青少年非自殺性自傷的疼痛神經機制：前額葉氧合的fNIRS研究
背景介紹
瑞士伯爾尼大學兒童與青少年精神病學團隊于 2025 年在《Journal of Affective Disorders》發表了題為《Prefrontal oxygenation during experimental pain in adolescents engaging in non-suicidal self-injury》的研究論文。該研究通過功能性近紅外光譜（fNIRS）技術，首次在較大樣本量的青少年非自殺性自傷（NSSI）群體中，探索實驗性疼痛處理與前額葉腦氧合的關聯，為理解 NSSI 的神經生物學機制提供了重要實證依據。
非自殺性自傷（Non-suicidal self-injury, NSSI）是青少年常見的心理健康問題，表現為故意自傷身體組織而無自殺意圖，其終身患病率高達 17.2%，且 60% 的住院青少年患者存在 NSSI 行為。NSSI 不僅是自殺企圖的預測因子，還與邊緣性人格障礙、慢性心理痛苦等密切相關。研究表明，疼痛體驗在 NSSI 的發生和維持中起核心作用，目前存在多種理論假說：
1. 疼痛鎮痛假說：NSSI 者痛覺敏感性降低，更易實施自傷
2. 習慣化假說：反復自傷導致疼痛敏感性下降，而非先天特質
3. 疼痛發作假說：通過生理疼痛緩解情感痛苦并成為一種應對機制
4. 疼痛緩解假說：自傷后身體疼痛的消退可能起到獎賞性的緩解作用
研究問題和目的
盡管這些假說得到部分研究支持，其神經生物學機制目前仍不明確。前額葉皮層（PFC）在疼痛的認知 - 情感處理中起核心作用，而 fNIRS 作為便攜式神經影像技術，適合動態監測青少年疼痛處理中的腦氧合變化。既往研究常常聚焦于靜息態腦活動，缺乏對 NSSI 患者疼痛處理動態神經響應的直接觀察。該研究旨在填補這一空白，探討 NSSI 青少年在實驗性疼痛中前額葉氧合的特征及其與疼痛感知的關聯。
研究方法
被試
NSSI患者：154 名青少年 NSSI 患者（過去 12 個月內≥5 次自傷事件），平均年齡 15.02 歲，88.96% 為女性。
對照組：48 名健康青少年，平均年齡 14.77 歲，97.92% 為女性。
兩組在年齡、性別、BMI 等基線特征上無顯著差異。
實驗設計
為了評估疼痛敏感性，研究人員采用熱痛刺激范式，使用了 AHP-1800CPV 熱板裝置，并設置溫度從 32°C 以 1°C/13.3 秒的速率線性升至 50°C。參與者將非優勢手置于熱板，同時記錄三項疼痛指標：
疼痛閾值：首次感知疼痛的溫度 / 時間；
疼痛耐受值：無法忍受疼痛的溫度 / 時間；
疼痛強度：通過視覺模擬評分（VAS, 0-100）連續報告。
fNIRS 數據采集與處理
研究人員采用了 8 通道 OctaMon （Artinis,荷蘭） 頭帶并佩戴在被試前額葉（覆蓋背外側和內側 PFC），光極間距35mm，采樣率為50Hz，記錄氧合血紅蛋白（HbO）、脫氧血紅蛋白（HbR）和總血紅蛋白（HbT）。數據放入MATLAB 中作預處理，包括小波變換校正運動偽影、低通濾波（>0.5Hz）、再通過修正比爾 - 朗伯定律轉換為血紅蛋白濃度，最終降采樣至 1Hz。
統計分析
線性混合模型：以疼痛階段（基線、疼痛閾值、疼痛耐受）為自變量，校正基線后的氧合血紅蛋白（HbO，當腦區活動增加時，局部血流量和血氧量供應增加，HbO上升），脫氧血紅蛋白（HbR，反應大腦代謝活動，當腦局部神經活動增加時，HbR 濃度下降），總血紅蛋白（ HbT，HbO與HbR總和）為因變量，分析組內和組間差異；
線性回歸分析：探討疼痛強度與前額葉氧合的關聯，以及 NSSI 頻率（過去 6 個月自傷次數）的調節作用；
探索性分析：通過 t 檢驗和非參排列（ permutation ）檢驗比較組間各時間點的 fNIRS 信號差異。
關鍵實驗結果
隨著疼痛刺激增強，兩組前額葉 HbO 均呈現 “基線＞疼痛閾值＞疼痛耐受” 的遞減趨勢（圖1），HbR 和 HbT 則隨疼痛增強而增加，提示血流動力學補償機制。
permutation 檢驗未發現NSSI 組與對照組在前額葉氧合的疼痛評估階段變化模式上的顯著差異。疼痛強度評分（VAS）與 fNIRS 信號無顯著關聯，且組間無交互效應。
按前額葉內側 / 外側分區域分析，結果與整體一致，未發現組間差異。NSSI 頻率（過去 6 個月）僅對側前額葉 HbO 從閾值到耐受的下降幅度有微弱影響，但效應量小。
圖2. 疼痛刺激下前額葉氧合動態變化： a. 實驗設計與疼痛階段劃分; b. 全樣本（N=202）的 HbO 與 HbR 變化; c.NSSI 患者（n=154）的 HbO 與 HbR; d.健康對照（n=48）的 HbO 與 HbR
討論，結論與推理
HbO 隨疼痛增強而降低，與部分成人研究一致，可能反映前額葉皮層在疼痛注意力分配中的抑制作用（默認模式網絡失活），但與另一些熱痛研究的 HbO 升高結果矛盾，可能與刺激方式（熱板 vs. thermode）或樣本年齡有關。該研究未發現組間前額葉氧合差異，挑戰了 “疼痛鎮痛假說”，提示 NSSI 患者的疼痛處理異常可能不局限于前額葉，或與其他腦區（如邊緣系統）有關。
該研究可能提示，單純針對前額葉疼痛調節的干預（如認知行為療法）可能對 NSSI 療效有限，需結合外周生理指標（如自主神經反應）開發多模態干預策略，靶向疼痛 - 情緒調節的核心神經環路。
原文鏈接
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
研究團隊介紹
Ines Mürner-Lavanchy：瑞士伯爾尼大學兒童和青少年精神病學與心理治療大學醫院、巴塞爾大學心理學系；Han-Tin Kao、Silvano Sele：瑞士伯爾尼大學兒童和青少年精神病學與心理治療大學醫院；Julian Koenig：德國科隆大學醫學院及大學醫院兒童和青少年精神病學等部門；Michael Kaess（通訊作者）：瑞士伯爾尼大學相關醫院、德國海德堡大學兒童和青少年精神病學系等。
關于維拓啟創
維拓啟創（北京）信息技術有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學、康復工程、人因工程、心理學、體育科學等領域的科研解決方案供應商。公司與國內外多所大學、研究機構、企業長期保持合作關系，致力于將優質的產品、先進的技術和服務帶給各個領域的科研工作者，為用戶提供有競爭力的方案和服務，協助用戶的科研工作，持續提升使用體驗。
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圖1. 文章信息
非自殺性自傷（Non-suicidal self-injury, NSSI）是青少年常見的心理健康問題，表現為故意自傷身體組織而無自殺意圖，其終身患病率高達 17.2%，且 60% 的住院青少年患者存在 NSSI 行為。NSSI 不僅是自殺企圖的預測因子，還與邊緣性人格障礙、慢性心理痛苦等密切相關。研究表明，疼痛體驗在 NSSI 的發生和維持中起核心作用，目前存在多種理論假說：
1. 疼痛鎮痛假說：NSSI 者痛覺敏感性降低，更易實施自傷
2. 習慣化假說：反復自傷導致疼痛敏感性下降，而非先天特質
3. 疼痛發作假說：通過生理疼痛緩解情感痛苦并成為一種應對機制
4. 疼痛緩解假說：自傷后身體疼痛的消退可能起到獎賞性的緩解作用
研究問題和目的
盡管這些假說得到部分研究支持，其神經生物學機制目前仍不明確。前額葉皮層（PFC）在疼痛的認知 - 情感處理中起核心作用，而 fNIRS 作為便攜式神經影像技術，適合動態監測青少年疼痛處理中的腦氧合變化。既往研究常常聚焦于靜息態腦活動，缺乏對 NSSI 患者疼痛處理動態神經響應的直接觀察。該研究旨在填補這一空白，探討 NSSI 青少年在實驗性疼痛中前額葉氧合的特征及其與疼痛感知的關聯。
研究方法
被試
NSSI患者：154 名青少年 NSSI 患者（過去 12 個月內≥5 次自傷事件），平均年齡 15.02 歲，88.96% 為女性。
對照組：48 名健康青少年，平均年齡 14.77 歲，97.92% 為女性。
兩組在年齡、性別、BMI 等基線特征上無顯著差異。
實驗設計
為了評估疼痛敏感性，研究人員采用熱痛刺激范式，使用了 AHP-1800CPV 熱板裝置，并設置溫度從 32°C 以 1°C/13.3 秒的速率線性升至 50°C。參與者將非優勢手置于熱板，同時記錄三項疼痛指標：
疼痛閾值：首次感知疼痛的溫度 / 時間；
疼痛耐受值：無法忍受疼痛的溫度 / 時間；
疼痛強度：通過視覺模擬評分（VAS, 0-100）連續報告。
fNIRS 數據采集與處理
研究人員采用了 8 通道 OctaMon （Artinis,荷蘭） 頭帶并佩戴在被試前額葉（覆蓋背外側和內側 PFC），光極間距35mm，采樣率為50Hz，記錄氧合血紅蛋白（HbO）、脫氧血紅蛋白（HbR）和總血紅蛋白（HbT）。數據放入MATLAB 中作預處理，包括小波變換校正運動偽影、低通濾波（>0.5Hz）、再通過修正比爾 - 朗伯定律轉換為血紅蛋白濃度，最終降采樣至 1Hz。
統計分析
線性混合模型：以疼痛階段（基線、疼痛閾值、疼痛耐受）為自變量，校正基線后的氧合血紅蛋白（HbO，當腦區活動增加時，局部血流量和血氧量供應增加，HbO上升），脫氧血紅蛋白（HbR，反應大腦代謝活動，當腦局部神經活動增加時，HbR 濃度下降），總血紅蛋白（ HbT，HbO與HbR總和）為因變量，分析組內和組間差異；
線性回歸分析：探討疼痛強度與前額葉氧合的關聯，以及 NSSI 頻率（過去 6 個月自傷次數）的調節作用；
探索性分析：通過 t 檢驗和非參排列（ permutation ）檢驗比較組間各時間點的 fNIRS 信號差異。
關鍵實驗結果
隨著疼痛刺激增強，兩組前額葉 HbO 均呈現 “基線＞疼痛閾值＞疼痛耐受” 的遞減趨勢（圖1），HbR 和 HbT 則隨疼痛增強而增加，提示血流動力學補償機制。
permutation 檢驗未發現NSSI 組與對照組在前額葉氧合的疼痛評估階段變化模式上的顯著差異。疼痛強度評分（VAS）與 fNIRS 信號無顯著關聯，且組間無交互效應。
按前額葉內側 / 外側分區域分析，結果與整體一致，未發現組間差異。NSSI 頻率（過去 6 個月）僅對側前額葉 HbO 從閾值到耐受的下降幅度有微弱影響，但效應量小。
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HbO 隨疼痛增強而降低，與部分成人研究一致，可能反映前額葉皮層在疼痛注意力分配中的抑制作用（默認模式網絡失活），但與另一些熱痛研究的 HbO 升高結果矛盾，可能與刺激方式（熱板 vs. thermode）或樣本年齡有關。該研究未發現組間前額葉氧合差異，挑戰了 “疼痛鎮痛假說”，提示 NSSI 患者的疼痛處理異常可能不局限于前額葉，或與其他腦區（如邊緣系統）有關。
該研究可能提示，單純針對前額葉疼痛調節的干預（如認知行為療法）可能對 NSSI 療效有限，需結合外周生理指標（如自主神經反應）開發多模態干預策略，靶向疼痛 - 情緒調節的核心神經環路。
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https://doi.org/10.1016/j.jad.2024.10.076
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