Recent studies indicate that a significant reorganization of cerebral networks may occur in patients with chronic pain, but how immediate pain experience influences the organization of large-scale functional networks is not yet well characterized. To investigate this question, we used functional magnetic resonance imaging in 106 participants experiencing both noxious and innocuous heat. Painful stimulation caused network-level reorganization of cerebral connectivity that differed substantially from organization during innocuous stimulation and standard resting-state networks. Noxious stimuli increased somatosensory network connectivity with (a) frontoparietal networks involved in context representation, (b) "ventral attention network" regions involved in motivated action selection, and (c) basal ganglia and brainstem regions. This resulted in reduced "small-worldness," modularity (fewer networks), and global network efficiency and in the emergence of an integrated "pain supersystem" (PS) whose activity predicted individual differences in pain sensitivity across 5 participant cohorts. Network hubs were reorganized ("hub disruption") so that more hubs were localized in PS, and there was a shift from "connector" hubs linking disparate networks to "provincial" hubs connecting regions within PS. Our findings suggest that pain reorganizes the network structure of large-scale brain systems. These changes may prioritize responses to painful events and provide nociceptive systems privileged access to central control of cognition and action during pain.

中文翻译：

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功能性脑网络中的疼痛诱发重组。

最近的研究表明，慢性疼痛患者可能会发生脑网络的显着重组，但即时疼痛体验如何影响大规模功能网络的组织尚不清楚。为了研究这个问题，我们对 106 名经历了有害和无害热量的参与者使用了功能性磁共振成像。痛苦的刺激导致大脑连接的网络级重组，这与无害刺激和标准静息状态网络期间的组织有很大不同。有害刺激增加了体感网络与（a）参与上下文表征的额顶网络，（b）参与动机动作选择的“腹侧注意力网络”区域，以及（c）基底神经节和脑干区域的连接。这导致了“小世界性”、模块化（更少的网络）和全球网络效率的降低，并且出现了一个集成的“疼痛超级系统”（PS），其活动预测了 5 个参与者队列中疼痛敏感性的个体差异。网络集线器被重组（“集线器中断”），以便更多集线器在 PS 中本地化，并且从连接不同网络的“连接器”集线器转变为连接 PS 内区域的“省级”集线器。我们的研究结果表明，疼痛重组了大规模大脑系统的网络结构。这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应，并为疼痛系统提供对疼痛期间认知和行动的中央控制的特权访问。和全球网络效率以及集成“疼痛超级系统”（PS）的出现，其活动预测了 5 个参与者队列中疼痛敏感性的个体差异。网络集线器被重组（“集线器中断”），以便更多集线器在 PS 中本地化，并且从连接不同网络的“连接器”集线器转变为连接 PS 内区域的“省级”集线器。我们的研究结果表明，疼痛重组了大规模大脑系统的网络结构。这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应，并为疼痛系统提供对疼痛期间认知和行动的中央控制的特权访问。和全球网络效率以及集成“疼痛超级系统”（PS）的出现，其活动预测了 5 个参与者队列中疼痛敏感性的个体差异。网络集线器被重组（“集线器中断”），以便更多集线器在 PS 中本地化，并且从连接不同网络的“连接器”集线器转变为连接 PS 内区域的“省级”集线器。我们的研究结果表明，疼痛重组了大规模大脑系统的网络结构。这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应，并为疼痛系统提供对疼痛期间认知和行动的中央控制的特权访问。(PS) 其活动预测了 5 个参与者队列中疼痛敏感性的个体差异。网络集线器被重组（“集线器中断”），以便更多集线器在 PS 中本地化，并且从连接不同网络的“连接器”集线器转变为连接 PS 内区域的“省级”集线器。我们的研究结果表明，疼痛重组了大规模大脑系统的网络结构。这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应，并为疼痛系统提供对疼痛期间认知和行动的中央控制的特权访问。(PS) 其活动预测了 5 个参与者队列中疼痛敏感性的个体差异。网络集线器被重组（“集线器中断”），以便更多集线器在 PS 中本地化，并且从连接不同网络的“连接器”集线器转变为连接 PS 内区域的“省级”集线器。我们的研究结果表明，疼痛重组了大规模大脑系统的网络结构。这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应，并为疼痛系统提供对疼痛期间认知和行动的中央控制的特权访问。集线器连接 PS 内的区域。我们的研究结果表明，疼痛重组了大规模大脑系统的网络结构。这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应，并为疼痛系统提供对疼痛期间认知和行动的中央控制的特权访问。集线器连接 PS 内的区域。我们的研究结果表明，疼痛重组了大规模大脑系统的网络结构。这些变化可能会优先考虑对疼痛事件的反应，并为疼痛系统提供对疼痛期间认知和行动的中央控制的特权访问。