多通道光纖記錄系統(tǒng)在揭示面部痛覺感受和觸摸介導鎮(zhèn)痛新機制中的應用

當身體的某個部位在受到傷害感到疼痛時，我們會本能地對它進行揉搓或按摩，以此減輕疼痛程度，這種現(xiàn)象被稱為觸摸介導的鎮(zhèn)痛，這也是“閘門學說”形成的理論基礎。對于觸摸介導的鎮(zhèn)痛機制，已有的研究認為，脊髓中的廣動力范圍（wide dynamic range, WDR）神經(jīng)元能夠同時接受來自脊髓背角的觸摸和傷害性信號輸入，可能是觸摸介導鎮(zhèn)痛的基礎。而進一步在人身上的研究則表明，觸摸介導的鎮(zhèn)痛機制不止存在于脊髓層面，還與脊髓之上的大腦環(huán)路有關，包括大腦皮質等一些區(qū)域，然而目前尚不清楚哪些皮質區(qū)域會受到影響。

2022年11月16日，來自麻省理工學院麥戈文腦科學研究所的王帆教授團隊在Science Advances雜志上發(fā)表題為“Somatosensory cortical signature of facial nociception and vibrotactile touch–induced analgesia”的文章，在該研究中，作者觀察到小鼠胡須拂動產(chǎn)生觸覺信號能夠顯著緩解面部疼痛，而阻斷這一觸覺信號傳遞所依賴的丘腦到桶狀皮層（barrel cortex, S1B）環(huán)路，則導致該疼痛緩解作用消失。通過對S1B神經(jīng)元的鈣信號進行分析，作者發(fā)現(xiàn)胡須拂動改變了S1B神經(jīng)元對痛覺信號的處理，并推動由傷害性刺激引起的神經(jīng)狀態(tài)向非傷害性的行為結果過渡。該研究表明，S1B整合了面部觸覺和痛覺信號，實現(xiàn)了觸摸介導的鎮(zhèn)痛。
 

振動觸覺信息主要由初級軀體感覺皮層（somatosensory cortex, S1）處理，但S1在痛覺中的確切作用仍有爭議。嚙齒類動物利用胡須作為它們面部主要的觸覺傳感器。在探索環(huán)境的過程中，嚙齒類動物會通過不同頻率的來回移動它們的胡須（這一過程被稱為“拂動”）來收集不同環(huán)境下的感官信息。眾所周知，S1B能夠專門處理小鼠胡須產(chǎn)生的觸覺信息，比如胡須接觸到的物體的位置、大小和紋理等。相對而言，對于S1B是否以及如何處理面部的痛覺信息目前仍然知之甚少。

為了建立一個嚙齒類動物的觸覺鎮(zhèn)痛模型，作者假設，小鼠胡須拂動可能會本能地抑制面部在急性有害刺激下的痛覺感受，如果是這樣，這將提供一個模型來研究S1B在觸摸、痛覺以及它們相互作用的機制。在該研究中，作者驗證了這一假設：小鼠自發(fā)的胡須拂動可以抑制其胡須皮墊對傷害性的熱或機械刺激的痛覺感受，該痛覺抑制需要依賴胡須的存在，剔除胡須后單純的面部肌肉運動無法緩解疼痛，表明胡須拂動產(chǎn)生的觸覺信號對于面部痛覺的緩解十分關鍵�？紤]到S1B是專門處理胡須觸覺信息的腦區(qū)，而該區(qū)域是否能夠感知痛覺信號仍然未知，因此作者利用寬場鈣成像技術對小鼠大腦皮質表面進行了成像，證實S1B能夠被相關的傷害性刺激所激活，表明S1B同樣能夠感知面部的痛覺信號。
 

圖1.小鼠自發(fā)胡須拂動能夠抑制其面部痛覺感受
 

圖2. VPM^Ntng1神經(jīng)元主要向S1B傳遞觸覺信號，而非傷害性信號

圖3.胡須拂動能夠降低S1B神經(jīng)元對熱和機械刺激的反應

綜上，該研究建立了一個觸摸介導的痛覺抑制的行為模型。利用該模型，作者證實小鼠自發(fā)的胡須拂動所產(chǎn)生的觸覺信號可以減少面部的痛覺感受，這一效應依賴于觸覺信號傳遞的VPM^ntng1- S1B通路。進一步的研究結果表明，胡須拂動使得S1B神經(jīng)元對痛覺信號響應降低，促使其動力學特征向非疼痛狀態(tài)轉變，從而抑制疼痛反應。該研究結果支持S1B神經(jīng)元對面部痛覺信號的感知，以及通過整合觸覺和痛覺信號來緩解疼痛的作用。

研究方法亮點
這項工作揭示了S1B神經(jīng)元在面部痛覺感受以及觸摸介導鎮(zhèn)痛中的作用。研究用到了腦立體定位手術、光纖記錄、化學遺傳學、在體鈣成像、免疫組化以及行為學評估等實驗技術。瑞沃德深耕生命科學研究領域20年，一直致力于為客戶提供可信賴的解決方案和服務。在該研究中，研究人員采用了瑞沃德公司生產(chǎn)的光纖記錄系統(tǒng)，為實驗的順利開展提供了助力。此外，瑞沃德還可提供該研究所涉及的腦立體定位手術、化學遺傳學、在體鈣成像、免疫組化以及行為學評估等實驗的完整解決方案。截至目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務覆蓋海內外100多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球700+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認可。
 

論文原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn6530