大約5000萬美國人患有慢性疼痛，這干擾了他們的日常生活、社交和工作能力。麻省理工學院教授王凡（音譯）希望通過研究和可能修改大腦自身的疼痛控制機制，開發新的方法來幫助緩解這種疼痛。她最近的工作發現了一個疼痛的“關閉開關”，位於大腦的杏仁核。她希望找到控制這個“開關”的方法，並帶來慢性疼痛的新療法。
“慢性疼痛是一個主要的社會問題，”王凡說。“通過研究大腦中央杏仁核中的疼痛抑制神經元，我希望能創造一種新的治療方法來減輕疼痛。”
2021年1月加入麻省理工學院的王凡也是麥戈文大腦研究所一項新倡議的領導者，該倡議正在研究藥物成癮，目的是開發更有效的成癮治療方法。
“用於慢性疼痛的阿片類藥物處方是阿片類藥物流行的一個主要因素。隨着Covid的流行，我認為成癮和過量的情況越來越嚴重。人們更加焦慮，他們尋求藥物來緩解這種精神痛苦，”王凡說。“作為科學家，我們有責任解決這個問題。”
在北京長大的王凡形容自己是一個 “書獃子”，喜歡書和數學。在高中時，她參加了科學競賽，然後在清華大學學習生物學。她於1993年來到美國，開始在哥倫比亞大學攻讀博士學位。在那裡，她在Richard Axel的實驗室里從事追蹤嗅覺受體神經元的連接模式的工作，後者後來因發現氣味受體和嗅覺系統如何組織而獲得諾貝爾獎。
在完成她的博士學位后，王凡決定換個研究方向。作為加利福尼亞大學舊金山分校和斯坦福大學的博士后，她開始研究大腦如何感知觸覺。
2003年，王凡加入了杜克大學醫學院的教師隊伍。在那裡，她開始開發研究觸覺基礎的大腦迴路的技術，追蹤將感覺信息從小鼠的鬍鬚帶到大腦的迴路。她還研究了大腦如何將觸摸器官的運動與感覺刺激的信號結合起來以產生知覺（如使用拉伸運動來感知彈性）。
隨着她對感官知覺研究的深入，王凡開始對研究疼痛知覺感興趣，但她認為她需要開發新的技術來解決這個問題。在杜克大學時，她發明了一種叫做CANE（捕捉激活的神經集合體）的技術，它可以識別被特定刺激激活的神經元網絡。
在小鼠身上使用這種方法，她確定了在疼痛時變得活躍的神經元，但整個大腦中有如此多的神經元被激活，這並沒有提供多少有用的信息。作為一種間接了解大腦如何控制疼痛的方法，她決定使用CANE來探索用於全身麻醉的藥物的效果。在全身麻醉過程中，藥物使病人失去知覺，但王凡假設這些藥物也可能關閉疼痛的感覺。
“在那個時候，這只是一個瘋狂的想法，”王凡回憶說。“我想可能還有其他機制–麻醉劑不只是失去意識，而是對大腦做了一些事情，實際上關閉了疼痛。”
對疼痛的“關閉開關”存在的支持來自於這樣的觀察：戰場上的傷員可以繼續戰鬥，儘管他們受傷了，但基本上可以阻斷疼痛。
在對接受麻醉藥物治療的小鼠的研究中，王凡發現大腦確實有這種開關，在一個意想不到的位置：參與調節情緒的杏仁核。她表明，這組神經元在被激活時可以關閉疼痛，而當它被抑制時，小鼠對普通的輕柔觸摸變得高度敏感。
“有一個基線水平的活動，使動物感到正常，當你激活這些神經元時，它們會感到更少的疼痛。當你讓它們沉默時，它們會感到更多的疼痛，”王凡說。
王凡在2020年報告的這一發現，提出了以某種方式在人類中調節這一開關以嘗試治療慢性疼痛的可能性。她說，這是她的一個長期目標，但要實現這一目標還需要更多的工作。目前，她的實驗室正致力於分析她所確定的集群中的神經元的RNA表達模式。他們還在測量神經元的電活動，以及它們如何與大腦中的其他神經元互動，希望能識別出可用於抑制疼痛感的電路。
調節這些電路的一種方法可能是使用深層腦刺激，這涉及在大腦的某些區域植入電極。聚焦超聲仍處於早期發展階段，不需要手術，可能是一種創傷較小的替代方法。
王凡有興趣探索的另一種方法是將腦部刺激與環境配對，如看一個智能手機應用程序。這種配對可以幫助訓練大腦使用應用程序關閉疼痛，而不需要原始刺激（深層腦刺激或超聲波）。
“也許你不需要不斷刺激大腦。你可能只需要用一個背景來重新激活它，”王凡說。“一段時間后，你可能需要重新刺激，或重新調節，但至少你有一個較長的窗口，你不需要去醫院進行刺激，你只需要使用一個環境。”
王凡部分是被麻省理工學院對培養跨學科合作的關注所吸引，現在她正與其他幾位麥戈文研究所的成員合作，他們從不同的角度試圖弄清大腦是如何產生毒品成癮，包括阿片類藥物成癮時的渴望狀態的。
“我們將專註於嘗試了解這種渴望狀態：它是如何在大腦中產生的，以及我們如何能夠在大腦中消除這種痕迹，或者至少控制它。然後你可以實時地對它進行神經調節，例如，給人們一個機會來找回他們的控制權，”她說。