《清醒大鼠丘脑-皮层通路神经元群痛觉编码的初步研究 rev》由会员分享，可在线阅读，更多相关《清醒大鼠丘脑-皮层通路神经元群痛觉编码的初步研究 rev（76页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、清醒大鼠丘脑皮层通路 神经元群痛觉编码研究 博士生王锦琰 导师韩济生罗非研究背景 大脑皮层与疼痛 “损毁皮层不引起痛感觉的改变” Head and Holmes (1911) 切除皮层治疗顽固性痛 Prefrontal lobotomy (Freeman Hardy et al. 1952; Barber 1959) Cingulotomy (Foltz 897: 71-81大鼠fMRI痛相关脑区 大鼠ACC也编码痛情绪(Johanson JP et al. PNAS 2001) 评价情绪：formalin induced conditioned place avoidance (F-CPA)
2、 评价感觉：抬脚、舔注射部位 损毁ACC，影响情绪，不影响感觉ACC的伤害性反应起源于丘脑内侧核群 来自多个种属的证据 与伤害有关的丘脑内侧核群 CL, CM, Pf, MD (VMpo, MDvc)Craig AD Wang CC Kenshalo, 1980) 电生理 (Lamour, 1983; Kenshalo, 1988) 损毁和阻断 (Sweet 1982) 脑功能成像 (Talbot 1991; Coghill 1999)内、外侧痛觉系统假说Price DD. Science 2000; 288: 1769-1772.Treede RD. Pain 1999; 79: 105-1
3、11多通道记录技术Multi-channel single-unit recordings 在脑内植入微电极阵列(microelectrode array)，以细胞外记录的方式同步记录多个脑区神经元群的单位放电。 a technique for simultaneous, multi- site, many-single neuron recording A microelectrodeC experimental chamberD spike sortingE waveformB surgeryA. 运动“脑机接口”Wessberg J, Nature 2000B. 感觉“遥控鼠” Talw
4、ar SK, Nature 2002C. 认知学习记忆、药物成瘾机制研究 Chang JY et al. J Neurosci 1998多通道记录技术在国际上的应用多通道记录用于研究疼痛的优势多通道技术的 特征应 用细胞外记录潜伏期、时程、 强度、感受野感觉方面的编 码清醒动物行为情绪动机方面 的编码多脑区植入电极 同步记录不同脑 区的刺激相关反 应脑区之间的功 能联系研究目的 I 通过观察不同脑区神经元的电反应，解释 内、外侧系统在痛觉编码中所表现的功能 差异。临床研究证实： 电针能够有效地缓解疼痛Hamza, M.A. et al. (1999) Effect of the frequen
5、cy of transcutaneous electrical nerve stimulation on the postoperative opioid analgesic requirement and recovery profile. Anesthesiology 91, 1232-8Wang, B.G. et al. (1997) Effect of the intensity of transcutaneous acupoint electrical stimulation on the postoperative analgesic requirement. Anesth. An
6、alg. 85, 406-13El-sayed, A. et al. (1999) Percutaneous electrical nerve stimulation for low back pain. A randomized crossover study. JAMA 281, 818-823Hamza, M.A. et al. (1999) Effect of the duration of electrical stimulation on the analgesic response in patients with low back pain. Anesthesiology 91
7、, 1622-7Hamza, M.A., et al. (2000) Percutaneous electrical nerve stimulation: a novel analgesic therapy for diabetic neuropathic pain. Diabetic Care 23, 365-370 电针镇痛机制的既往研究Evidence from neurochemistryEvidence from fMRI 1997197619751979研究目的 II 电针对内、外侧系统的痛相关活动有何影 响？ 抑制痛情绪(许淑莲等, 1980; 杨治良等, 1979; Goldb
8、erger SM 992(2): 263-271神经元群体编码效能优于单个神经元辐射热中枢编码刺激有赖于神经元群的协作ACCMDSIVPL00.60.70.80.91.0Percent correct ( 100%)ACCMDSIVPL00.60.70.80.91.0Percent correct ( 100%)ACCMDSIVPL00.60.70.80.91.0Percent correct ( 100%)Single-neuron discriminationPercent correct ( 100%)ACCMDSIVPL00.60.70.80.91.0Percent correct (
9、 100%)ACCMDSIVPL00.60.70.80.91.0Percent correct ( 100%)ACCMDSIVPL00.60.70.80.91.0ACCMDSIVPL00.60.70.80.91.0Neural ensemble discrimination Principle component analysis ACC-10-505100.50.60.70.8SI-10-505100.50.60.70.8MD-10-505100.50.60.70.8VPL-10-505100.50.60.70.8Percent of correct discrimination (100)
10、Time (sec)对痛与非痛刺激的判别能力ACCMDSIVPLPre-stimuli63.7%63.9%63.5%62.9%Post-stimuli67.9%68.7%71.6%71.7%P value0.13160.08990.00270.0012辐射热外侧系统内侧系统痛刺激非痛刺激痛与非痛 的差别判别正 确率外侧系统感觉(强度,位 置,性质)无大高内侧系统情绪 动机(预期)动机(预期 )小低对痛与非痛刺激的判别能力 外侧系统内侧系统辐射热-交互相关分析 神经元放电之间的同步性ControlPainP valueCorrelation between SI 外 侧系统内侧系统。 痛刺激使皮
11、层与丘脑活动的同步性增强。 痛刺激使皮层至丘脑的信息流动增多。辐射热电脉冲刺激单个神经元的反应电脉冲神经元反应比例的变化ControlPainP valueEITotalEITotalACC12618 (40%)15520 (44%)0.8312Pf17118 (50%)23124 (75%)0.2318SI25328 (62%)30535 (78%)0.1670VPL15419 (45%)25429 (64%)0.0465电脉冲E, excitatory response I, inhibitory responseACC-3-2-101234505101520Surprise (-ln P
12、)PfVPL-3-2-101234505101520Time (sec)SI-3-2-101234505101520-3-2-101234505101520PainControl伤害性刺激使神经元反应强度增加电脉冲Pain ControlACCPf0204060Latency (ms)=10101020Number of cases-controlACC-painPf-controlPf-painACC-内侧脑区神经元反应潜伏期平均潜伏期：痛与非痛无明显差别非痛A fiber痛A, C fiber潜伏期分布：ACC100 ms，C纤维激活电脉冲=1010102030-0102030latenc
13、y (ms)Number of casesSI-controlSI-painVPL-controlVPL-pain-外侧脑区神经元反应潜伏期SIVPL020406002040600204060Latency (ms)Pain Control平均潜伏期：痛与非痛无明显差别潜伏期分布：25 ms以内多，A和A纤维激活部分VPLSI，不参与信号上传，下行激活电脉冲Percent of correct discrimination (100)Time (sec)ACCPfSIVPLPre-stimuli57.6%55.4%57.9%57.2%Post-stimuli60.0%60.4%64.2%61.
14、7%P value0.33210.02220.03380.0029ACC-3 -2 -1 0 1 2 3 4 50.500.550.600.650.70SI-3 -2 -1 01 2 3 4 50.500.550.600.650.70Pf-3 -2 -1 0 1 2 3 4 50.500.550.600.650.70VPL-3 -2 -1 01 2 3 4 50.500.550.600.650.70对痛与非痛刺激的判别能力电脉冲外侧 内侧，与辐射热结果一致Pf-ACC-3-2-1012345-2-10123ACC-Pf-3-2-1012345-2-10123VPL-SI-3-2-1012345
15、-2-10123Control Pain SI-VPL-3-2-1012345-2-10123Relative directed coherenceTime (sec)痛刺激使皮层向丘脑的信息流动增多电脉冲小 结电脉冲刺激 与热刺激相同 痛与非痛电刺激的分辨能力：外侧内侧。 痛刺激使皮层至丘脑的信息流动增多。 潜伏期 外侧：粗纤维激活，快痛 内侧：细纤维激活，慢痛电脉冲机械压力刺激单个神经元的反应机械ControlPainP valueEITotalEITotalACC19322 (52.4%)33336 (85.7%) 0.0018Pf18422 (46.8%)34337 (78.7%) 0
16、.0026SI22224 (57.1%)33235 (83.3%) 0.0161VPL21324 (49.0%)33437 (75.5%) 0.0119机械神经元反应比例的变化E, excitatory response I, inhibitory response-3-2-1012345-3-2-1012345-3-2-1012345ACCPfSIVPLTime (sec)机械非痛刺激痛刺激ACCPfSIVPLPre-stimuli58.7%58.6%57.6%58.8%Post-stimuli62.9%64.0%61.5%62.5%P value0.08710.03010.12080.1315机械对痛与非痛刺激的判别能力内侧 外侧，与热和电刺激结果不一致机械刺激强度高引起的情绪反应强烈。束缚状态下接受痛刺激 对于强烈的伤害，反应和回避更
