????2023年5月23日，上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡霽課題組和上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院徐天樂課題組合作在Neuron上發(fā)表題為Representation and control of pain and itch by distinct prefrontal neural ensembles的研究論文。該研究探索內(nèi)側(cè)前額葉皮層不同的神經(jīng)元集群對(duì)痛覺和癢覺信息的獨(dú)立表征，并提出這兩個(gè)神經(jīng)元集群通過優(yōu)先投射到特定的下游區(qū)域以調(diào)節(jié)疼痛或瘙癢相關(guān)的感覺和情緒行為。

????疼痛和瘙癢作為機(jī)體軀體感覺的重要組成部分，可以幫助人們防御外界傷害性刺激避免組織損傷。雖然這兩者具有相似的信息解剖通路，但本質(zhì)上它們依舊是兩種截然不同的感覺，會(huì)引起不同的腦內(nèi)感知和行為反應(yīng)。然而，疼痛和瘙癢的信息是如何在大腦中編碼以產(chǎn)生不同的感知區(qū)分并進(jìn)行處理的，這仍然是一個(gè)有待研究的科學(xué)問題。

????本研究首次利用單細(xì)胞精度的活體顯微鈣成像技術(shù)在大腦的高級(jí)皮層——內(nèi)側(cè)前額葉皮層探究了在接受疼痛和瘙癢刺激輸入之后神經(jīng)元的不同響應(yīng)規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)兩種刺激皆可導(dǎo)致PL亞區(qū)興奮性神經(jīng)元呈現(xiàn)復(fù)雜多樣的鈣信號(hào)活動(dòng)變化。

?????深入的數(shù)據(jù)分析提示，疼痛與瘙癢激活的PL神經(jīng)元雖然在解剖位置上混雜在一起，但在對(duì)傷害性痛覺和癢覺刺激的反應(yīng)特性上卻可以明顯區(qū)分開來，提示痛覺和癢覺分別由PL區(qū)兩群不同的神經(jīng)元編碼和處理。利用領(lǐng)域內(nèi)廣泛認(rèn)可的面頰部模型，結(jié)合超微型顯微鏡鈣成像，本工作進(jìn)一步證實(shí)了痛癢覺信息在不同的皮層神經(jīng)元集群分類表征處理的論斷。

?????本研究進(jìn)一步利用活性細(xì)胞群的靶向標(biāo)記和操控技術(shù)闡明了急性痛或急性癢特異性標(biāo)記的神經(jīng)元集群對(duì)小鼠痛癢覺行為的雙向調(diào)控作用。相關(guān)結(jié)果表明PL存在兩個(gè)分離的神經(jīng)元集群可以獨(dú)立表征痛覺和癢覺，并且它們以相反的方式調(diào)控疼痛和瘙癢的行為輸出。研究人員繪制了PL區(qū)疼痛與瘙癢激活的兩類神經(jīng)元集群的全腦輸入輸出投射圖譜，進(jìn)一步闡明這兩類神經(jīng)元集群的異質(zhì)性特點(diǎn)并探討其調(diào)控痛癢覺行為的神經(jīng)環(huán)路。

?????實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，這兩類神經(jīng)元集群接受的輸入在部分腦區(qū)存在顯著的差異。同樣，兩者的輸出環(huán)路也不盡相同。研究人員進(jìn)一步利用投射特異的化學(xué)遺傳學(xué)操控，證明PL至背內(nèi)側(cè)丘腦投射可以負(fù)向調(diào)節(jié)疼痛行為，而PL至基底外側(cè)杏仁核投射則正向調(diào)控瘙癢相關(guān)的感覺和情緒行為。

?????綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)揭示了PL不同的神經(jīng)元集群對(duì)痛覺和癢覺的分離表征，并從解剖位置、功能特性、全腦連接網(wǎng)絡(luò)、對(duì)痛/癢刺激的反應(yīng)規(guī)律以及行為學(xué)輸出等不同的層面解析了痛覺與癢覺激活的皮層神經(jīng)元的異質(zhì)性特點(diǎn)。這種不同層次異質(zhì)性的存在奠定了痛覺和癢覺在同一部位區(qū)別加工處理的物質(zhì)基礎(chǔ)。

????本研究成果為最終闡明痛癢覺分類編碼進(jìn)而導(dǎo)致不同感受體驗(yàn)的神經(jīng)機(jī)制提供了新知識(shí)，為理解大腦中的體感信息處理構(gòu)建了新的理論框架，也為疼痛或瘙癢異常相關(guān)的疾病治療提供了新思路。

????上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士研究生潘倩、上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士研究生郭素珊和上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副研究員陳明（現(xiàn)為復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)研究院研究員）為文章的共同第一作者。上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院胡霽研究員、上海交通大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院劉明剛研究員和徐天樂教授為文章的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目、科技創(chuàng)新2030-腦科學(xué)與類腦研究重大項(xiàng)目、上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)、上海市教委創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的支持。該研究還得到了中科院生物物理研究所王曉群教授等的合作支持。

?論文鏈接：

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00342-2