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视觉皮层也影响痛敏:两条丘脑投射,效果不同

Communications biology · 2025-03-11

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Communications Biology · 研究前沿

视觉皮层也影响痛敏:两条丘脑投射,效果不同

雄性小鼠研究发现,V2M 兴奋性细胞在神经损伤后更活跃;抑制其投向丘脑 LP 的末梢缓解痛敏,投向 LD 的末梢未见同样效果。

AI 概念插画:皮层细胞群的不同下游输出

视觉皮层的名字让人想到看见世界,但其中的细胞也可能参与处理身体的伤害信息。2025 年 3 月 11 日发表于《Communications Biology》的研究,把目光投向次级视觉皮层内侧区 V2M。雄性小鼠神经损伤后,这里的谷氨酸能细胞更加活跃,抑制它们可以减弱机械和热敏感性。研究继续沿输出追到丘脑,发现两个都有投射抵达的核团,功能却不一样:LP 通路参与痛敏调节,LD 通路在受测条件下未见同样作用。

关键发现

V2M 谷氨酸能细胞及其 LP 投射参与痛敏调节;细胞活动的作用,随损伤状态与下游目标而变化。

阅读目录 · 7个部分

神经损伤后,V2M 活动增加

在部分坐骨神经损伤小鼠中,V2M 的活动标记细胞增多,邻近受测的初级视觉皮层、次级视觉皮层外侧区等没有同样明显变化。增多的标记主要与谷氨酸能细胞相重合,使研究聚焦到这一类兴奋性输出。

单细胞记录还显示,这些细胞的自发放电更频繁,对后足伤害性刺激的响应更强;被刺激激活的记录细胞比例也增加。仍有部分细胞受抑制或没有明显响应,因此这一区域内部也存在不同反应。

原论文图 1损伤后的活动标记与单细胞响应
损伤后的活动标记与单细胞响应
原论文 Figure 1:V2M 活动标记、自发放电及刺激相关响应在神经损伤后增强,记录细胞的反应类型并不一致。
来源:Tan B et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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多种后足刺激,带来更强群体信号

在清醒小鼠中,研究记录 V2M 谷氨酸能细胞的群体钙信号。神经损伤后,夹捏、机械刺激和热刺激都引起较强变化,对照小鼠的群体信号则没有清楚的同样变化。这将伤害信息与活体皮层响应对应起来。

群体钙记录与前面的单细胞记录观察尺度不同:一个汇集多细胞活动,一个分辨不同细胞的放电。二者共同显示损伤后的响应增强,而单细胞中的多样性也帮助理解,为何对照群体未必出现清楚变化。

原论文图 2清醒小鼠的刺激相关钙信号
清醒小鼠的刺激相关钙信号
原论文 Figure 2:神经损伤组对三种后足刺激显示较强 V2M 群体钙响应,对照组未见清楚的同样变化。
来源:Tan B et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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一侧皮层操作,两侧后足都改变

在未受伤小鼠中,抑制一侧 V2M 细胞,会提高两侧后足的机械阈值和热刺激缩脚潜伏期。激活相同细胞则使两项指标下降,也让小鼠回避与激活相连的位置。阈值提高意味着需要更强机械刺激才缩脚,热潜伏期延长则表示缩脚更晚。两种刺激类型共同显示,一侧皮层的变化可以影响两侧的受测敏感性。

抑制时虽然痛敏指标改变,小鼠并没有对相关位置产生明显偏好。感觉反应变化与位置选择并非总是同步,在基础状态下,降低这类细胞活动的结果与激活后的回避有所不同。

原论文图 3未损伤状态下的双向敏感性调节
未损伤状态下的双向敏感性调节
原论文 Figure 3:抑制 V2M 增加两侧机械阈值与热潜伏期,激活则降低;激活诱导位置回避,抑制未见明显位置偏好。
来源:Tan B et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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损伤后抑制有效,继续激活未明显加重

神经损伤之后,抑制 V2M 仍能改善机械与热敏感性。小鼠还更愿意停留在与抑制相连的位置,与基础状态下没有位置偏好的结果不同,提示这次抑制缓解了损伤相关的不适成分。

继续激活已经较活跃的 V2M,却没有进一步明显降低痛阈,位置选择也没有明显改变。相同操作在不同状态下得到不同结果,使这类细胞的作用更像依赖背景的调节,而非简单地无限放大敏感性。

原论文图 4神经损伤后的不同操作结果
神经损伤后的不同操作结果
原论文 Figure 4:抑制 V2M 改善受测痛敏并产生条件性位置偏好;继续激活没有明显加重痛敏或改变位置选择。
来源:Tan B et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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两个丘脑核团都有投射抵达

追踪发现,V2M 谷氨酸能细胞向丘脑外侧后核 LP 和外侧背核 LD 发出密集投射。丘脑与皮层之间不只有感觉信息向上的传递,皮层也能通过这些输出影响下游处理。

但看到轴突抵达,并不能单独说明它承担哪种行为作用。研究因此分别改变两个核团内的 V2M 末梢活动,观察痛敏是否随之改变,让两条解剖联系进入同一组功能比较。

原论文图 5V2M 到 LP 与 LD 的投射
V2M 到 LP 与 LD 的投射
原论文 Figure 5:轴突追踪显示 V2M 谷氨酸能输出抵达丘脑 LP 与 LD。
来源:Tan B et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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LP 末梢操作有效,LD 未见同样效果

在未受伤小鼠中,抑制 LP 内的 V2M 末梢提高机械阈值和热潜伏期,激活则降低两项指标并诱导位置回避,重现细胞整体操作的部分效果。抑制 LP 末梢时,位置偏好仍不明显。

对 LD 末梢进行相应激活或抑制,两侧后足的受测敏感性都没有明显改变。解剖上相邻、同样接收投射的两个核团,在这组痛敏实验中承担不同作用,明确了下游目标的重要性。

原论文图 6LP 投射的敏感性与位置作用
LP 投射的敏感性与位置作用
原论文 Figure 6:LP 末梢操作双向改变机械与热敏感性,激活引起位置回避,抑制未见明显位置偏好。
来源:Tan B et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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LP 抑制仍能缓解,LD 结果保持不同

神经损伤小鼠中,抑制 LP 内的 V2M 末梢改善两侧机械与热敏感性,也产生与抑制相关的位置偏好。抑制 LD 末梢则没有明显改变痛敏或位置选择,两条投射的功能差异延伸到了损伤状态。

这项雄性小鼠研究把视觉皮层的一处特定细胞群纳入痛敏调节网络,并强调状态与目标决定操作效果。V2M 怎样整合视觉与身体信息、LP 内哪些细胞继续传递这种影响,仍是具体的下一步问题。

原论文图 8损伤状态下 LP 与 LD 的功能差异
损伤状态下 LP 与 LD 的功能差异
原论文 Figure 8:抑制 LP 投射改善受测痛敏并产生条件性位置偏好;LD 投射抑制未见相同变化。
来源:Tan B et al. · Communications biology · CC BY-NC-ND
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论文信息

Tan B, Wu X, Ding Y, Yuan C, Jin Y, Xu C, Hu T, Yu J, Du Y, Chen Z.
A glutamatergic innervation from medial area of secondary visual cortex to lateral posterior thalamic nucleus facilitates nociceptive and neuropathic pain
Communications biology · 2025-03-11
DOI: 10.1038/s42003-025-07874-7