临床上，慢性神经病理性疼痛患者除表现为受损部位的机械性痛觉超敏外，还常伴随对日常环境声音耐受度下降、反应潜伏期缩短及听觉惊跳增强等听觉过敏（hyperacusis）症状。然而，外周躯体神经损伤如何跨模态重塑中枢听觉处理网络，其解剖学环路桥梁与突触机制此前尚不明确。2025年1月30日，中国科学技术大学张智、王海涛与安徽医科大学王元银团队在《Current Biology》发表题为“Cross-modal cortical circuit for sound sensitivity in neuropathic pain”的研究论文（毛云峰、张明军等为共同第一作者）。研究结合头固定瞳孔测量、Go/No-Go听觉辨别行为学、在体光纤钙成像、多通道硅电极记录、跨突触病毒示踪与光/化学遗传学操控，系统阐明了初级体感皮层后肢区谷氨酸能神经元向听觉皮层谷氨酸能神经元的直接投射通路（S1HLGlu→ACxGlu）在神经病理性疼痛诱发听觉过敏中的核心作用。

01 / 01 · 跨模态行为表型

外周神经病理性疼痛诱发小鼠对环境声刺激的非自主瞳孔反应增强与行为潜伏期缩短

为定量评估外周神经损伤是否改变小鼠的听觉敏感性，研究团队在小鼠左后肢建立腓总神经分支选择性损伤（SNI）模型。冯弗雷（von Frey）机械痛阈测试显示，SNI术后第7天起小鼠患侧缩足阈值即显著且持久下降，并维持至术后第42天。在SNI术后第7天（SNI 7D），研究人员对头固定清醒小鼠给予40、50与60 dB SPL的白噪声刺激并同步开展红外瞳孔测量（pupillometry）。结果显示，与假手术（Sham 7D）对照组相比，SNI 7D小鼠在各声强白噪声诱发下的瞳孔扩张Z-score峰值均显著升高，提示外周神经病理性疼痛引发了对无害声音刺激的非自主觉醒与感觉高反应性。

研究团队进一步采用饮水受限的Go/No-Go听觉辨别行为范式（声音作为Go给水信号、蓝光作为No-Go吹气惩罚信号）检验小鼠的主动听觉行为反应。经过10个训练周期后，SNI与Sham两组小鼠的击中率（Hit rate）、虚警率（False alarm rate）及辨别力指数（d'）均达到同等高水平，表明SNI并未破坏基础听觉辨别学习能力；然而，在术后第7天的不同声强（40、50、60 dB SPL）测试中，SNI 7D小鼠听到Go声音信号后的首次舔水反应潜伏期（lick latency）均较Sham对照组显著缩短，从自主行为层面证实神经病理性疼痛诱发了跨模态听觉超敏。

原论文图 1图1 · SNI神经病理性疼痛小鼠表现出白噪声诱发的瞳孔扩张增强与听觉反应潜伏期缩短

02 / 02 · 听觉皮层神经元超兴奋

在体钙成像与多通道电生理证实听觉皮层谷氨酸能神经元在SNI状态下选择性超敏

为定位介导疼痛相关听觉过敏的中枢核团，研究人员检测了60 dB SPL白噪声暴露后经典听觉通路上游与皮层核团的c-Fos表达。免疫荧光统计表明，与Sham 7D相比，SNI 7D小鼠听觉皮层（ACx）的c-Fos阳性细胞数量显著升高约3.5倍，而内侧膝状体（MG）与下丘（IC）的c-Fos表达无显著差异；共标分析显示ACx中约90%的c-Fos阳性细胞为谷氨酸能神经元（Glu+）。在ACx表达AAV-CaMKIIα-GCaMP6m并开展在体光纤钙成像显示，SNI 7D小鼠ACxGlu神经元对60 dB SPL白噪声的钙瞬变幅值（ΔF/F）显著高于Sham对照组。

多通道硅电极（silicon probe）在体细胞外电生理记录进一步揭示，SNI 7D小鼠ACx神经元的自发放电频率（spontaneous firing rate）较Sham组显著升高，且在40、50与60 dB SPL白噪声刺激下的放电率Z-score均显著增强，从在体群体钙信号与单细胞放电两个维度证明神经病理性疼痛状态下听觉皮层谷氨酸能神经元处于自发与声诱发双重高兴奋状态。

原论文图 2图2 · SNI小鼠听觉皮层谷氨酸能神经元（ACxGlu）表现出c-Fos募集增加、钙响应增强与放电率升高

03 / 03 · 跨模态皮层投射解析

逆行与顺行跨突触示踪及脑片光遗传学鉴定S1HLGlu→ACxGlu直接单突触兴奋性通路

由于丘脑MG与中脑IC在SNI早期并未出现c-Fos显著改变，研究团队推测ACx的异常兴奋可能源自痛觉处理皮层的直接跨模态输入。在ACx注射逆行示踪病毒AAV2/retro-EGFP后，研究人员在初级体感皮层后肢区（S1HL）与前肢区（S1FL）观察到大量逆行标记神经元，免疫荧光证实其中约94%为谷氨酸能神经元（Glu+）。顺行示踪（在S1HL注射AAV-hSyn-ChR2-EYFP）与跨突触顺行标记（在S1HL注射AAV-Cre-GFP并在ACx注射AAV-DIO-mCherry）进一步证实，S1HL轴突末梢密集投射至ACx，且其下游突触后靶细胞中超过90%为ACx谷氨酸能神经元（Glu+）。

在S1HL表达AAV-CaMKIIα-ChR2-mCherry的离体脑片上，对ACx内的S1HL投射末梢给予5、10、20 Hz蓝光刺激可可靠诱发ACx神经元高频动作电位发放。在河豚毒素（TTX）与4-氨基吡啶（4-AP）阻断多突触传递的条件下，蓝光刺激依然能在ACx神经元上诱发大幅度的单突触兴奋性突触后电流（light-evoked EPSC），且该电流可被AMPA受体拮抗剂DNQX完全阻断，从功能电生理层面确立了S1HLGlu→ACxGlu直接单突触谷氨酸能兴奋性连接。

原论文图 3图3 · S1HLGlu→ACxGlu跨模态单突触兴奋性皮层通路的病毒示踪与电生理鉴定

04 / 04 · 通路激活模拟听觉皮层超敏

SNI增强投射至ACx的S1HL神经元兴奋性，人工激活S1HLGlu→ACx通路足以重现ACx声超敏

研究团队首先检验了SNI是否增强S1HL→ACx投射神经元的活性。在ACx注射AAV2/retro-EGFP标记逆行投射神经元并结合免疫荧光染色与在体多通道电生理记录发现，SNI 7D小鼠S1HL内投射至ACx的EGFP+神经元c-Fos共标率较Sham组显著升高，且S1HL神经元的在体自发放电频率显著增加（图4A–C）。随后，在正常小鼠S1HL表达AAV-CaMKIIα-hM3Dq并通过腹腔注射CNO（1 mg/kg）化学遗传学激活S1HLGlu神经元，在体多通道电生理记录显示ACx神经元的自发放电率与白噪声诱发放电率均显著升高，重现了SNI状态下的ACx超兴奋特征（图4D–G）。

为进一步实现通路特异性操控，研究人员在S1HL注射AAV-CaMKIIα-ChR2并在自由活动小鼠ACx植入光电极（optrode）。蓝光特异性激活S1HLGlu在ACx内的轴突末梢，不仅即刻提升了ACx神经元的自发放电频率，还显著放大了ACx神经元对40、50与60 dB SPL白噪声刺激的放电响应Z-score，证明S1HLGlu→ACx投射末梢的兴奋输入足以直接放大听觉皮层的声信号增益。

原论文图 4图4 · 化学遗传学或光遗传学激活S1HLGlu→ACx通路重现听觉皮层神经元自发与声诱发超兴奋

05 / 05 · 双向行为因果验证

操控S1HLGlu→ACx通路双向调控小鼠声音敏感性，确立痛致听觉过敏的皮层跨模态机制

在行为因果层面，研究团队首先在正常小鼠S1HL注射AAV-CaMKIIα-hM3Dq并在双侧ACx植入套管局部微量注射CNO以特异性激活S1HLGlu→ACx投射末梢（原论文图5A–D）。与生理盐水对照相比，局部CNO激活显著增大了小鼠在40–60 dB SPL白噪声下的瞳孔扩张幅度，并显著缩短了Go/No-Go听觉辨别任务中的舔水反应潜伏期。

反之，在SNI小鼠S1HL表达抑制性化学遗传学受体AAV-CaMKIIα-hM4Di并在ACx局部注射CNO以特异性抑制S1HLGlu→ACx通路（图6A–H），不仅显著降低了SNI 7D小鼠ACx神经元的自发与白噪声诱发放电率，还显著缓解了噪声诱发的瞳孔过度扩张并恢复其正常舔水反应潜伏期。综上所述，该研究揭示了一条直接由初级体感皮层后肢区通往听觉皮层的单突触谷氨酸能跨模态环路（S1HLGlu→ACxGlu），阐明了慢性外周神经病理性疼痛诱发听觉过敏的皮层环路机制。

原论文图 6图6 · 化学遗传学抑制S1HLGlu→ACx通路缓解SNI小鼠听觉皮层超兴奋并逆转听觉超敏表型