大脑对刺激的响应通常使用脑活动的强度进行度量。例如，在疼痛脑电研究中，N2、P2、γ振荡等脑响应的强度是最常用的神经指标。大量研究已发现它们和个体内及个体间疼痛感知的关联。然而，脑活动蕴含多维度特征，不仅包括强度，还包括变异性（如脑响应随时间变化而呈现出的波动性）。以往研究已初步揭示这种神经变异性与知觉、记忆、注意等有关(Waschke et al., 2021)，但神经变异性和疼痛感知有何关系尚未有系统研究。

近期，中国科研院心理研究所胡理研究组利用总样本量共633人的六个脑电数据集（图1），系统探究了神经变异性和疼痛感知的关系，发现神经变异性可独立于脑响应强度编码疼痛分辨力的个体差异。

图1. 研究问题、实验流程和神经变异性计算方法

研究团队使用脑电信号在一定长度时间窗内的标准差作为神经变异性的主要度量指标（图1C）。疼痛感知则被区分为个体间和个体内两个方面：个体间疼痛感知表示疼痛感受性的个体差异，包括区分不同强度疼痛刺激的分辨力和感受单一强度疼痛刺激的敏感性；个体内疼痛感知代表个体对疼痛刺激的单试次状态性感知(Zhang et al., 2024)。分析显示，神经变异性和疼痛分辨力个体差异显著相关（图2；Dataset-1）。团队前期研究已发现N2、P2等脑电响应的强度可特异性编码疼痛分辨力的个体差异(Zhang et al., 2022)。排除了脑响应强度的影响后，研究团队发现神经变异性和疼痛分辨力仍有显著的偏相关。这意味着神经变异性可独立于神经响应强度编码疼痛分辨力。

图2. 神经变异性和疼痛分辨力显著相关

为系统验证研究发现的可重复和可推广性，研究团队在多个数据集中对结果进行了重复。上述结果在另外两个包含两个不同强度疼痛刺激的独立数据集中得到了完全的重复（图2；Dataset-2和Dataset-3）。除此以外，在包含四个不同强度疼痛刺激的独立数据集中，神经变异性依旧显示出对疼痛分辨力的编码能力（图3；Dataset-4和Dataset-5）。值得关注的是，带状疱疹后遗神经痛患者的非患侧手疼痛分辨力和神经变异性具有一定的相关性，但患侧手疼痛分辨力和神经变异性的相关却不再显著（图3；Dataset-6）。这意味着带状疱疹后遗神经痛可能损伤了神经变异性对疼痛分辨力的编码能力。

图3. 神经变异性编码疼痛分辨力的可重复性

接着，研究团队考察了神经变异性和疼痛分辨力的关联是否是疼痛特异的。分析结果显示，神经变异性无法显著编码触觉、听觉、视觉三种典型非痛感觉的分辨力。即便控制了不同感觉模态的强度评分差异，神经变异性也依旧只能显著编码疼痛分辨力（图4）。可见，神经分辨力能够特异性编码疼痛分辨力。

图4. 神经变异性特异性编码疼痛分辨力

最后，研究团队探究了神经变异性和个体间感觉敏感性和个体内感知的关系，发现神经变异性无法显著编码痛觉、触觉、听觉、视觉的个体间感觉敏感性，但能编码这四种感觉的个体内单试次强度评分（图5）。

图5. 神经变异性和个体间感觉敏感性个体内状态性感知的关系

综上，该项研究利用大数据样本，系统探究了神经分辨力和疼痛感知之间的关系，发现神经分辨力可独立于脑响应强度特异性编码疼痛分辨力。这一发现揭示了新的疼痛分辨力编码机制，凸显了神经变异性作为独立于脑活动强度的神经指标的价值，对全面利用脑活动开发个体化的疼痛干预手段具有重要启示意义。

该研究取得了国家重点研发计划、国家自然科研基金以及北京市自然科研基金的资助。

相关成果已在线发表于PLOS Biology。腾博会官网博士毕业生张立波和助理研究员耿馨佚为论文共同第一作者，胡理研究员和张立波为论文共同通讯作者。

论文信息：Zhang, L.-B.#*, Geng X.-Y.#, and Hu, L*. (2025). Neural variability reliably encodes interindividual differences in the perception of pain intensity. PLOS Biology, 23(10): e3003470. http://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003470

相关文献：

Waschke, L., Kloosterman, N. A., Obleser, J., & Garrett, D. D. (2021). Behavior needs neural variability. Neuron, 109(5), 751–766.

Zhang, L.-B., Chen, Y.-X., Li, Z.-J., Geng, X.-Y., Zhao, X.-Y., Zhang, F.-R., Bi, Y.-Z., Lu, X.-J., & Hu, L. (2024). Advances and challenges in neuroimaging-based pain biomarkers. Cell Reports Medicine, 5(10), 101784.

Zhang, L.-B., Lu, X.-J., Huang, G., Zhang, H.-J., Tu, Y.-H., Kong, Y.-Z., & Hu, L. (2022). Selective and replicable neuroimaging-based indicators of pain discriminability. Cell Reports Medicine, 3(12), 100846.