国产之光fMOST助力美国科学家揭示疼痛抑制多巴胺释放的神经环路

中脑腹侧被盖区（VTA）脑区多巴胺神经元主要负责奖赏行为和动机行为。目前也有研究表明它也参与调控负面情绪。在急性疼痛刺激后引起VTA脑区多巴胺神经元活性降低，在缓解疼痛增加大脑多巴胺水平。

一般来说，多巴胺能神经元对不可预测的刺激表现出高度重复、短潜伏期 (

在大脑中存在一个主要的上行痛觉通路：起始于脊髓背角，终止于臂旁外侧核（LPB）。已有研究表明臂旁核是多巴胺能神经元伤害性输入的重要来源。

2021年8月9日加州大学Stephan Lammel研究团队详细揭示将疼痛相关信息传递给 DA 神经元的神经环路：脊髓-臂旁-质网状部神经环路。

文章一作Hongbin Yang目前已加盟浙江大学教育部脑研究与脑机集成前沿科学中心。

华中科技大学武汉光电国家实验室、华中科技大学苏州脑空间信息研究院龚辉教授提供fMOST全脑成像技术支持。

fMOST全脑成像技术揭示LPB下游投射环路

顺行病毒示踪实验发现LPB区域的兴奋性神经元投射到多个前脑区域，特别是VTA和SNR（黑质网状部），而该脑区的抑制性神经元主要投射到背外侧中脑导水管周围灰质。

逆行示踪实验发现LPB投射到VTA的区域（LPB VTA）主要是LPB的中央核，LPB投射到SNR（LPB SNR）的区域主要是背侧LPB。这两个神经环路在空间分布上的不同也预示着其功能可能不同。

VTA脑区富含多巴胺能神经元、兴奋性和抑制性神经元，而SNR脑区富集多巴胺能神经元和抑制性神经元。那么LPB投射到这两个脑区后到底与哪种类型的神经元形成精确的神经连接尼？

随后通过光刺激离体神经元后发现LPB兴奋性投射与VTA区域的多巴胺能神经元形成功能连接，LPB兴奋性投射与SNR区域的抑制性神经元形成功能连接。

脊髓背角神经元主要投射到LPB SNR环路

对于上述基于LPB两种不同的神经环路，谁会是疼痛信息的传输者？顺行示踪和逆行示踪病毒更进一步揭示了作为疼痛通路LPB的上游的脊髓背角神经元更多的投射到LPB SNR环路，因此该神经环路或传递疼痛信息。

光纤钙成像记录疼痛刺激引起的神经元活性增加

从细胞群体水平上来看，光纤钙成像记录系统发现在电击、夹尾和热刺激等有害刺激明显增加LPB SNR神经元群的活性。从单细胞水平来看，在体电生理记录发现在热刺激和电击后LPB SNR神经元既有兴奋的神经元，也有抑制的神经元，其中兴奋的神经元占比更多一些。因此，无论是从整体水平还是个体神经元来说，LPB SNR神经元实锤编码疼痛信息。

光抑制LPB SNR神经环路缓解疼痛反应

那么操纵这个神经环路是否能够缓解疼痛？光抑制LPB SNR神经环路后，能够降低对福尔马林引起的疼痛反应。在坐骨神经模型中光抑制这条神经环路也能降低痛觉反应。

光激活LPB SNR神经环路后能够诱导几乎所有LPB VTA神经元出现抑制性突触后电流，这种抑制性电流可被GABA-A受体抑制剂阻断。而在光激活LPB VTA神经元后可发挥类似于抑制LPB SNR神经环路的镇痛作用。

病毒载体特异性凋亡神经环路

在正常情况下，电击、夹尾等刺激可抑制多巴胺的释放，而研究人员通过AAV-caspase 3特异性凋亡LPB SNR神经元后，可降低疼痛介导抑制多巴胺释放效应。

总的来说，本文揭示了脊髓-臂旁-中脑神经环路将疼痛信号从脊髓传递到 VTA多巴胺神经元，这有利于进一步理解疼痛如何影响学习和动机行为。

【参考文献】

文中图片均来自参考文献