瘙痒表征和感知的神经机制研究进展

来源：脑科学与智能技术卓越创新中心2021-12-08 08:24

最近，名为《痒觉、机械觉和温度觉在初级躯体感觉皮层的复合化表征》和《初级躯体感觉皮层神经元的点燃式发放编码痒觉感知》的研究论文分别在线发表在《神经科学杂志》和《国家科学评论》上。该研究由中国科学院脑科学与智能技术创新卓越中心(神经科学研究所)、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与

近日，《神经科学杂志》和《国家科学评论》分别在线发表了题为《痒觉、机械觉和温度觉在初级躯体感觉皮层的复合化表征》和《初级躯体感觉皮层神经元的点燃式发放编码痒觉感知》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)研究员、神经科学国家重点实验室孙彦刚课题组和上海脑科学与类脑研究中心研究员徐宁龙课题组共同完成。通过体内双光子钙成像技术，分析了瘙痒等身体感觉在初级身体感觉皮层的表征机制，揭示了瘙痒感知的神经机制。该研究探索了自由活动动物皮层瘙痒感知的编码机制，为进一步理解大脑皮层体感信息的加工和整合机制提供了重要依据。

感觉对生理功能的正常执行非常重要，包括不同的感觉形式，如疼痛、温度和触觉。上述躯体感觉的神经机制研究是医学和神经科学领域的研究热点，但多模态躯体感觉的编码机制仍不清楚。此外，瘙痒感作为躯体感觉的一种形式，是机体重要的保护机制，但瘙痒感在大脑中的表征机制尚不清楚。

在体感研究领域，以往的研究发现，外周传入神经元对不同的体感刺激表现出复杂的反应特征，而大多数脊髓神经元可以同时被温度感、触觉、瘙痒感和痛觉等体感刺激激活。神经系统如何区分不同模式的体感感觉？大多数研究者认为，大脑皮层是区分不同体感区域的重要结构，其中初级体感皮层是最可能的部位之一。但由于以往研究缺乏单细胞分辨率或记录的神经元样本量较小，在初级体感皮层的神经元群体水平上，不同的体感模式是如何被解码的尚不清楚。此外，对大脑瘙痒感觉编码机制的研究大多在麻醉动物中进行。在这种情况下，动物无法通过抓挠行为报告痒感，因此初级体感皮层能否编码痒感，以及如何编码痒感还需要进一步探索。

为了回答初级体感皮层是如何编码不同模式的体感信息的问题，脑与智能卓越中心的研究人员在给予实验小鼠瘙痒、触摸或温度感觉刺激的同时，利用体内双光子钙成像技术记录了初级体感皮层神经元的活动。研究发现，一些初级体感皮层神经元可以稳定地对触觉刺激或热刺激做出反应。通过建立能够精确控制感觉输入的光诱导瘙痒模型，研究人员发现初级体感皮层的神经元编码瘙痒的时空特征和强度信息。此外，研究人员记录了同一组初级体感皮层神经元，并随机给予小鼠瘙痒、触摸和热刺激。发现不同的体感刺激模式激活了大部分重叠的初级体感皮层神经元。研究人员解码并分析了初级体感皮层神经元的群体活动，发现初级体感皮层的神经元群体编码了足够的信息，可以区分不同的体感模式。

为了分析自然状态下初级体感皮层瘙痒感知的表征机制，研究人员利用新型微型双光子显微镜对自由活动小鼠进行单细胞分辨率的钙成像。研究发现，部分初级体感皮层神经元在瘙痒诱导的抓挠行为前活动增强，抓挠前一定百分比神经元的钙离子活动可预测后续行为的发生，提示这些初级体感皮层神经元编码瘙痒感知。利用对光诱导瘙痒输入的精确操作，研究人员探索了瘙痒感知阈值附近初级体感皮层神经元的活动模式，发现一小部分记录的神经元在瘙痒感知阈值上表现出“点燃”模式。

这两项研究阐述了初级躯体感觉皮层中不同躯体感觉模式的表征方式，为进一步理解皮层中多模态感觉信息的加工和整合机制提供了思路。揭示了初级体感皮层瘙痒感知的编码机制，为在单细胞水平上研究自由活动动物瘙痒感知的神经回路机制开辟了道路。此外，我们工作中建立的新的光诱导瘙痒感觉模型为瘙痒感觉研究提供了重要的方法学基础。(100yiyao.com)

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