中起核心作用，目前存在多种理论假说：
1. 疼痛镇痛假说：NSSI 者痛觉敏感性降低，更易实施自伤
2. 习惯化假说：反复自伤导致疼痛敏感性下降，而非先天特质
3. 疼痛发作假说：通过生理疼痛缓解情感痛苦并成为一种应对机制
4. 疼痛缓解假说：自伤后身体疼痛的消退可能起到奖赏性的缓解作用
研究问题和目的
尽管这些假说得到部分研究支持，其神经生物学机制目前仍不明确。前额叶皮层（PFC）在疼痛的认知 - 情感处理中起核心作用，而 fNIRS 作为便携式神经影像技术，适合动态监测青少年疼痛处理中的脑氧合变化。既往研究常常聚焦于静息态脑活动，缺乏对 NSSI 患者疼痛处理动态神经响应的直接观察。该研究旨在填补这一空白，探讨 NSSI 青少年在实验性疼痛中前额叶氧合的特征及其与疼痛感知的关联。
研究方法
被试
NSSI患者：154 名青少年 NSSI 患者（过去 12 个月内≥5 次自伤事件），平均年龄 15.02 岁，88.96% 为女性。
对照组：48 名健康青少年，平均年龄 14.77 岁，97.92% 为女性。
两组在年龄、性别、BMI 等基线特征上无显著差异。
实验设计
为了评估疼痛敏感性，研究人员采用热痛刺激范式，使用了 AHP-1800CPV 热板装置，并设置温度从 32°C 以 1°C/13.3 秒的速率线性升至 50°C。参与者将非优势手置于热板，同时记录三项疼痛指标：
疼痛阈值：首次感知疼痛的温度 / 时间；
疼痛耐受值：无法忍受疼痛的温度 / 时间；
疼痛强度：通过视觉模拟评分（VAS, 0-100）连续报告。
fNIRS 数据采集与处理
研究人员采用了 8 通道 OctaMon （Artinis,荷兰） 头带并佩戴在被试前额叶（覆盖背外侧和内侧 PFC），光极间距35mm，采样率为50Hz，记录氧合血红蛋白（HbO）、脱氧血红蛋白（HbR）和总血红蛋白（HbT）。数据放入MATLAB 中作预处理，包括小波变换校正运动伪影、低通滤波（>0.5Hz）、再通过修正比尔 - 朗伯定律转换为血红蛋白浓度，最终降采样至 1Hz。
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线性混合模型：以疼痛阶段（基线、疼痛阈值、疼痛耐受）为自变量，校正基线后的氧合血红蛋白（HbO，当脑区活动增加时，局部血流量和血氧量供应增加，HbO上升），脱氧血红蛋白（HbR，反应大脑代谢活动，当脑局部神经活动增加时，HbR 浓度下降），总血红蛋白（ HbT，HbO与HbR总和）为因变量，分析组内和组间差异；
线性回归分析：探讨疼痛强度与前额叶氧合的关联，以及 NSSI 频率（过去 6 个月自伤次数）的调节作用；
探索性分析：通过 t 检验和非参排列（ permutation ）检验比较组间各时间点的 fNIRS 信号差异。
关键实验结果
随着疼痛刺激增强，两组前额叶 HbO 均呈现 “基线＞疼痛阈值＞疼痛耐受” 的递减趋势（图1），HbR 和 HbT 则随疼痛增强而增加，提示血流动力学补偿机制。
permutation 检验未发现NSSI 组与对照组在前额叶氧合的疼痛评估阶段变化模式上的显著差异。疼痛强度评分（VAS）与 fNIRS 信号无显著关联，且组间无交互效应。
按前额叶内侧 / 外侧分区域分析，结果与整体一致，未发现组间差异。NSSI 频率（过去 6 个月）仅对侧前额叶 HbO 从阈值到耐受的下降幅度有微弱影响，但效应量小。
讨论，结论与推理
HbO 随疼痛增强而降低，与部分成人研究一致，可能反映前额叶皮层在疼痛注意力分配中的抑制作用（默认模式网络失活），但与另一些热痛研究的 HbO 升高结果矛盾，可能与刺激方式（热板 vs. thermode）或样本年龄有关。该研究未发现组间前额叶氧合差异，挑战了 “疼痛镇痛假说”，提示 NSSI 患者的疼痛处理异常可能不局限于前额叶，或与其他脑区（如边缘系统）有关。
该研究可能提示，单纯针对前额叶疼痛调节的干预（如认知行为疗法）可能对 NSSI 疗效有限，需结合外周生理指标（如自主神经反应）开发多模态干预策略，靶向疼痛 - 情绪调节的核心神经环路。
原文链接
Ines Mürner-Lavanchy, Han-Tin Kao, Silvano Sele, Julian Koenig, Michael Kaess,Prefrontal oxygenation during experimental pain in adolescents engaging in non-suicidal self-injury,Journal of Affective Disorders,2025.
https://doi.org/10.1016/j.jad.2024.10.076
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