全息显微镜照亮神经元网络活动的疼痛驱动变化

在一个世界中，跨机构研究协作使用了一种双光子显微镜，其组合钙成像和全息刺激，揭示位于原发性躯体感染术中的神经元之间的功能连接响应于急性疼痛。

由于损伤而发生的疼痛，例如从外周组织侵犯的外周神经元损伤或炎症。研究结果已发表关于中枢神经系统异常在疼痛和持续疼痛的发作中的累围。脑皮层中的原发性躯体病皮层在识别疼痛的力量和位置方面发挥着重要作用。使用FMRI和双光子显微镜进行的研究表明，当大脑的这一部分时，何时加速急性疼痛经验丰富。然而，尚未揭示神经元之间的功能性连接和同步如何随时间变化，以及这些改变对疼痛的影响。

研究人员使用炎性疼痛模型小鼠进行了实验，结果表明，在急性疼痛期间，神经元群的自发活性和神经元中神经元之间的同步活性增加。此外，他们发现当用全息光刺激单个神经元时，从周围的神经元响应增加。随着疼痛的改善，神经元逐渐恢复到原始状态。研究人员还表明，n型钙离子通道中的表达水平涉及该机制，揭示当施用阻断这些通道的抑制剂时可以恢复疼痛阈值。希望这些发现可以促进慢性疼痛患者的治疗方法。

这些研究结果将出版科学推进2021年3月19日。

研究背景

由于损伤而发生的疼痛，例如从外周组织侵犯的外周神经元损伤或炎症。每个人都经历过一个不可避免的感觉，但发病和痛苦的疾病的详细机制尚未被阐明。进行了对疼痛的重要研究，专注于脊髓背角中神经元和神经胶质细胞的激活。随着成像技术的发展，近年来大脑疼痛与地区之间的关系增加了研究。

这脑皮质初级躯体感觉皮质（S1）是大脑的一个区域，在区分痛苦中起着重要作用。使用诸如FMRI和双光子显微镜等成像技术进行的研究表明，在急性疼痛期间S1中的神经元群加剧;然而，涉及产生和维持疼痛的S1中的详细，底层神经网络尚未阐明。

研究团队使用双光子显微镜进行钙成像以跟踪鉴定的神经元，在急性疼痛期间，在S1神经元之间的自发神经元活性和同步的升高。此外，他们透露，当用全息光刺激单个神经元时，来自周围神经元的反应增加，随着疼痛改善，神经元逐渐返回其原始状态。此外，发现N型钙离子通道的表达在该机制中起作用，研究人员表明，当纠正该表达时，可以有效地恢复疼痛阈值。

研究方法和调查结果

研究人员使用双光子显微镜进行钙成像。该方法使它们能够监测活大脑中神经元的活动。通过将完全弗氏佐剂（CFA）注入后爪来开发炎症疼痛模型小鼠。在急性疼痛期间，2/3 S1层中神经元的自发性活性增加，神经元之间的同步如此。该研究组还表明，一旦疼痛改善，神经元返回其原始状态。此外，他们发现神经元之间的同步水平越高，疼痛阈值越低。

为了验证上述结果，使用双光子显微镜钙成像和全息刺激的组合进行实验。发现，当刺激炎性疼痛模型小鼠中的单个S1神经元时，急性疼痛期间周围神经元的反应增加。相反，当疼痛改善时，周围神经元的反应减少了。总之，结果表明，由于在急性疼痛中的S1中神经元之间的功能性连通性，神经元之间的同步增加，并且当这种疼痛改善时，这种同步降低。

为了验证S1 2/3层中神经元的增加自发性活性与疼痛的阈值之间的关系，通过氯氮平-N-氧化物（CNO）激活的改性人毒蕈碱受体（HM3DQ）人为地诱导增加的神经元小鼠S1中的活性。然后研究人员比较了CNO给药前后小鼠的神经元活性和疼痛阈值（使用越野）。这些结果表明，当在小鼠中人工诱导S1神经元活动时，神经元之间的同步增加，而疼痛阈值降低。

流式细胞术用于研究与这些结果有关的分子机制。这表达水平在炎症疼痛模型小鼠的S1神经元中的每个离子通道与未暴露于疼痛的野生型小鼠的炎症疼痛模型小鼠。结果表明，在炎性疼痛模型小鼠中，N型钙通道中的表达增加，并且通过施用钙通道抑制剂（作为静脉内注射，或在S1的表面上作为软膏），疼痛可以恢复阈值。

进一步的研究

这原发性躯体卷曲皮质（S1）是在区分疼痛的重要作用中起到重要作用的大脑的一个区域，直到现在表明，当诱导急性疼痛时，S1中的神经元群体活性加速。目前的研究研究表明，这种活动不仅响应急性疼痛而加速，而且神经元之间的功能连通性和同步活动也增加。

接下来，研究团队是由于使用全息刺激检查神经元活动和疼痛之间的因果关系。他们将通过首先识别和确定在疼痛中发挥着大作用的S1神经元的特征来完成这一点，然后将全息刺激施加到所识别的细胞以研究因果关系。此外，研究人员计划调查急性的可能的治疗方案疼痛，例如防止之间的功能连接增加神经元。

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