来自科罗拉多大学、海法大学的Pavel Goldstein、Simone G. Shamay-Tsoory等人在PNAS发文，研究了“握手镇痛”的神经机制。他们以情侣作为被试，以是否握手和是否施加疼痛刺激作为实验条件，同步采集了双人的脑电信号，最终发现：在疼痛刺激下，触摸使情侣的脑间连接增强；脑间连接与疼痛缓解、同理心精度存在相关。

关键字：触摸 疼痛 同理心 脑电  Hyperscanning

不久之前，关于触觉的研究还主要集中在刺激触觉感受器产生的知觉效应。直到最近，一些研究开始关注触觉的社交价值。例如，已有研究表明，在动物世界里，社交性的触摸（比如互相梳理毛发等）可以影响情感、减少压力和疼痛；在人类世界里，皮肤触摸可以缓解癌症和慢性痛患者的痛感。但是，对于社交性触摸的镇痛效应的神经生理机制，我们仍知之尚少。早期的研究表明触觉刺激可以在脊髓内阻断痛觉的输入，近期的研究也发现了一些皮层和皮层下神经回路可以调节触觉刺激的镇痛效应。此外，情绪因素也被认为参与了该过程。基于以上研究，作者认为，既然社交触摸中的情绪因素（emotional factors）会影响镇痛效应，则不妨假设触摸者的同理心（empathy）也会影响镇痛效应。

以往的相关研究还存在一些限制，它们都仅仅探究了单个被试的神经活动，也就是说，它们只探究了“触碰者”或者“被碰者”的神经活动，从而忽略了触碰的社会交互本质。因此，超扫描（hyperscanning），也即多人同步脑扫描，非常适合用来探究触觉的神经交互机制。脑电设备时间分辨率高，对触摸运动相对不那么敏感，因此作者选用脑电作为超扫描设备（本研究采用64通道brainproducts脑电采集设备)。

为此，作者招募了22对关系稳定的异性恋情侣（其中4对已婚），在几种情况下进行脑电超扫描，最终确定有效被试20对（2对情侣因数据记录不合格被排除）。实验条件分为以下几种：（1）触摸+疼痛刺激；（2）无触摸+疼痛刺激；（3）触摸+无疼痛刺激；（4）无触摸+无疼痛刺激；（5）无疼痛刺激、被试不在一起（基线条件）。对数据的分析主要集中在Alpha-Mu波段（8~12Hz），因为以往研究表明Alpha-Mu波段与痛觉感知相关，并且在痛觉同情中扮演了重要角色。在非语言脑间同步中，Alpha-Mu波段也是比较活跃的。脑间连接使用CCorrs（circular correlationcoefficients）来衡量。

图1.实验环境。上方的女性被试被触摸并接受疼痛刺激；下方的男性被试负责触摸。两人的脑电信号同步采集。

结果

（1）行为分析。在touch-pain条件下，同理心精度（empathic accuracy）(mean (M) = 0.24, SD =0.27])高于no-touch-pain(M = 0.41, SD = 0.50)条件，表明触碰增强了情侣间的empathic accuracy。（注：值越低，同理心精度越高）。在touch-pain条件下，被试对疼痛程度的打分（M = 25.03, SD = 20.32）比no-touch-pain(M = 37.74,SD = 24.82)和pain-alone(M = 52.41, SD = 29.41)条件下的要低，确认了触碰具有镇痛效应。

（2）Alpha波段：脑间连接分析。首先排除零效应的连接，即在所有实验条件下，相对于基线条件（no-pain-alone condition）都没有增强的连接。最终以此筛选出了63条连接。图2展示了几种情况下的脑间连接状况。在no-touch-no-pain条件下，脑间连接主要集中在女性被试的右顶区（right parietal regions）和男性被试的顶颞枕联合区（parieto-occipito-temporalareas）；在touch-no-pain条件下，脑间连接主要集中在女性被试的中心区（central regions）和男性被试的前中区（fronto-central regions）；在no-touch-pain条件下，脑间连接主要集中在女性被试的右前区（right frontal regions）、左中前区（left central-frontal areas）和男性被试的左中前区（left central-frontalregions）。作者最关注的的条件，即touch-pain条件下，脑间连接多至22条，主要集中在女性被试的左、右中前区（left and rightcentral-frontal regions）和男性被试的右额顶枕区（right frontal-parietal-occipital regions）。          

图2.EEG脑间连接。(A) partner no-touch–no-pain vs. Painalone conditions(12 links); (B) partner touch–no-pain vs. pain-alone conditions (10 links);(C) partner no-touch–pain vs. pain-alone conditions (5 links); (D) partner touch–pain vs. all other conditions (22links). 上方的头代表女性被试（接受痛觉刺激者，被触摸者），下方的头代表男性被试（触摸者）。橙色线条代表统计显著的脑间连接，头皮上的颜色代表该区域的连接个数。

（3）Alpha波段：脑间连接聚类分析。在touch-pain和no-touch-pain条件下，使用NMF方法对脑间连接进行聚类。结果参见图3.

图3. 脑间连接的聚类。（A) touch-paincondition ; (B)no-touch-pain condition。颜色代表对于各种类别的的脑间连接的loadings。左侧树状图描绘了层次聚类的组织结果。电极名称中，前者属于女性被试，后者属于男性被试。

（4）Alpha波段：脑间连接与行为数据的相关。在touch-pain条件下，类别2（Cluster 2）与疼痛缓解显著相关（r = −0.56 [−0.14, −0.81],P = 0.012, power =0.82）。这说明：类别2的脑间连接增强时，女性被试痛感降低。另外两种类别与疼痛缓解无显著相关。在no touch-pain条件下，所有类别与疼痛缓解均无显著相关。在touch-pain条件下，类别1与同理心精度显著相关（r = −0.66

[−0.28, −0.86], P = 0.002, power =0.95）。这说明：类别1的脑间连接增强时，男性被试的同理心精度增高。另外两种类别与同理心精度无显著相关。在no touch-pain条件下，所有类别与同理心精度均无显著相关。结果参见图4.图5.

图4. 脑间连接类别1/2/3(Cluster1/2/3)、女性被试的疼痛缓解（f.pain）、男性被试的同理心精度(p.acc)之间的相关矩阵。左：no touch-pain 条件；右：touch-pain条件。

图5. 脑间连接预测：（A）触摸相关的疼痛缓解；（B）触碰相关的同理心精度。右侧脑间连接分属类别2（上）、类别1（下）。图中包含一条回归线。上图中，y轴：类别2的loadings；x轴：疼痛缓解程度。下图中：y轴：类别1的loadings；x轴：同理心精度。疼痛缓解程度的定义：touch-pain条件下疼痛打分相比于no touch-pain 和pain alone条件下降低的百分比。同理心精度的定义：男女被试的疼痛打分之差除以双方打分之和。

（5）Beta波段分析。排除零效应的连接后，没有连接通过筛选（FDR校正）。

讨论

该研究的主要目标有两个：

（1）探究在痛觉刺激下，触摸是否会增强脑间连接；

（2）探究脑间连接是否与疼痛缓解、同理心精度相关。如【结果】部分所示，这两个目标都得以实现。结合行为数据，更加印证了触摸的镇痛效果。实验条件设置（设置了基线实验条件）、连接指标的选择（CCorr对伪连接不敏感）、Post-hoc效应分析都保证了该研究结果的可信度。

相比于其他实验条件，touch-pain（触摸+痛觉刺激）条件显示了广泛分布的高强度脑间连接模式，而no touch - no pain（无触摸+无痛觉刺激）条件的脑间连接强度较低，且分布稀少。作者认为，touch-pain条件下触摸者的顶叶（parietal lobe）的更多参与可能是因为该区域具有整合触觉、视觉信息的能力。对于镇痛效应，作者也提出了两种可能的解释：

（1）触摸者（男性）的触碰使得被触摸者（女性）感受到了理解，从而激活了奖赏机制（reward mechanisms）；

（2）个体之间的触摸可能会混淆自我和他人的界限。

与此同时，作者表示他们的研究仍存在一些限制：

（1）情侣被试中，只有女性接受了痛觉刺激，未来仍需研究男性被试接受痛觉刺激的情况；

（2）EEG虽时间分辨率高，但定位脑区的能力很差；

（3）选用了CCorr作为连接指标是看中了该指标对伪连接的低敏感度，未来研究也可以尝试其他reference-free的指标；（4）该研究并没有完整解释触摸镇痛效应的脑间神经耦合机制。但总体来说，作者认为，脑电超扫描实验范式模拟了人类自然状态下的社会交互，相比于单被试范式的优点不言而喻，鉴于生理共鸣（physiological resonance）具有重要的进化意义，这是一个值得注意的研究方向。

参考文献：Goldstein P,Weissman-Fogel I, Dumas G, et al. Brain-to-brain coupling during handholding isassociated with pain reduction[J]. Proceedings of the National Academy ofSciences, 2018: 201703643.

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