你為什么會癢？中科院研究揭示癢覺表征和感知的神經機制

　　你為什么會癢？中科院研究揭示癢覺表征和感知的神經機制2021年10月29日和12月3日，《The Journal of Neuroscience》和《National Science Review》期刊分別在線發表了題為《癢覺、機械覺和溫度覺在初級軀體感覺皮層的復合化表征》和《初級軀體感覺皮層神經元的點燃式發放編碼癢覺感知》的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、神經科學國家重點實驗室、上海腦科學與類腦研究中心孫衍剛研究組與徐寧龍研究組合作完成。

　　這兩項研究通過在體雙光子鈣成像技術，解析了癢覺等軀體感覺在初級軀體感覺皮層的表征機制，同時揭示了癢覺感知的神經機制。此研究在自由活動的動物中探究了皮層對癢覺感知的編碼機制，也為深入理解大腦皮層對軀體感覺信息的處理和整合機制提供了重要基礎。

　　軀體感覺對很多生理功能的正常執行至關重要，它包括不同的感覺模態，比如痛覺、溫度覺、觸覺等等。對這些軀體感覺神經機制的研究一直是醫學和神經科學領域的研究熱點之一，但是多模態軀體感覺的編碼機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的癢覺，是機體一種重要的保護機制，然而癢覺感知在大腦的表征機制也尚不明確。

　　在軀體感覺研究領域，前人研究發現外周傳入神經元對不同軀體感覺刺激表現出復雜的反應特性，而大多脊髓神經元又能夠同時被溫度覺、觸覺、癢覺和痛覺等軀體感覺刺激激活，這些結果使得我們對神經系統如何區分不同模態的軀體感覺有了更多疑惑。多數研究者認為大腦皮層是實現不同軀體感覺之間區分的重要結構，其中初級軀體感覺皮層是最可能的位點之一。然而，由于前人在這方面的研究受限于缺乏單細胞分辨率或者記錄神經元的樣本量偏小等因素，不同軀體感覺模態是如何在初級軀體感覺皮層的神經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制的研究大多在麻醉的動物中進行，這種情況下動物無法通過抓撓行為報告對癢覺的感知，因此初級軀體感覺皮層能否編碼以及如何編碼癢覺感知還有待進一步探究。

　　為了回答初級軀體感覺皮層如何編碼不同模態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驗小鼠癢覺、觸覺或溫度覺刺激的同時利用在體雙光子鈣成像技術記錄了初級軀體感覺皮層神經元的活動。

　　研究發現，部分初級軀體感覺皮層神經元能夠穩定地響應觸覺刺激或熱刺激。通過建立一種光遺傳誘導的精確控制感覺輸入的癢覺模型，研究人員發現初級軀體感覺皮層神經元編碼癢覺的時空特性和強度信息。進一步，研究人員在記錄同一群初級軀體感覺皮層神經元的同時隨機給予小鼠癢覺、觸覺和熱刺激，發現不同模態的軀體感覺刺激激活了很大比例上重合的初級軀體感覺皮層神經元。研究人員對初級軀體感覺皮層神經元的群體活動進行了解碼分析，發現初級軀體感覺皮層的神經元群體編碼足夠多的信息可以區分不同模態的軀體感覺。

　　圖注（A）自由活動的小鼠中同時進行鈣成像和抓撓行為記錄的示意圖。（B）微型雙光子顯微鏡示意圖。（C）雙光子采集的初級軀體感覺皮層神經元圖像。（D）對閾值癢覺刺激的兩類初級軀體感覺皮層神經元的反應模式。（E）“點燃”式發放模式的初級軀體感覺皮層神經元。另一方面，為了解析自然狀態下癢覺感知在初級軀體感覺皮層的表征機制，研究人員利用一種新型的微型雙光子顯微鏡在自由活動的小鼠中進行單細胞分辨率的鈣成像。研究發現部分初級軀體感覺皮層神經元在癢覺誘發的抓撓行為起始前活性上升，并且一定比例的神經元在抓撓起始前的鈣活動可以預測后續行為的發生，提示這群初級軀體感覺皮層神經元編碼癢覺感知。利用光遺傳誘導的癢覺輸入精確操控方式，研究人員探究了初級軀體感覺皮層神經元在癢覺感知閾值附近的活動模式，發現一小群記錄到的神經元在癢覺閾值上表現出“點燃”式的發放模式。

　　這兩項工作一方面闡述了不同模態的軀體感覺在初級軀體感覺皮層的表征模式，為進一步理解多模態感覺信息在皮層的處理和整合機制提供了思路。另一方面揭示了初級軀體感覺皮層對癢覺感知的編碼機制，為在自由活動的動物中研究癢覺感知的單細胞層面的神經環路機制開辟了道路。同時，此工作中建立的光遺傳誘導的新型癢覺模型也為癢覺研究提供了重要的方法學基礎。

　　這兩項工作主要由博士研究生陳孝軍在孫衍剛研究員與徐寧龍研究員的指導下完成，徐寧龍課題組的博士研究生劉彥和也做出了重要貢獻。本工作得到中科院、基金委以及上海市的資助。

　　來源：澎湃新聞