王锦琰等人权威杂志再发痛觉研究新成果

　　

生物通综合：来自中科院心理所的最新消息，由中科院心理所王锦琰副研究员和罗非研究员等人的一项研究揭示，痛觉的产生是由一定空间和时间上神经网络的活动模式来表现的。该研究成果发表于近期的《神经科学通讯》（Neuroscience  Letters）上。

疼痛是一种多维度现象，它在大脑中激活的是神经网络，而不是零星的脑区。人们越来越多的认识到，脊髓以上水平的脑机制在疼痛的表达和调节过程中发挥着重要作用。大量研究表明，痛觉的产生涉及丘脑、大脑皮层以及边缘系统在内广泛的神经网络的激活。但是在痛觉信息加工过程中，神经网络活动的时间特性并不清楚。

 

这项研究利用多通道同步记录电生理技术记录了清醒大鼠脑内多个部位神经元的放电活动，包括初级躯体感觉皮层(SI)、前扣带皮层(ACC)、丘脑束旁核(Pf)和丘脑腹后外侧核(VP)。通过在大鼠足底皮肤施加短暂的伤害性和非伤害性电刺激引起上述神经核团的放电。通过比较神经元对刺激产生的伤害性和非伤害性反应的差异以神经元反应百分比的差异，在秒水平和毫秒水平两种时间尺度上改变计算窗口的大小来分析神经元群对痛与非痛两种刺激的分辨反应。

 

研究者还使用判别分析方法来寻找与不同感觉刺激相关的神经元群活动的不同模式，进而估计某一特定脑区的神经元群区分痛与非痛刺激的能力。

研究结果表明，神经元群分辨两种刺激的能力随着分析窗口的大小和位置的变化而改变，即负载最多分辨信息的脉冲序列可能出现在刺激后的特定时间范围内。因此，神经元群的最大反应只能用特定的窗宽和在某一特定的刺激后时间上得到。

 

此外，神经元群的分辨反应是随时间动态变化的，表明痛觉信息的编码是不连续的。进一步的分析表明，中枢对痛觉信息的编码时程并不依赖于原始的短暂刺激(几十毫秒)，而是可以在丘脑－皮层环路中保持相对较长的时间(3-4秒)。

 

通过分析毫秒级水平的移动窗口数据，研究者发现在各个记录脑区存在许多集中的“分辨点”(负载信息的特定长度的神经元群所发放的脉冲序列)，能够很好的区分痛觉信息和非痛觉信息，这些“分辨点”随时间的变化在刺激后离散地分布着；并且，大脑神经元区分痛与非痛信息的最小脉冲序列长度为40毫秒。

在自然界中，在时间上精确分辨自然刺激对于物种的生存和繁衍是至关重要的。显然，在刺激后早期阶段将痛觉信息从各种触觉信息中区分出来具有重要的生理学意义，它促使我们及时逃避伤害，从而有效地保护机体。

 

去年，王锦琰、罗非等人在《Synapse》杂志上发表的文章揭示了疼痛的反馈调节机制的特性。王锦琰、罗非等人通过观察与疼痛相关的信息流和丘脑－皮层通路中的神经元的相互联系研究了疼痛过程中皮层和丘脑在功能上的相互作用。研究者将微电极阵列植入大鼠四个不同的脑区：初级躯体感觉皮层(SI)，前扣带回皮层(ACC)，丘脑腹后核(VP)和丘脑背内侧核(MD)，在大鼠清醒状态下，给后肢足底施加辐射热伤害性刺激。结果显示，在上述四个脑区记录到大量的反应神经元。研究者运用先进的生物信息分析手段——定向相干分析揭示了在伤害性刺激后脑内神经信息流的改变，即从皮层(SI)到丘脑(VP)的信息量显著增多，这表明在疼痛编码过程中皮层对丘脑神经元有自上而下的影响。

 

同时，交互相关分析显示，在疼痛刺激下皮层和丘脑神经元之间的联系显著增强，更为重要的是，皮层神经元先于丘脑神经元放电，这与定向相干分析的结果非常的一致。基于以上发现，王锦琰，罗非等人提出，痛觉信息在脑内传递的过程中是受到皮层－丘脑反馈机制调节的，这种调节主要体现在在疼痛的感觉(而非情绪)通路上。这项研究对于认识疼痛的中枢调节机制作出了重要贡献，对于痛觉的形成和治疗具有重要的理论和临床意义。（生物通）