痛为何迟迟不散?脑内一条越转越强的反馈环
前扣带皮层与腹侧被盖区之间,两个抑制环节接成正反馈,连接小鼠持续痛敏与情绪相关行为;调低这条循环,部分改善还能延续到干预结束之后。
轻轻碰一下,就急忙缩脚;面对可以探索的空间,也更愿意待在边缘。神经损伤后的疼痛与情绪变化,常常像两个彼此牵动的齿轮:一个转起来,另一个也跟着转。伤害从身体传来,大脑是否会在反复响应中,形成让不适继续盘旋的回路?2024年1月3日发表于 Nature Neuroscience 的研究,在小鼠前扣带皮层与腹侧被盖区之间找到了一条往返联系。它的特别之处,是两次“踩刹车”接在一起,反而能把整套系统推向越来越敏感的状态。
前扣带皮层的兴奋性输出,经腹侧被盖区局部抑制性细胞压低多巴胺活动;多巴胺回传减弱,又松开了对原始皮层输出的约束。研究把持续痛敏与情绪相关行为,联系到这一不断自我加强的循环。
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疼痛留下来时,两个脑区的活动走向不同
研究从神经损伤小鼠开始。撤足所需的触压力变小,意味着轻刺激也更容易引发反应;到损伤后六周,动物在开放空间与高架迷宫中的探索也发生改变。团队由此追问:长期痛敏与这些情绪相关行为,是否有一份共同的脑内背景?
前扣带皮层(ACC)通向腹侧被盖区(VTA)的兴奋性细胞,在六周时自发放电增多,一周时的比较却未见显著差异。另一边,VTA多巴胺细胞的放电减少,伏隔核中的多巴胺释放也降低。同一个损伤背景下,一条皮层输出更活跃,一套多巴胺信号更安静,提示变化并非全脑一起升高。
来源:Qian Song et al. · Nature Neuroscience ·
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多巴胺回到皮层,给输出加上一道约束
多巴胺并不只是从VTA出发、一路向前。研究发现,VTA多巴胺细胞还能把信号送回ACC,并联系到原先通向VTA的那群兴奋性细胞。两条方向相反的路线,在这里接上了头:从皮层出发的信息,有机会再回到自己的起点。
这种回传具有抑制作用。多巴胺让被记录的ACC投射细胞放电减少,D2受体相关药理阻断则干扰这一效应。在神经损伤小鼠中,ACC接收到的多巴胺释放减少;增强当地多巴胺末梢活动,可以提高撤足阈值、改变开放场探索,并产生与干预配对场景的偏好。正常小鼠中,压低这份回传则出现相反方向的感觉与回避变化。
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两次抑制,为什么会让循环越来越强?
关键在于两道刹车踩在谁身上。ACC的兴奋性输出先招募VTA局部的GABA抑制性细胞,后者压低多巴胺细胞的活动;多巴胺细胞原本又会约束那群ACC输出细胞。于是,皮层输出越强,多巴胺回传越弱;回传越弱,皮层输出受到的约束又越少。
这就是正反馈的含义:一个变化经过一圈传递后,回过头来加强自己。连接示踪与细胞记录支持这些环节确实相互接续;在清醒动物中,抑制VTA多巴胺末梢还能提高相关ACC细胞的钙信号。把环内多巴胺末梢重新激活,则能减轻神经损伤模型中的感觉与回避表现。循环因此既有连接依据,也有功能与行为层面的响应。
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反复推动循环,变化可以留下更久
如果这条回路只是跟着疼痛走,改变它也许只会带来短暂响应。团队进一步在正常小鼠中反复增强ACC通向VTA的输出,或反复压低VTA送回ACC的多巴胺联系。两种做法从不同位置推动同一个循环,之后都能看到撤足阈值降低与探索行为改变。
更有意思的是,反复干预结束后,部分变化仍能维持数周,相关细胞的自发放电也呈现持续改变。短暂输入能够留下较长的状态影响,使这条回路与疼痛的持续性联系得更紧。不过,这份结果来自特定小鼠干预条件,持续数周的行为与电活动变化,仍有别于所有痛觉记忆永久固定。
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外周处理之后,大脑里的敏感还在延续
神经损伤模型中,持续增强ACC的多巴胺回传,或抑制ACC送往VTA的输出,都能改善机械痛敏。研究还设置了一个特别的情境:解除原来的神经结扎后,小鼠的撤足阈值仍未马上回到假手术水平。这让外周处理与脑内持续状态,有了分别观察的机会。
在这一情境下,重复进行两周的环路干预后,即使停止干预,阈值改善仍可延续到后续观察时点;三周后的开放场与高架迷宫行为也朝改善方向变化。图中的阈值提升并非所有指标都完整恢复到假手术水平,却显示脑内反馈有一定可塑性:长期敏感形成之后,这套循环仍能够被调节。
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同一种受体,所在的位置改变了干预方向
D2受体相关结果又给这套循环补上一个有趣细节。在ACC局部使用D2受体激动剂,可以压低相关皮层细胞的放电,并改善神经损伤小鼠的感觉与探索表现;在VTA局部使用D2受体拮抗剂,则能提高多巴胺细胞的放电,同样让行为结果朝改善方向变化。
看起来方向相反的药理操作,因发生在不同环节,可能把同一个反馈循环向减弱方向推动。研究还在解除结扎后的模型中观察到,VTA局部重复干预的部分收益延续到停用之后。这些脑区局部、动物模型中的结果,为定位环路的可调节节点提供了线索;将它们转化为面向人的治疗,仍需要剂量、作用位置与长期效果等进一步证据。
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