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痒得想挠时,分心怎样改变脑内的处理?

iScience · 2022-12-17

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iScience · 研究前沿

痒得想挠时,分心怎样改变脑内的处理?

大鼠研究把瘙痒与分心联系到前边缘皮层。两类相关细胞高度重叠,但激活和抑制都可能减少抓挠,提示这里的调节比单一止痒开关更复杂。

原论文图7H局部:分心与瘙痒相关细胞的合并荧光视野

皮肤一痒,手就忍不住想挠;可当别的事情吸引注意时,抓挠有时又会少一些。瘙痒进入大脑之后,是否也要与其他信息争取处理机会?2022年12月17日发表于 iScience 的一项大鼠研究,将问题带到前额叶的前边缘皮层PrL。研究发现,抓挠和外界分心刺激都伴随这里的活动变化,与两种经历相关的细胞还有明显重叠。更有意思的是,改变分心相关细胞的活动,无论增强还是降低,都能在相应条件下减少抓挠,为理解感觉与注意的交织提供了线索。

关键发现

PrL既参与急性瘙痒相关抓挠,也响应外界分心刺激。相关细胞群在组织标记和群体活动上交叉重叠,提示该区域可能通过注意分配参与瘙痒调节。

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抓挠开始,PrL也出现活动变化

瘙痒从皮肤传入大脑,最终表现为体验、注意和行为等相互联系的过程。PrL属于前额叶的一部分,已有研究将它与注意调节联系起来。此次研究首先观察到,瘙痒条件下PrL的c-Fos活动相关标记增加,提示这一脑区参与了相关处理。

接着,研究比较了不同致痒条件和颈后、面颊两个部位的抓挠。PrL群体钙信号在抓挠开始附近升高,荧光对照未呈现相同变化。这条线索把脑区活动与行为在时间上连了起来,但钙信号仍是群体活动读出,并非动物主观痒感的直接报告。

原论文图 1抓挠相关的PrL活动
抓挠相关的PrL活动
图1显示瘙痒条件下活动标记增加,以及多种抓挠条件中PrL群体钙信号升高。
来源:Wu GY et al. · iScience · CC BY
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降低活动后,抓挠也随之减少

如果PrL只是被动跟随抓挠,改变它的活动未必会影响行为。研究发现,降低PrL活动后,不同急性致痒条件中的抓挠次数减少;作用在颈后和面颊的比较中都能观察到。另一种时间关联的抑制方式也给出了相同方向的结果。

在后一种比较中,减少主要出现在干预生效的时段,非干预时段的组间差异没有达到显著。进一步聚焦到瘙痒经历相关细胞,抑制这些细胞同样减少抓挠,而撤去相关干预后的再测没有显著组间差异。调节因此带有明确的条件和时间背景。

原论文图 4瘙痒经历相关细胞与抓挠
瘙痒经历相关细胞与抓挠
图4中,相关细胞在抓挠时响应,抑制后抓挠减少;未进行相关干预的再测比较未见显著差异。
来源:Wu GY et al. · iScience · CC BY
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一个外界刺激,也能改变抓挠

研究随后加入一种视觉分心刺激。与没有该刺激的对照相比,大鼠在所测急性瘙痒条件下抓挠更少;颈后和面颊的多个比较方向一致。分心刺激单独出现时,也会引起PrL群体钙信号上升,说明这一脑区并不只在抓挠发生时活动。

这里的注意转移,是结合外界刺激与行为变化建立的解释。大鼠无法像人一样报告自己正在注意什么,研究也没有获得独立的主观注意读出。外界刺激与PrL活动、抓挠之间的联系已被观察到,注意如何在其中分配仍需要更细的评估。

原论文图 5分心刺激与抓挠变化
分心刺激与抓挠变化
图5显示分心刺激伴随抓挠减少,并可单独提高PrL群体钙信号。
来源:Wu GY et al. · iScience · CC BY
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增强和降低相关活动,都可能少挠一些

研究标记了分心经历中活跃的细胞。这些细胞再次遇到分心刺激时有群体钙响应;在抓挠比较中增强它们的活动,干预时段的抓挠减少,非干预时段则未见显著组间差异。没有激活的后续再测同样没有显著差异。

但故事并未停在“活动越强,抓挠越少”。在另一些对应比较中,抑制这组相关细胞也减少了抓挠,没有抑制的再测未见显著差异。作者据此提出,占用或扰动相关信息处理都可能影响抓挠;两种方向的行为结果,并未直接确定完全相同的内部机制。

原论文图 6分心相关细胞的双向干预
分心相关细胞的双向干预
图6显示激活与抑制分别减少相应条件中的抓挠;非干预或撤去干预的比较未见显著差异。
来源:Wu GY et al. · iScience · CC BY
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瘙痒与分心,部分落在同一群细胞上

如果两种信息在PrL中联系起来,它们是否会经过共同的细胞?两种顺序相反的标记比较给出了线索:先由瘙痒经历标记的细胞中,约73%也带有分心相关活动标记;先由分心经历标记的细胞中,约76%又与瘙痒活动标记重叠。

两个比例各自以最初标记的群体为分母,显示的是明显交集,而非两群完全重合。未重叠的细胞也仍然存在。共同参与与各自特有的成分怎样配合,恰好为下一步理解这一区域的信息处理留下了空间。

原论文图 7组织标记中的群体重叠
组织标记中的群体重叠
图7的双向标记比较均显示较高重叠比例,两种比例使用各自最初标记群体作为分母。
来源:Wu GY et al. · iScience · CC BY
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感觉与注意,可能共享部分处理资源

群体活动也呈现出交叉响应:瘙痒经历相关细胞会响应分心刺激,分心经历相关细胞也在抓挠时升高钙信号。这与组织重叠结果相互支持,但尚未逐个追踪每个细胞在两种经历中的全部变化,更没有证明所有注意转移都会减少痒。

这项急性瘙痒大鼠研究,让皮层中的注意相关处理成为理解抓挠的一条具体线索。刺激适应、未重叠细胞的功能,以及更直接的注意评估仍值得追问。它为感觉与认知如何相互影响提供了依据,距离慢性瘙痒患者的治疗效果验证仍有后续工作。

原论文图 8两类相关群体的交叉响应
两类相关群体的交叉响应
图8显示两种标记群体各自对另一种经历有群体钙响应,而非单细胞身份转换的直接证据。
来源:Wu GY et al. · iScience · CC BY
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论文信息

Wu GY, Zheng XX, Zhao SL, Wang Y, Jiang S, Wang YS, Yi YL, Yao J, Wen HZ, Liu J, Li HL, Sui JF.
The prelimbic cortex regulates itch processing by controlling attentional bias
iScience · 2022-12-17
DOI: 10.1016/j.isci.2022.105829