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同伴的痛如何传来:早期经历改变丘脑—皮层响应

Science advances · 2025-10-08

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Science Advances · 研究前沿

同伴的痛如何传来:早期经历改变丘脑—皮层响应

幼年母子分离后,小鼠成年时的疼痛传递减弱。研究把这种变化追踪到丘脑室旁核通往前边缘皮层的兴奋性信号。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

一只小鼠并没有直接受到伤害,却在与疼痛同伴相处后,对触碰变得更敏感。这种“疼痛传递”让研究者得以观察:来自另一只动物的状态信息,如何改变自己的感觉反应?发表于 Science Advances 的研究发现,幼年经历会影响这一过程,丘脑与前额叶之间的联系是其中一个关键环节。

关键发现

早期母子分离削弱成年小鼠的同伴状态辨别及疼痛传递;增强后部丘脑室旁核—前边缘皮层相关活动,或在幼年给予温和触觉体验,可改善这两项表现。

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痛没有直接发生在自己身上

与处于疼痛状态的熟悉同伴互动后,正常饲养的小鼠机械痛阈下降,这一变化持续数小时。面对状态正常的同伴时,同样的变化没有出现。感觉系统的输出,因一次社会互动而改变。

经历幼年母子分离的小鼠,成年后这种反应明显减弱。不过,它们原有的机械阈值、热敏感度及另一项伤害性感觉表现相近,运动和所测社交行为也没有普遍下降。差别集中在同伴状态引发的感觉变化,而非所有痛觉都变迟钝。

原论文图 1社会互动后的机械敏感变化
社会互动后的机械敏感变化
原论文 Figure 1:正常饲养观察鼠与疼痛同伴互动后机械阈值下降;母子分离组的变化减弱,同时对疼痛与中性同伴的嗅探偏好发生改变。
来源:Zhang Z et al. · Science advances · CC BY
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多闻一会儿,透露了状态辨别

研究还让观察鼠面对一只疼痛同伴和一只状态中性的同伴。正常组在最初阶段更多嗅探疼痛同伴,母子分离组则缺少这种偏向。这里考察的是对陌生同类不同状态的反应,与前面的熟悉伙伴疼痛传递任务相互补充。

延长熟悉伙伴的互动时间后,分离组也能出现阈值下降,但程度及出现这一表现的比例仍低于正常组。它们的响应并非完全消失,而是在社会信息引发感觉变化的过程中变弱了。雌鼠的补充观察也显示了相似的行为差别。

早期经历发生的时段也有影响。更靠近出生的分离仍能削弱成年疼痛传递,较晚发生的分离影响较轻,小鼠仍表现出互动后的阈值下降。发育中的社会感觉响应,对经历的敏感程度并非始终一样。

后部室旁核在接触附近活跃

丘脑室旁核位于脑内中线附近,与处理动机、情绪和行为意义的多个区域相连。正常观察鼠接近并接触疼痛同伴时,这里的谷氨酸神经元群体钙信号更强。减少后部室旁核活动,疼痛传递和状态辨别随之减弱;减少前部活动则未产生同样效果。

这比单纯找到一处“亮起来”的脑区更进一步:相邻区域对同一行为的贡献存在差别。另一候选区域中的催产素神经元受到抑制时,疼痛传递仍然出现,说明这项任务并非依赖所有与社会行为有关的细胞群。

原论文图 2后部丘脑室旁核的响应与行为变化
后部丘脑室旁核的响应与行为变化
原论文 Figure 2:正常观察鼠接触疼痛同伴时,室旁核群体钙响应增强;抑制后部室旁核活动后,社会疼痛传递及状态辨别减弱。
来源:Zhang Z et al. · Science advances · CC BY
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细胞变得不易响应

母子分离组成年后,室旁核细胞在接触疼痛同伴时不再出现正常组那样的额外钙响应。细胞电活动也显示,它们更难被激发,接收到的自发兴奋性信号频率较低,而单次信号幅度相近。社会互动中的弱响应,与细胞状态的变化相互呼应。

有意思的是,在幼年分离结束时,团队尚未检测到同样的电活动异常。成年结果不是幼年某一时刻的简单复制,而像是随成长逐渐显现的改变。提高成年分离组室旁核活动后,两项行为表现都得到改善。

原论文图 3成年分离组的室旁核响应减弱
成年分离组的室旁核响应减弱
原论文 Figure 3:母子分离组缺少疼痛同伴相关的额外钙响应,神经元兴奋性降低,自发兴奋性事件频率下降;事件幅度未显著改变。
来源:Zhang Z et al. · Science advances · CC BY
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关键输出落在前边缘皮层

室旁核有多条输出。研究进一步找到通往前边缘皮层的投射:正常组与疼痛同伴互动时,这条投射的钙活动增强;减少其活动,疼痛传递与状态辨别减弱。通往伏隔核或下边缘皮层的投射受到抑制时,疼痛传递没有出现同样变化。

分离组这条投射的社会响应较弱,而增强其活动后,机械阈值随互动下降的表现及状态辨别都恢复。这条联系把深部丘脑的活动,与皮层参与社会信息处理的过程接在一起。

原论文图 6增强室旁核—前边缘皮层活动后的改善
增强室旁核—前边缘皮层活动后的改善
原论文 Figure 6:分离组的室旁核—前边缘皮层投射缺少明显的疼痛同伴相关钙增强;提高该投射活动后,疼痛传递和状态辨别改善。
来源:Zhang Z et al. · Science advances · CC BY
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温和接触与成年回路响应相连

除了直接改变神经活动,团队还观察了幼年温和触觉体验的影响。接受这种体验的分离组成年后,疼痛传递及状态辨别改善,通往前边缘皮层的室旁核细胞也更易兴奋,互动相关钙响应更强。随后减少这条投射的活动,已经改善的疼痛传递再次减弱。

正常饲养组并未因此表现出更强的疼痛传递。触觉体验的作用与原有状态有关,也把早期照护中身体接触的重要性带入了具体回路问题。研究主要来自雄鼠,并有部分雌鼠行为验证;它揭示的是动物中一项社会感觉反应如何被经历塑造。

原论文图 7触觉体验、投射兴奋性与疼痛传递
触觉体验、投射兴奋性与疼痛传递
原论文 Figure 7:幼年触觉体验改善分离组的成年行为,并增强通往前边缘皮层的室旁核细胞兴奋性;抑制这条投射后,恢复的疼痛传递减弱。
来源:Zhang Z et al. · Science advances · CC BY
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论文信息

Zhang Z, Gong Y, Su XY, Su XY, Deng Y, Du R, Li CL, Wang Y, Song XL, Jiang Q, Li Y, Jian Y, Tong X, Wang GH, Chen J, Xu TL, Liu MG, Jiang F.
Dysfunction of the paraventricular thalamus-prelimbic cortex circuit underlies maternal separation-induced deficits in contagious pain
Science advances · 2025-10-08
DOI: 10.1126/sciadv.ady1944