抬脚之后还会躲开吗?感觉输入在脊髓分出不同响应
两类感觉细胞都可引起抬足,却不一定伴随位置回避。神经损伤后,原本以反射为主的输入也招募舔足、回避与浅层脊髓活动。
小鼠抬起脚,是否就意味着与舔足、避开环境相同的体验?动物无法直接报告感受,研究者只能从不同表现拼出线索。2022年5月24日发表于 Frontiers in Cellular Neuroscience 的研究,对比Mrgprd与TRPV1标记的两类感觉神经元,发现反射动作与厌恶相关行为可以分离。更出人意料的是,神经损伤之后,同一类输入伴随的行为和脊髓活动分布都变了。快速抬足、持续照料身体以及离开关联环境,发生在不同的动作和时间背景中。将它们分别观察,才能发现某些输入已经触发防御动作,却还没有带来同样的空间选择。
正常条件下Mrgprd相关输入主要引出反射动作,TRPV1相关输入还引出舔足及回避;神经损伤后,Mrgprd相关输入也招募这些表现及浅层脊髓–臂旁核相关活动。
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同样抬足,两类输入带来的动作组合不同
Mrgprd与TRPV1标记的是两类感觉细胞。前者主要带有非肽能相关标记,后者以肽能相关标记为主;它们的皮肤末梢把外周信息带入脊髓,是比较不同防御反应的一组入口。
正常条件下,增强Mrgprd相关皮肤输入,会看到抬足、保持抬足或抖足,舔足等表现很少。增强TRPV1相关输入,则既有反射动作,也有更多舔足、护足等行为。相似的缩回动作,背后可以连接不同的后续反应。
来源:Wang LB et al. · Frontiers in cellular neuroscience · CC BY
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空间选择,为动作增加另一种观察角度
如果某一环境总与不适相伴,动物之后是否愿意回来?位置选择把这个问题加入比较。正常Mrgprd组虽然出现反射动作,对相关空间却没有显著回避;TRPV1组则明显减少在相应空间停留。
TRPV1组的回避既出现在当下,也出现在随后的环境关联测试中;Mrgprd组的两类比较均未达显著。动作与回避因此呈现不同组合,多种行为放在一起,才能显示反应的不同侧面。
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神经损伤之后,同一入口出现新的行为组合
在神经损伤模型中,Mrgprd相关输入的结果变了:患侧舔足次数增加,舔足持续更久,反射事件数量却没有显著增加。新出现的变化,并非所有动作都一起变多。
位置选择也随之改变,损伤组在实时与后续关联测试中都出现回避。相同类型的外周输入,经过受损状态下的神经系统,可以伴随正常条件下不明显的舔足和环境厌恶。
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脊髓不同深度,留下不同活动足迹
研究用活动标记追踪信号进入脊髓后的分布。正常Mrgprd组主要在较深的背角区域出现标记,浅层增加不显著;正常TRPV1组则在浅层也有明显活动。
神经损伤后的Mrgprd组,浅层活动标记增加,深层活动仍可见。这种分布变化与行为变化并行,为何同类输入会产生不同表现,开始有了空间上的解释。
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通向臂旁核的浅层细胞,也加入了响应
在脊髓浅层,部分细胞向外侧臂旁核lPBN投射。正常Mrgprd相关输入较少招募这些投射细胞,TRPV1相关输入及损伤后的Mrgprd相关输入,则伴随更多投射细胞出现活动标记。
lPBN本身也呈现对应的活动图景。一个连接脊髓与脑干的候选上行方向由此浮现,与舔足和回避同在的浅层活动,不只是局限在脊髓内部的一处变化。
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兴奋性输入到了,放电却未必跟上
正常Mrgprd组的细胞记录进一步显示,许多脊髓细胞能收到兴奋性输入,却没有产生放电。其中一部分同时收到抑制性输入;另一些细胞则能把输入转为放电,呈现不同响应方式。
在更浅层,能测到兴奋性反应的细胞多于实际放电的细胞。信号抵达并不保证一路向上传递,这为门控解释提供了依据:局部网络可以限制某些输入转成输出。
具体看Ⅱ层内层,受测二十个细胞中十七个能收到兴奋性反应,其中只有七个产生放电。这些细胞并不构成一种整齐一致的传递单元,部分细胞同时受到抑制,也让同类外周输入有了不同的传递结果。
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门控模型,把行为差异与脊髓网络连接起来
作者提出,正常情况下受到限制的浅层通路,在损伤后更易参与响应。抑制减弱、细胞兴奋性改变等,是解释这一变化的候选因素;具体哪一环节承担关键作用,还需要进一步区分。
研究还未观察到相关感觉末梢向脊髓浅层的异常延伸,标记细胞密度和Mrgprd身份比例也未显著改变。现有线索因此更关注网络怎样处理原有输入,而不是把浅层活动增加直接归结为新增了更多感觉纤维。
这项小鼠研究最鲜明的发现,是反射、舔足与回避并不始终同步。它把外周输入类型、脊髓深浅分布和身体状态联系起来,也让行为观察更丰富:抬足回答了一个问题,是否舔足、是否回避,还能回答另外的问题。
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