一只脚发炎之后,疼痛敏感与开放空间回避怎样相遇?
丘脑前内侧核通向前扣带皮层的输入,募集CRH标记细胞,连接雄鼠炎症后的机械反应与焦虑样行为。
一只脚发炎,变化却不只出现在脚上。小鼠更容易对轻微机械刺激缩足,也更少探索开放的区域。组织炎症如何同时改变感觉反应与行为选择?发表于Frontiers in Neuroscience的一项研究把视线投向丘脑前内侧核(AM)与前扣带皮层(ACC)。前者常出现在记忆回路中,后者参与疼痛及情绪相关加工;研究发现,AM的输入与ACC内CRH标记细胞相联系,沿着这条路线调节活动,可以一起改变炎症后的两类行为。
增强AM—ACC输入可诱发机械敏感和开放区域回避;同时抑制ACC的CRH标记细胞,能减轻这两类变化。
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脚上的变化,延伸到了探索行为
研究在雄鼠左后足建立CFA炎症模型,足部红肿,随后一周对两种力度的von Frey机械刺激更容易缩足,右足没有同样显著变化。与此同时,旷场中心和高架十字迷宫开放臂的停留减少,总行走距离却未显著改变。小鼠仍然走动,只是探索地点发生了变化。
缩足与开放空间探索分别刻画感觉反应和焦虑相关行为。两种变化在同一只动物中出现,促使研究者寻找共同的中枢环节:如果一群细胞能同时影响这两个指标,炎症的作用就可能沿着共享的神经路线扩展。
这种区分很重要:如果小鼠只是整体走得更少,中心区停留减少也可能随之发生。这里行走距离没有显著改变,而开放区域选择减少,使研究能够进一步关注探索方式和机械反应之间的关系。
来源:Zhao Q et al. · Frontiers in neuroscience · CC BY
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ACC里,一群细胞变得更易响应
炎症后,ACC中CRH与c-Fos双标记增加;离体谷氨酸刺激时,CRH标记细胞的钙响应也更强。这群细胞既显示活动相关标记变化,也改变了对输入的响应。研究接着直接调节它们,观察两类行为会不会随之改变。
在正常小鼠中连续激活这些细胞,会增加机械缩足,减少开放区域探索;在CFA小鼠中抑制,则让两类指标向相反方向变化,总距离仍无显著改变。不过,0.4克刺激在第七天的抑制组比较未达显著。细胞活动影响了整体表型,但每个时点与力度并不都出现同样改善。
来源:Zhao Q et al. · Frontiers in neuroscience · CC BY
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从AM出发的信号,抵达CRH标记细胞
来自哪里的信息会进入这群ACC细胞?顺向与逆向追踪把AM和ACC连在一起,跨突触标记发现,接收所标记AM输入的ACC细胞中,约62%同时带有CRH标记。丘脑输入因此与此前具有行为作用的皮层群体相遇。
先在体内激活AM,再记录ACC切片,CRH标记细胞的诱发放电增加,静息膜电位更去极化,基强度变化则未达显著。上游活动改变后,下游细胞更容易产生输出。连接证据与细胞状态变化,开始解释AM为什么可能影响ACC相关行为。
来源:Zhao Q et al. · Frontiers in neuroscience · CC BY
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记忆回路中的节点,也参与炎症反应
AM常被放在记忆相关的Papez回路中讨论,但这里它也随炎症改变。CFA后,AM细胞的离体谷氨酸诱发钙响应增强。激活其CaMKIIα标记群体,在正常鼠中增加缩足与回避;在CFA背景抑制该群体,则减轻两类变化。0.4克刺激的第七天比较同样未达显著。
研究还在炎症建立前消融这群AM细胞,之后CFA引起的行为变化减轻。预先删除细胞和炎症后可逆调节活动,分别显示了这群细胞对模型发展与行为表现的贡献。一个脑区的传统标签,并不能穷尽它在不同身体状态下承担的任务。
来源:Zhao Q et al. · Frontiers in neuroscience · CC BY
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在皮层末梢处调节,仍能改变行为
把调节位置移到ACC中的AM轴突末梢,结果仍指向同一方向。正常鼠末梢激活提高机械缩足,连续数日干预后开放区域探索减少;CFA鼠末梢抑制则改善这些指标。机械测试检验即时光效应,开放空间测试观察多日干预后的行为。来自AM的皮层输入,在两种观察中都产生了功能影响。
来源:Zhao Q et al. · Frontiers in neuroscience · CC BY
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上游激活时,下游细胞是否重要?
最后一个实验把上游和下游放在同一次检验中:激活AM—ACC末梢,同时抑制ACC的CRH标记细胞。与只激活输入相比,机械反应降低,中心及开放臂停留增加,总距离仍无显著改变。焦虑相关变化得到部分逆转,说明这群皮层细胞承担了丘脑输入效应的一部分。
来源:Zhao Q et al. · Frontiers in neuroscience · CC BY
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两类行为,找到一段共同的中枢路线
在雄鼠CFA炎症模型中,AM输入与ACC的CRH标记细胞把机械敏感和开放区域回避接在了一段共同路线中。它让炎症后的行为变化有了具体的中枢解释:来自身体的持续异常,不只改变局部感觉,还与丘脑—皮层活动组织有关。两类读数可以被同一条输入及其下游细胞共同影响。