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脑深部电刺激(deep brain stimulation，DBS)能够有效缓解多种神经病理性疼痛，其中感觉丘脑（主要是丘脑腹后外侧核和腹后内侧核）、室周灰质区/导水管周围灰质区(periventricular gray/periaqueductal gray，PVG/PAG)作为临床上常用的刺激核团在疼痛调控中起到重要作用。目前DBS镇痛的效果仍不尽如人意，临床效果个体差异性大，其临床应用的适应症、刺激参数选择、刺激核团选择等仍需完善与优化。这与当前对疼痛相关的大脑功能及神经调控镇痛的作用机制认识不明确有重要关系。通过神经波动分析技术对核团功能及其与深部脑刺激镇痛的相关性研究，将可为探索神经调控机制提供基础，为优化临床治疗效果提供指导。 DBS及脑深部局部场电位记录亦为研究大脑深部核团的功能提供了独特的窗口。本研究以接受感觉丘脑或PVG/PAG DBS电极植入手术的神经病理性疼痛患者为实验对象，通过分析感觉丘脑和PVG/PAG的局部场电位信号，来对脑深部神经波动在疼痛处理及调控中的功能及临床应用展开一系列的研究，分别从对单个神经核团内的神经解码、核团间的功能连接神经解码两个角度来探讨脑深部神经波动与疼痛调控的关系，进而揭示神经调控镇痛的可能作用机制。 本文主要工作成果如下: 1.为较全面地表征核团内神经波动的特性，提出局部神经波动网络量化方法，即基于神经波动的节律、平衡和耦合神经行为特征，建立三维空间神经活动编码方法。本研究分别通过功率谱分析、幅度比率分析、幅度耦合分析量化神经波动的多维特征，建立基于神经波动幅度信息的多维特征量化方法。该方法用于神经病理性疼痛和肌张力异常性震颤两种局部场电位信号的分析能得到与生理事实吻合的结果，表明此方法在大脑神经波动功能研究中的有效性。 2.运用提出的局部神经波动网络量化方法，对神经病理性疼痛患者的感觉丘脑、PVG/PAG局部场电位进行分析，在三个维度上分别提取与疼痛缓解相关的特征成分，发现丘脑和PVG/PAG中存在多个与疼痛缓解相关的神经波动成分，包括theta、alpha、beta和gamma成分中的多个子成分;而且核团内各频段成分之间的相互联系与疼痛缓解相关。并在此基础上，提出特征的分离与整合建模方法，即分别对三个维度上的特征进行主成分分析实现特征融合，再利用多元回归模型思想，建立深部脑刺激治疗疼痛的疗效预测模型。通过交叉校验方法验证所建模型性能，结果表明基于丘脑局部场电位的整合性预测模型可以很好地预测术后疗效，预测与实际值的相关性R＞0.85。 3.分析研究丘脑和PVG/PAG之间的静息态功能连接。通过同时记录患者感觉丘脑和PVG/PAG的局部场电位，从无向功能连接和有向功能连接两个角度分析两核团间的静息态功能联系，并分析其与疼痛状态、疼痛缓解的关系，进而识别其中与疼痛相关的功能连接性特征。结果发现感觉丘脑和PVG/PAG神经波动间在alpha段存在较强的功能连接关系，且两核团间alpha段的相干系数与术前疼痛程度相关。这个结果提示丘脑和PVG/PAG在alpha段的静息态功能连接有可能为术前疼痛程度评估提供客观量化的电生理学指标。 4.进一步通过诱发实验来研究感觉丘脑和PVG/PAG间的功能联系及相互调控关系，探索两核团间的功能神经环路在神经调控中的可能作用机制。实验思路为对感觉丘脑和PVG/PAG中的一个核团进行电刺激，记录另一个核团的局部场电位信号，分析其诱发电位特征。分析结果发现，对其中一个核团的刺激会在极短时间内(约20ms)引起另一核团神经活动的改变，这个结果验证了感觉丘脑和PVG/PAG间可能存在一条不经过脊髓背角、更为直接的传导通路，初步揭示疼痛调控相关的丘脑和PVG/PAG神经环路机制。 总之，本文通过对丘脑和PVG/PAG的局部场电位信号分析及其与疼痛关系的研究表明，大脑深部的局部场电位信号蕴含与疼痛治疗相关的神经信息，可以作为客观的评价疼痛治疗效果的生物标记物，有助于促进闭环调控策略的发展。另一方面，对丘脑和PVG/PAG间的功能联系的研究，对揭示疼痛调控相关的神经环路机制和临床应用具有潜在的重要价值。