从岛叶皮层向外侧副脑桥核投射的神经纤维能够促进大鼠的避险行为（即逃避伤害的行为）

《PAIN》：Descending projections from the insular cortex to the lateral parabrachial nucleus facilitate nocifensive behaviors in rats

疼痛信号通过岛叶至外侧下丘脑的下行投射增强谷氨酸能神经元活动，降低头 withdrawal反射阈值并促进面部擦拭行为。光遗传学证实IC→LPBN的兴奋性输入通过调节Glu-nonAch和Glu-Ach神经元动力学参与疼痛调制。

　　### 解读：大脑中面部疼痛处理的神经机制

在神经科学领域，疼痛的感知和反应涉及复杂的神经网络。本文探讨了面部疼痛处理中的一个关键环节，即来自大脑皮层的信号如何通过特定的神经通路传递至大脑中继核，并最终影响疼痛行为。研究重点是**小脑皮层（insular cortex, IC）**到**外侧延髓旁束核（lateral parabrachial nucleus, LPBN）**的神经连接，以及这些连接在调节面部疼痛中的作用。

#### 神经通路的结构与功能

延髓旁束核（PBN）是一个多核结构，其中包括外侧延髓旁束核（LPBN）、内侧延髓旁束核（MPBN）以及K?lliker–Fuse核（KFN）。LPBN是面部疼痛信息处理的重要节点，它接收来自**三叉神经脊髓束的尾端（trigeminal spinal subnucleus caudalis, Sp5C）**的伤害性输入，并将这些信息传递至更高级的大脑区域，如**中央杏仁核（central amygdala, CeA）**、**内侧丘脑核（intralaminar thalamic nucleus）**和**岛叶皮层（IC）**。这一结构表明，LPBN在面部疼痛处理中起着桥梁作用，将感觉信息传递至大脑的多个区域，从而影响疼痛反应。

研究进一步将LPBN中的神经元分为四种类型：**谷氨酸能非胆碱能（Glu-nonAch）**、**GABA能非胆碱能（GABA-nonAch）**、**谷氨酸能胆碱能（Glu-Ach）**和**GABA能胆碱能（GABA-Ach）**。其中，**Glu-nonAch**和**Glu-Ach**神经元投射至CeA，表明它们在面部疼痛的调控中起关键作用。研究还通过**c-Fos免疫组化**（一种标记神经元活动的手段）观察到，所有类型的神经元在注射辣椒素（capsaicin）后都表现出活跃的特征，这说明LPBN对来自面部的伤害性刺激有广泛的反应能力。

#### 神经元的电生理特性

研究采用**全细胞膜片钳记录**和**光遗传学技术**，以分析不同类型的神经元对来自Sp5C和IC的输入反应。结果显示，**Glu-nonAch**神经元对Sp5C的激活主要表现出**快速的兴奋性突触后电流（pEPSCs）**，而**IC的激活则在所有神经元类型中都引发了pEPSCs**。其中，**Glu-Ach**神经元表现出更大的**电荷传递**和更慢的**时间动力学**，这可能意味着它们在传递更持久的兴奋信号方面具有优势。相反，**GABA-nonAch**神经元表现出更小的电荷传递和更短的时间动力学，这表明它们可能在抑制信号传递中起作用。

此外，研究还发现，当IC输入被激活时，**Glu-nonAch**神经元中出现了**相位锁定的动作电位**，这表明IC输入可能通过增强这些神经元的兴奋性，进一步放大了疼痛信号的传递。这种现象在**Glu-Ach**神经元中也有所体现，但其表现形式略有不同。

#### 神经输入对疼痛行为的影响

通过行为实验，研究进一步验证了IC→LPBN连接在调节面部疼痛中的作用。当**辣椒素被注射到胡须垫**后，**面部擦拭行为（face-wiping behavior）**显著增加，尤其是在激活IC→LPBN连接的情况下。这一行为被认为是面部疼痛的典型表现之一，因此，IC的激活增强了疼痛反应。同时，**头部撤回反射阈值（head-withdrawal reflex threshold, HWT）**也有所降低，说明IC输入可能降低了疼痛的感知阈值，使动物更容易对疼痛刺激作出反应。

#### 不同神经元类型的反应差异

研究还发现，**GABA-nonAch**神经元对IC输入的反应不如**Glu-Ach**和**GABA-Ach**神经元显著。这一差异可能与不同神经元类型的电生理特性有关。例如，**Glu-Ach**神经元表现出更慢的**pEPSC时间动力学**，这意味着它们能够更长时间地维持兴奋状态，从而对疼痛信号产生更强的放大效应。相反，**GABA-nonAch**神经元由于时间动力学较短，可能在传递疼痛信号时效率较低，导致其对疼痛的调节作用有限。

#### 神经递质与突触传递的机制

研究还探讨了不同神经元类型对**GABA受体**和**谷氨酸受体**的表达差异，这可能影响它们对疼痛信号的处理能力。例如，**Glu-Ach**神经元可能通过表达特定的**AMPA受体亚基**（如GluA2/3）而表现出更慢的pEPSC时间动力学。此外，**GABA-nonAch**神经元可能在突触位置上更靠近细胞体，导致其对疼痛信号的响应更迅速，但传递的信号强度较低。

这些发现表明，不同类型的神经元在面部疼痛处理中可能扮演不同的角色。例如，**Glu-nonAch**神经元可能主要负责传递疼痛信号，而**Glu-Ach**神经元则可能通过更长的信号持续时间增强疼痛反应。同时，**GABAergic**神经元可能起到抑制作用，限制疼痛信号的传播。

#### 神经元的电生理特性与行为反应的关系

研究通过**膜片钳记录**和**光遗传学激活**，揭示了不同神经元类型在面对疼痛刺激时的电生理反应。例如，**Glu-nonAch**神经元在受到Sp5C的激活后表现出明显的**pEPSC**，而**Glu-Ach**神经元则表现出更大的电荷传递和更慢的反应时间。这些特性可能与它们在疼痛信号传递中的功能有关，即**Glu-Ach**神经元可能在传递更强烈的疼痛信号时具有优势。

同时，**IC**的激活不仅影响了**Glu-nonAch**神经元，还增强了它们的**重复放电能力**，这可能与疼痛反应的持续性有关。此外，**GABAergic**神经元虽然在LPBN中数量较少，但它们的**pEPSC**和**pIPSC**的反应时间也表明它们在调节疼痛信号传递方面可能发挥一定作用。

#### 潜在的神经机制与临床意义

研究还提出了一些可能的机制，以解释不同神经元类型对疼痛信号的反应差异。例如，**Glu-Ach**神经元可能通过**AMPA受体的表达差异**，表现出更慢的突触后电流动力学。此外，**GABA-nonAch**神经元可能由于其突触位置更靠近细胞体，导致其对疼痛信号的响应更迅速，但传递的信号强度较低。

这些发现不仅加深了我们对**面部疼痛处理机制**的理解，还为**疼痛调控**提供了新的视角。例如，**IC→LPBN**的连接可能通过增强兴奋性神经元的活动，促进疼痛反应，而**GABAergic**神经元可能通过抑制机制调节疼痛信号的强度。这种双向调控机制可能在**慢性疼痛**或**疼痛性疾病**中具有重要意义。

#### 未来研究方向

尽管本研究提供了重要的证据，但仍然存在一些未解的问题。例如，**不同神经元类型之间的相互作用**如何影响疼痛信号的传递？**GABAergic**神经元是否在某些情况下可能促进疼痛反应？此外，**IC**和**Sp5C**之间的**双向连接**是否对疼痛的调节具有重要影响？这些问题需要进一步的研究来解答。

总之，本文通过详细的电生理和行为实验，揭示了**IC→LPBN**连接在面部疼痛处理中的重要作用。研究结果表明，**Glu-Ach**神经元可能在传递更强烈的疼痛信号方面具有优势，而**GABA-nonAch**神经元则可能起到抑制作用。这些发现为理解疼痛调控机制提供了新的视角，并可能为开发新的疼痛治疗策略提供理论依据。