本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
今年早些時候，我寫了我的一位病人，安德魯，一位染上海洛因習慣的工程師。一系列不幸的關節置換手術給安德魯帶來了嚴重的疼痛，當他的藥物用完時，他開始吸食海洛因。
手術後幾個月——在他的組織和疤痕已經癒合後——安德魯仍然因一種深入骨髓、咬噬般的疼痛而喪失行動能力。我記得我一直在思考他的疼痛，它是如何蔓延到他全身的，以及之前的臨床團隊是如何開出越來越高劑量的阿片類藥物來控制它的。
安德魯已經從急性疼痛（即手術傷口引起的疼痛）過渡到慢性疼痛（即在沒有明顯原因的情況下出現的疼痛），但我不太清楚這反映的是藥物耐受性還是不同的疼痛過程。
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藥物耐受性和慢性疼痛
藥物耐受性和慢性疼痛之間的區別是一個難以理解的概念。一天早上在醫院的工作室裡，我意識到我對此主題有多麼困惑，於是我呼叫了醫院的隨叫隨到的疼痛專家。幸運的是，耶魯大學疼痛醫學部門的主任Donna-Ann M Thomas接聽了電話，並耐心地解釋了耐受性和慢性疼痛的明顯不同。
當安德魯的身體需要越來越大的劑量才能達到相同的效果時，他對阿片類藥物產生了耐受性。阿片類藥物啟用Mu阿片受體，從而阻斷脊髓中的疼痛訊號。為了繞開阿片類藥物的阻礙，安德魯的身體產生了更多的Mu受體來補償藥物，這意味著必須有更多的藥物才能抑制疼痛訊號，因此劑量不斷增加。
托馬斯解釋說，慢性疼痛與耐受性甚至急性疼痛不同。就安德魯而言，慢性疼痛是指在他（多次）手術中的一次手術後幾周感覺到的痛苦，儘管他的身體已經癒合，不再從他的關節透過脊髓傳送痛苦訊號。
疼痛的目的和問題
你的身體有一個由神經元和神經通路組成的系統，其唯一目的是檢測疼痛並傳遞疼痛訊號。神經元的專門子集專門用於特定形式的疼痛，例如由熱、化學物質或切割引起的疼痛。疼痛是一個嚴重的問題。你的大腦會仔細監測環境中的威脅，例如，如果你不小心碰到熱爐子，你的疼痛系統就會抓住你的注意力，並將你的認知機制置於紅色警戒狀態。你把手猛地縮回來。你的情緒激動起來——“是誰沒關爐子？”也許你會哭一會兒。也許你心情會不好一陣子。
目的不是製造一種情緒化的恐慌，而是調動大腦的學習、記憶和決策系統。疼痛的目的是將環境威脅與強烈的負面情緒聯絡起來，並要求對導致疼痛訊號的任何原因進行糾正。從這個意義上說，疼痛是一個有用的警報——一座燈塔，讓你遠離更嚴重的麻煩。
問題在於，像任何機器一樣，大腦容易出錯：如果對疼痛的反應被學會了，它可能會被錯誤地學會。或者警報可能永遠不會關閉。
那麼，為什麼疼痛會從急性轉變為慢性呢？一種傳統的觀點是，急性損傷越嚴重，疼痛持續的可能性就越大——就像用硬而重的木槌敲擊鑔片會發出持久的砰聲一樣。然而，也可能是鑔片本身，一旦被敲擊，就會以某種方式維持自己的持續音。問題是木槌還是鑔片？
慢性背痛
神經科學問題是，患上慢性疼痛的人（稱為疼痛慢性化）的大腦是否與沒有患上慢性疼痛的人的大腦不同，以及這種差異是否可以在疼痛慢性化之前或之後檢測到。
為了回答這個問題，一個由西北大學的A. Vania Apkarian領導的神經科學家小組跟蹤了一組 39 名背部受傷的患者。
三年來，Apkarian 使用核磁共振成像來收集患者大腦結構和功能的增量測量資料。目的是觀察在疼痛慢性化過程中大腦如何以及是否發生變化，以及從急性疼痛轉變為慢性疼痛的人的大腦是否與疼痛消退的人的大腦不同。
Apkarian 的小組已經表明，皮質邊緣網路參與其中。皮質邊緣系統包括內側前額葉皮層、伏隔核、海馬體和杏仁核；與判斷、動機、記憶和情緒等認知過程相關的結構。來自 Apkarian 實驗室的先前的研究使用功能性核磁共振成像表明，伏隔核和內側前額葉皮層之間的強大功能連線能夠前瞻性地預測疼痛慢性化。為了跟進這項研究，他們想知道大腦的結構是否也能前瞻性地預測會患上慢性疼痛的患者。
他們的發現令人驚訝：疼痛的存在並不會重塑皮質邊緣網路。相反，即使在背痛發作之前，患上慢性疼痛的患者的皮質邊緣網路的連線也比沒有患上慢性疼痛的患者更為密集。此外，海馬體和杏仁核較小的患者——這些結構與情感學習、焦慮和壓力調節有很強的遺傳依賴性——也更容易患上慢性疼痛。
這些觀察結果共同表明，某些內在的、基因編碼的大腦特性——而不是疼痛本身——導致了慢性疼痛。鑔片，而不是木槌，才是罪魁禍首。
阿克帕裡安的研究表明，患者發生疼痛慢性化的風險是可以測量的，因此可以在臨床上進行管理。對於像安德魯這樣的患者來說，這可能意味著妥善管理的疼痛慢性化和逐漸升級為阿片類藥物耐受性和海洛因的區別。