疼痛情緒的神經生理學研究 徐百川生物醫學研究所中央研究院
什麼是神經科學 Neuroscience? 以科學方法研究腦和神經系統的一門學科 包含的研究範疇很廣泛, 譬如 : 睡眠 思想 感覺 動作等等 神經科學家所問的問題, 像是我們如何學習 記憶? 我們的大腦如何處理訊息? 神經細胞如何互相溝通? 我們為什麼睡眠?
主要的神經系統疾病 Disease Number of Cases Cost per year Chronic Pain ( 慢性疼痛 ) 97,000,000 $100 billion Hearing Loss ( 失聰 ) 28,000,000 $56 billion Depression Disorders ( 神經衰弱 ) 18,700,000 $30.4 billion Alzheimer's Disease ( 腦老年癡呆 ) 4,000,000 $90 billion Stroke ( 中風 ) 3,800,000 $40 billion Epilepsy ( 癲癇 ) 2,500,000 $3.5 billion Traumatic Head Injury ( 頭部挫傷 ) 2,000,000 $25 billion Schizophrenia ( 精神分裂 ) 2,000,000 $32.5 billion Parkinson's Disease ( 巴金森症 ) 1,000,000 to 2,000,000 $25 billion Multiple Sclerosis ( 多重脊髓硬化 ) 350,000 $2.5 billion Traumatic Spinal Cord Injury ( 脊椎傷害 ) 250,000 $5 billion
二十世紀神經科學之發展 1936 Sir Henry Hallett Dale and Otto Loewi share the Nobel Prize for their discoveries relating to chemical transmission impulses 1944 Joseph Erlanger andherbert Spencer Gasser win the Nobel Prize for their their discoveries relating to the highly differentiated functions of single nerve fibres 1949 Walter Rudolph Hess wins the Nobel Prize for his work on the interbrain, or diencephalon, which includes the hypothalamus, subthalamus and parts of the thalamus 1953 Nathaniel Kleitman and Eugene Aserinsky describe rapid eye movement (REM) sleep 1961 Georg von Bekesy, Nobel laureate in Medicine for his for his discoveries of the physical mechanism of stimulation within the cochlea 1963 Sir John Carew Eccles, Sir Alan Lloyd Hodgkin and Sir Andrew Fielding Huxley share the Nobel Prize for Physiology or Medicine for discovery of the chemical means by which impulses are communicated or repressed by nerve cells.
1967 1970 1977 Ragnar Granit, Haldan Keffer Hartline and George Wald share the Nobel prize in Physiology and Medicine for discoveries concerning the primary physiological and chemical visual processes in the eye Julius Axelrod, Ulf von Euler and Sir Bernard Katz share the Nobel prize for their discoveries concerning the storage, release and inactivation of catecholamine neurotransmitters and the effect of psychoactive drugs on this process 1981 Roger C.L. Guillemin and Andrew Schally share the Nobel prize for their discoveries concerning the peptide hormone production of the brain 1981 Torsten Wiesel and David Hubel were co-recipients of the Nobel Prize for Physiology or Medicine for their discoveries concerning information processing in the visual region of the brain 1990 brain Roger Sperry wins the Nobel Prize for his work in functional specialization of the cerebral hemispheres of the Declared the "Decade of the Brain" by former President George Bush
神經科學相關的學科 : 神經生理學 神經解剖學 動物學 物理學 心理學 生物學 人類學 化學 哲學
什麼是疼痛? 由組織受傷或潛在的傷害所造成的不舒服的感覺和情緒經驗, 或對此傷害之陳述 Definition of Pain: An unpleasant sensory and emotional experience associated with actual or potential tissue damage, or described in terms of such damage. From: International Association for the Study of Pain 1994.
疼痛之門閾控制理論 The Gate Control Model - Pain mechanisms: a new theory. Science v. 150 (1965): 975. Patrick Wall and Ronald Melzack
疼痛訊息傳遞中的興奮性與抑制性神經元以及投射至中樞的神經元
與疼痛有關的神經傳導物質 神經傳導物質在基脊髓背角的螢光反應
疼痛反應的分子生物學機制
在人腦以神經影像技術觀察到在多重腦區對疼痛的反應, 驗證到 Melzak & Casey 的理論
疼痛情緒 : 不愉快的疼痛情緒是由外部或內部的刺激所引起, 而由複雜的神經系統線路所激發而作 客觀的疼痛情緒指標是由動作 自主神經系統 內分泌系統等所引發之反應 主觀的疼痛情緒是一種自主意識的感受 疼痛情緒是意識上, 感受體接受為有意義或主要的事件, 對此受體的生物整體性感受到威脅 所以疼痛情緒可視為一演化過程中的一種生存的適應
古典制約 : 古典制約是在一個中性的刺激 ( 條件刺激 ) 成為一個預期有主要由非條件刺激產生之反應時發生 此一由條件刺激產生之反應為由神經系統產生新的聯結所產生
疼痛情緒的操作性定義 : 條件制約的情緒反應是一個動物在受到條件刺激後, 預期有一疼痛將要產生, 而產生之預期性的反應
疼痛神經生理研究方法 1. 行為實驗 2. 電生理實驗 3. 組織化學與神經解剖學實驗 4. 神經影像實驗
1. 行為實驗所要問的問題 如何分別疼痛感覺反應與疼痛情緒反應? 如何以行為來定量測量疼痛情緒反應? 疼痛情緒反應與那些腦部神經結構有關?
疼痛行為實驗裝置設備
CS: 條件刺激 US: 非條件刺激 CR: 條件反應 UR: 非條件反應
條件反應的定量測量
與情緒有關的邊緣系統 : 前扣帶腦皮質, 杏仁核體, 海馬迴, 下視丘
前扣帶腦皮質與杏仁核體之破壞
2. 電生理實驗所要問的問題 疼痛信號所傳導的徑路為何? 疼痛信息的傳遞在掌管情緒的邊緣腦分佈為何? 疼痛信息在邊緣腦的處理機制為何?
電生理實驗的設計
場電位在前扣帶 腦皮質的分佈 在前扣帶腦皮質 的等壓電位圖
由分析分佈在前扣帶腦皮質的場電位所得之神經聯結迴路
3. 神經解剖學實驗所要問的問題 疼痛信號傳遞經丘腦到邊緣腦的路徑? 與疼痛情緒的傳遞有關的神經細胞分佈之腦區?
由丘腦傳至前扣帶腦皮質神經纖維之分佈 由丘腦傳至在前扣帶腦皮質的含 C-FOS 之神經細胞之分佈
4. 神經影像實驗之建立與問題 功能核磁共振影像實驗在動物之建立 疼痛刺激在腦部產生功能性激發, 可否用功能磁振影像在動物觀察到? 功能磁振影像可否提供三度空間腦功能反應的動態聯結?
低溫超導磁鐵 電腦主機 電腦影像分析工作站
動物生理監測儀器 動物實驗裝置
大白鼠的腦功能核磁共振影像 在不同腦區之磁振影像信號
利用功能核磁影像信號研究三度空間腦功能反應的聯結
結語 最重要的問題 尚未被解決!