人們是怎么感覺到癢的？這個(gè)看似容易的問題，困擾了生命科學(xué)家很長(zhǎng)時(shí)間。最近，來自中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心的孫衍剛研究組與徐寧龍研究組，通過兩項(xiàng)研究成功解析了癢覺等軀體感覺在初級(jí)軀體感覺皮層的表征機(jī)制，同時(shí)揭示了癢覺感知的神經(jīng)機(jī)制。這一研究在自由活動(dòng)的動(dòng)物中探究了皮層對(duì)癢覺感知的編碼機(jī)制，也為深入理解大腦皮層對(duì)軀體感覺信息的處理和整合機(jī)制提供了重要基礎(chǔ)。相關(guān)成果發(fā)表在了《神經(jīng)科學(xué)雜志》和《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》上。
軀體感覺對(duì)很多生理功能的正常執(zhí)行至關(guān)重要，它包括不同的感覺模態(tài)，比如痛覺、溫度覺、觸覺等等。對(duì)這些軀體感覺神經(jīng)機(jī)制的研究一直是醫(yī)學(xué)和神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，但是多模態(tài)軀體感覺的編碼機(jī)制在很大程度上還不清楚。另一方面，作為軀體感覺一種模態(tài)的癢覺，是機(jī)體一種重要的保護(hù)機(jī)制，然而癢覺感知在大腦的表征機(jī)制也尚不明確。
在軀體感覺研究領(lǐng)域，前人研究發(fā)現(xiàn)外周傳入神經(jīng)元對(duì)不同軀體感覺刺激表現(xiàn)出復(fù)雜的反應(yīng)特性，而大多脊髓神經(jīng)元又能夠同時(shí)被溫度覺、觸覺、癢覺和痛覺等軀體感覺刺激激活，這些結(jié)果使得科學(xué)家們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)如何區(qū)分不同模態(tài)的軀體感覺有了更多疑惑——
多數(shù)研究者認(rèn)為大腦皮層是實(shí)現(xiàn)不同軀體感覺之間區(qū)分的重要結(jié)構(gòu)，其中初級(jí)軀體感覺皮層是最可能的位點(diǎn)之一。然而，由于前人在這方面的研究受限于缺乏單細(xì)胞分辨率或者記錄神經(jīng)元的樣本量偏小等因素，不同軀體感覺模態(tài)是如何在初級(jí)軀體感覺皮層的神經(jīng)元群體水平被解碼的尚不清楚。另一方面，癢覺在大腦中編碼機(jī)制的研究大多在麻醉的動(dòng)物中進(jìn)行，這種情況下動(dòng)物無法通過抓撓行為報(bào)告對(duì)癢覺的感知，因此初級(jí)軀體感覺皮層能否編碼以及如何編碼癢覺感知還有待進(jìn)一步探究。
為了回答初級(jí)軀體感覺皮層如何編碼不同模態(tài)的軀體感覺信息的問題，中科院腦智卓越中心研究人員在給予實(shí)驗(yàn)小鼠癢覺、觸覺或溫度覺刺激的同時(shí)利用在體雙光子鈣成像技術(shù)記錄了初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元的活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，部分初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元能夠穩(wěn)定地響應(yīng)觸覺刺激或熱刺激。通過建立一種光遺傳誘導(dǎo)的精確控制感覺輸入的癢覺模型，研究人員發(fā)現(xiàn)初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元編碼癢覺的時(shí)空特性和強(qiáng)度信息。進(jìn)一步，研究人員在記錄同一群初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元的同時(shí)隨機(jī)給予小鼠癢覺、觸覺和熱刺激，發(fā)現(xiàn)不同模態(tài)的軀體感覺刺激激活了很大比例上重合的初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元。研究人員對(duì)初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元的群體活動(dòng)進(jìn)行了解碼分析，發(fā)現(xiàn)初級(jí)軀體感覺皮層的神經(jīng)元群體編碼足夠多的信息可以區(qū)分不同模態(tài)的軀體感覺。
另一方面，為了解析自然狀態(tài)下癢覺感知在初級(jí)軀體感覺皮層的表征機(jī)制，研究人員利用一種新型的微型雙光子顯微鏡在自由活動(dòng)的小鼠中進(jìn)行單細(xì)胞分辨率的鈣成像。研究發(fā)現(xiàn)部分初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元在癢覺誘發(fā)的抓撓行為起始前活性上升，并且一定比例的神經(jīng)元在抓撓起始前的鈣活動(dòng)可以預(yù)測(cè)后續(xù)行為的發(fā)生，提示這群初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元編碼癢覺感知。利用光遺傳誘導(dǎo)的癢覺輸入精確操控方式，研究人員探究了初級(jí)軀體感覺皮層神經(jīng)元在癢覺感知閾值附近的活動(dòng)模式，發(fā)現(xiàn)一小群記錄到的神經(jīng)元在癢覺閾值上表現(xiàn)出“點(diǎn)燃”式的發(fā)放模式。
這兩項(xiàng)工作一方面闡述了不同模態(tài)的軀體感覺在初級(jí)軀體感覺皮層的表征模式，為進(jìn)一步理解多模態(tài)感覺信息在皮層的處理和整合機(jī)制提供了思路。另一方面揭示了初級(jí)軀體感覺皮層對(duì)癢覺感知的編碼機(jī)制，為在自由活動(dòng)的動(dòng)物中研究癢覺感知的單細(xì)胞層面的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制開辟了道路。同時(shí)，此工作中建立的光遺傳誘導(dǎo)的新型癢覺模型也為癢覺研究提供了重要的方法學(xué)基礎(chǔ)。
新民晚報(bào)記者 郜陽(yáng)
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