一项新研究揭示，疼痛和瘙痒在前扣带皮层（ACC）中由不同的神经回路处理。研究人员发现了两类神经元：一类对两种刺激均有反应，另一类则选择性地被疼痛或瘙痒激活。通过先进的突触分析和化学遗传学技术，他们发现这些神经元分别接收来自内侧背侧丘脑（MD）的不同输入。这一发现挑战了长期以来认为疼痛和瘙痒共享相同神经通路的观点，为大脑如何区分这两种感觉提供了新的见解。

关键发现

1. 独立的神经通路：疼痛和瘙痒在ACC中由不同的神经元群体处理。

2. 选择性神经元激活：部分神经元对两种刺激均有反应，而另一部分则对特定刺激选择性地激活。

3. 治疗潜力：理解这些回路可能有助于开发针对慢性疼痛和瘙痒障碍的治疗方法。

研究背景

疼痛和瘙痒都是令人不悦的感觉，但它们引发不同的反应——疼痛通常导致退缩，而瘙痒则引发抓挠。尽管这两种感觉从脊髓到大脑的神经通路有重叠，但科学家一直难以理解大脑如何分别处理它们。疼痛和瘙痒的刺激从脊髓传递到丘脑和脑干，最终到达ACC。ACC是一个关键脑区，涉及从基本感觉处理到高级认知的多种功能。然而，关于ACC中有限数量的神经元如何执行如此多样化的功能，目前仍缺乏全面的理解。

研究方法与发现

研究团队通过分析ACC神经元对疼痛和瘙痒刺激的反应模式，识别出两类不同的神经元群体：

1. 非选择性神经元：对疼痛和瘙痒刺激均有反应。

2. 刺激特异性神经元：选择性地被疼痛或瘙痒刺激激活。

此外，研究团队利用双eGRASP技术（一种由Kaang团队开发的先进突触分析方法）发现，ACC中的刺激特异性神经元从内侧背侧丘脑（MD）接收不同的突触输入。这一发现表明，疼痛和瘙痒在ACC中由独立的神经元群体处理，这些群体接收不同的突触输入，为疼痛和瘙痒处理的神经机制提供了基础性见解。

为了进一步验证这些神经元的作用，研究团队使用化学遗传学技术选择性地抑制疼痛特异性或瘙痒特异性神经元。结果显示，抑制疼痛神经元会减少疼痛感知而不影响瘙痒，反之亦然。这一发现表明，这些神经元在塑造我们对疼痛和瘙痒的体验中起着直接作用。

研究意义

这项研究提出了一个突破性发现：ACC神经元在处理疼痛或瘙痒中的作用是预先确定的。重要的是，研究表明，ACC中的疼痛和瘙痒特异性神经元与MD中相应的刺激特异性神经元突触配对，建立了独立的疼痛和瘙痒处理神经回路。这些发现挑战了疼痛和瘙痒信号遵循重叠通路的传统假设，突出了每种感觉的独立神经机制。

鉴于ACC已知介导疼痛和瘙痒的情感方面，这项研究表明，独立的神经元群体负责编码疼痛和瘙痒的主观体验。基于这些发现，研究团队计划进一步研究大脑的复杂感觉处理机制。

专家评论

通讯作者KAANG Bong-Kiun表示：“ACC不仅是记忆存储的重要脑区，还负责处理疼痛和冲突等高级情绪。通过这项研究，我们在突触水平上对情绪记忆的理解又迈进了一步。”
共同通讯作者兼第一作者KO Hyoung-Gon评论道：“我对这些疼痛和瘙痒选择性神经回路在病理条件下的变化特别感兴趣。接下来，我们计划扩展研究，探索这些回路之间的相互作用。”

研究来源

作者：William Suh
机构：基础科学研究院（IBS）
论文：开放获取
标题：Processing of pain and itch information by modality-specific neurons within the anterior cingulate cortex in mice
期刊：Nature Communications

总结

这项研究揭示了大脑如何通过独立的神经回路区分疼痛和瘙痒，为理解这两种感觉的神经机制提供了新的视角，并为开发针对慢性疼痛和瘙痒障碍的治疗方法奠定了基础。