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脸部神经损伤后,痛敏如何延伸到远处

The journal of headache and pain · 2024-08-27

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The journal of headache and pain · 研究前沿

脸部神经损伤后,痛敏如何延伸到远处

雄鼠研究发现,丘脑 VPM 在面部神经损伤后招募躯体感觉输入;早期抑制新增输入可延缓远处痛敏,晚期则出现不同结果。

AI 概念插画:小鼠面部与后足感觉及抽象神经网络,不是神经解剖图或实验数据

脸部的一处神经损伤,为什么会让后足和尾部也变得敏感?2024 年发表于 The Journal of Headache and Pain 的研究,从这个跨越身体区域的问题出发,追踪丘脑腹后内侧核(VPM)的变化。这个通常主要处理面部感觉的中继站,损伤后不仅更活跃,还接入了更多来自躯体感觉通路的信息。研究进一步发现,痛敏开始扩展与已经形成之后,同一条新输入的作用并不相同。

关键发现

面部神经损伤后,DCN—VPM 输入参与远处痛敏的早期形成;VPM 及其后岛叶输出参与已形成的敏感表现,早晚阶段的通路抑制效果不同。

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敏感从面部延伸到身体

部分眶下神经损伤后,雄鼠面部受刺激时的抓挠增加,热反应阈值降低。数日后,后足机械和热刺激的反应阈值也下降,尾部随后出现相应变化。最初局限在面部的损伤,伴随了远处感觉反应的改变。

正常情况下,面部和四肢信息主要经过不同的丘脑中继:VPM 偏向面部,邻近的腹后外侧核 VPL 偏向躯干与肢体。远处也出现痛敏,让研究者追问,这种感觉分工是否发生了变化。

原论文图 1面部、后足与尾部的反应变化
面部、后足与尾部的反应变化
原论文 Figure 1:面部刺激相关抓挠增加、热阈值降低,随后后足及尾部的机械和热刺激阈值下降。
来源:Du Y et al. · The journal of headache and pain · CC BY-NC-ND
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变化首先集中在VPM

损伤后一周,VPM 神经元更容易被激活,自发放电增加,兴奋性突触输入也增强。相邻 VPL 的对应指标没有明显变化;VPM 的静息电位与抑制性突触电流也基本相近。变化并非整个感觉丘脑一起升高。

刷动面部时,损伤组 VPM 中响应升高的细胞更多,平均放电反应更强。这个原本处理中继信息的区域,开始放大刺激响应。其活动改变与远处痛敏出现的时间相近,也让它成为后续观察的重点。

原论文图 2VPM与VPL的活动比较
VPM与VPL的活动比较
原论文 Figure 2:VPM 兴奋性、兴奋性突触电流与自发放电增强;VPL 的相应指标、VPM 的静息电位与抑制性电流基本相近。
来源:Du Y et al. · The journal of headache and pain · CC BY-NC-ND
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面部中继也响应远处刺激

对后足轻刷或施加伤害性刺激时,损伤组 VPM 的放电反应比对照更强。这里并非完全从无响应变为有响应:对照也可有较轻反应,但损伤后的放大更明显。原本偏向面部的信息处理中继,接到了远处刺激。

清醒小鼠中的钙记录进一步显示,尾部受到不同伤害性刺激时,损伤组 VPM 信号明显升高。这使远处响应不只见于轻度麻醉下的单细胞记录,也出现在清醒状态的群体活动中。

原论文图 3后足与尾部刺激的VPM响应
后足与尾部刺激的VPM响应
原论文 Figure 3:后足刺激引起的放电响应增强,清醒小鼠尾部伤害性刺激对应的 VPM 钙信号也增强。
来源:Du Y et al. · The journal of headache and pain · CC BY-NC-ND
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降低中继活动,敏感表现缓和

痛敏已经形成后,降低 VPM 兴奋性细胞活动,面部和后足的机械与热敏感表现均得到缓和。效果跨越了两个身体区域,与前面的远处刺激记录相呼应。VPM 的活动因而不只是伴随变化,也参与受测敏感表现。

小鼠还更偏向与这一抑制条件配对的地点。对疼痛模型而言,这种地点选择支持刺激敏感及相关厌恶得到缓解的解释,将反射性反应之外的行为也纳入了观察。

原论文图 4VPM抑制后的感觉与地点选择
VPM抑制后的感觉与地点选择
原论文 Figure 4:VPM 活动降低后,面部及后足敏感表现改善,损伤小鼠对与抑制条件配对的地点形成偏好。
来源:Du Y et al. · The journal of headache and pain · CC BY-NC-ND
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输出连接通向后岛叶

VPM 还向后岛叶皮层 pIC 发出投射,标记到的下游细胞主要带有兴奋性特征。在 pIC 内降低 VPM 末梢的活动,同样缓和面部与后足的敏感表现,并引起对应地点偏好。

这把中继站的活动与皮层输出相连。研究并没有停在丘脑内部:来自不同身体区域的信息,经 VPM 汇合后,可通过后岛叶相关线路影响敏感和厌恶行为。

原论文图 5VPM通向后岛叶的行为作用
VPM通向后岛叶的行为作用
原论文 Figure 5:VPM 来源输入到达 pIC;局部末梢抑制改善面部、后足敏感表现,损伤小鼠形成抑制条件相关地点偏好。
来源:Du Y et al. · The journal of headache and pain · CC BY-NC-ND
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中继站接入更多躯体信息

追踪 VPM 上游来源时,团队发现损伤后的输入构成改变:来自躯体相关皮层与背柱核群 DCN 的标记比例升高,来自次级躯体感觉皮层的比例下降。其中 DCN 的变化尤其突出,它通常参与传递躯干和四肢信息。

进一步追踪显示,对照的 DCN 末梢主要分布在 VPL,损伤组则扩展到 VPM,并连接到通向 pIC 的 VPM 细胞。脑片中,这些末梢的活动能引起 VPM 兴奋性电流,支持其成为功能性的新增输入。

原论文图 7DCN输入与后岛叶相关VPM细胞
DCN输入与后岛叶相关VPM细胞
原论文 Figure 7:损伤后 DCN 末梢扩展到 VPM;进一步追踪在通向 pIC 的 VPM 细胞上游发现 DCN 标记。
来源:Du Y et al. · The journal of headache and pain · CC BY-NC-ND
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同一路径,早晚效果不同

在损伤后的早期降低 DCN—VPM 末梢活动,面部敏感缓和,后足痛敏的形成延缓并减轻。停止抑制后,效果逐渐消退,机械和热反应重新接近对照干预组。早期改变输入,可以影响痛敏发展的过程。

但到了痛敏已形成的阶段,同样抑制 DCN—VPM 输入,面部和后足表现都未明显改善。这与此时抑制 VPM 或其后岛叶输出仍有效形成区别:新增输入参与了早期过程,维持期对不同环节的依赖已经不同。

这些观察来自成年雄鼠的部分眶下神经损伤模型。研究把痛敏的扩展追到感觉线路的重排,也显示一条线路在开始与持续阶段可以承担不同角色。改变信号经过的节点,与改变最初接入的输入,因而得到不同的行为结果。

原论文图 8功能性输入与早晚干预的差异
功能性输入与早晚干预的差异
原论文 Figure 8:DCN 末梢可引起 VPM 兴奋性电流;早期抑制延缓并减轻痛敏,停止后效果消退,晚期抑制则未明显改善。
来源:Du Y et al. · The journal of headache and pain · CC BY-NC-ND
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论文信息

Du Y, Lin SD, Wu XQ, Xue BY, Ding YL, Zhang JH, Tan B, Lou GD, Hu WW, Chen Z, Zhang SH.
Ventral posteromedial nucleus of the thalamus gates the spread of trigeminal neuropathic pain
The journal of headache and pain · 2024-08-27
DOI: 10.1186/s10194-024-01849-5