疼痛严重影响人类健康和生活质量，开展有效的非药物镇痛方法具有重要意义。经皮神经电刺激（Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation，TENS）是一种顺利获得皮肤表面电极施加电脉冲、调节疼痛信号传递的无创神经调控技术，具有操作简便、成本较低等优势。不同刺激参数可能产生不同空间范围的镇痛效应，但其背后的大脑、脑干及脊髓神经调控机制仍有待阐明。

针对这一科学问题，中国科研实验室心理研究所孔亚卓研究组、胡理研究组联合首都医科大学附属北京天坛医院刘亚欧团队，首次将无创外周神经调控与同步脑-脊髓功能磁共振成像（simultaneous brain–spinal fMRI）技术相结合，刻画了不同TENS方案的镇痛范围及相关神经响应，为理解外周电刺激如何影响多层级疼痛加工给予了新的证据，也为后续优化刺激方案、探索个体化非药物镇痛策略给予了研究依据。

经皮神经电刺激镇痛效应及相关脑-脊髓神经响应示意图

研究共招募92名健康成年人，随机分配至高频低强度TENS组（30人）、低频高强度TENS组（31人）和假刺激对照组（31人），干预持续30分钟。研究团队在干预前后，利用同步脑-脊髓fMRI记录双侧前臂热痛刺激诱发的大脑皮层、脑干及颈段脊髓活动，并结合疼痛强度、疼痛不愉悦感评分及功能连接分析，考察不同刺激方案的镇痛效应。

图1. 实验设计与同步脑-脊髓成像

研究采用高频低强度、低频高强度及假刺激三组设计，在30分钟干预前后进行双侧热痛测试与同步脑-脊髓fMRI扫描

行为结果显示，两种TENS刺激模式表现出不同空间范围的镇痛效应。与假刺激相比，高频低强度TENS显著降低了干预侧前臂的疼痛强度和不愉悦感，对侧未见显著镇痛；低频高强度TENS则显著降低了双侧前臂的疼痛强度和不愉悦感，表现出更广泛的双侧镇痛效应。

影像分析显示，高频低强度TENS降低了干预侧热痛刺激诱发的次级躯体感觉皮层（S2）、中脑导水管周围灰质（PAG）、延髓头端腹内侧区（RVM）及C6节段脊髓活动，并增强了腹内侧前额叶皮层（vmPFC）活动。低频高强度TENS的双侧镇痛则伴随初级躯体感觉皮层（S1）、背侧前扣带皮层（dACC）、辅助运动区（SMA）、S2及脊髓背角疼痛诱发活动的降低，提示两种模式具有不同的脑—脊髓响应特征。

图2. 高频低强度TENS相关的脑—脊髓活动变化

干预侧的局部镇痛伴随S2、PAG、RVM及颈段脊髓疼痛诱发活动降低，以及vmPFC活动增强

图3. 低频高强度TENS相关的脑—脊髓活动变化

双侧镇痛伴随感觉运动皮层及颈段脊髓疼痛诱发活动降低

心理生理交互（Psychophysiological Interaction，PPI）分析显示，高频低强度TENS下，干预侧热痛刺激时的PAG–脊髓连接减弱及PAG–vmPFC连接增强均与更明显的镇痛相关；低频高强度TENS下，PAG–S1连接减弱及PAG–脊髓连接增强均与镇痛显著相关。探索性中介分析进一步发现，高频低强度TENS下，PAG–脊髓连接变化与镇痛之间存在经由PAG–vmPFC连接变化的显著间接效应；低频高强度TENS下，PAG–S1连接变化与镇痛之间的显著间接效应则经由PAG–脊髓连接变化。这些结果提示，两种TENS模式可能涉及不同的皮层—脑干—脊髓功能协同机制。

图4. 不同TENS方案的脑脊通路探索性中介分析

该研究得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金、国家重点研发计划、首都医学科学创新中心、北京高校卓越青年科学家计划、“登峰”计划及北京天坛医院临床研究重点攸关项目的资助。

研究成果已在线发表于Journal of Advanced Research。腾博会官网博士生魏朝行（已毕业）为第一作者，腾博会官网孔亚卓研究员、胡理研究员及北京天坛医院刘亚欧教授为共同通讯作者。英国利物浦大学Jonathan C. W. Brooks教授、北京天坛医院段云云主任医师、腾博会官网张明副研究员、博士生朱玉璞（已毕业）、林校民和张镭耀等为本研究作出重要贡献。

论文信息：Wei, Z., Duan, Y., Zhu, Y., Lin, X., Zhang, L., Zhang, M., Brooks, J. C. W., Liu, Y., Hu, L., & Kong, Y. (2026). Simultaneous brain–spinal fMRI reveals neural mechanisms of TENS-induced analgesia. Journal of Advanced Research. Advance online publication. http://doi.org/10.1016/j.jare.2026.10.036