小布速报 | Science - 中国科大张智团队在声音镇痛的神经环路研究方面取得进展

时间：2022-07-12 21:12

檐前细雨，清风鸣蝉，均是大自然的天籁之声。音乐，作为人类创造的艺术载体，自古便可用于缓解紧张，诱发愉悦情绪。因此，声音作为外界环境向机体传递信息的媒介，对机体发挥重要的调节作用。《Science》期刊早在1960年并报道声音（音乐、噪音）不仅调节情绪，还能产生镇痛效果。然而，半个世纪以来，声音镇痛的关键因素及神经机制尚不清楚。

 

     2022年7月8日，中国科学技术大学张智教授团队以“Sound induces analgesia through corticothalamic circuits”为题发表于《Science》杂志，综合运用病毒示踪、在体电生理、深部钙成像以及神经调控等手段，在声音镇痛的精细神经环路机制方面取得重要进展。

 

      研究人员首先给予小鼠不同强度的三种类型的声音（协调声、非协调声、以及白噪音），发现仅低强度（50-dB SPL）时三种声音均发挥显著镇痛效果。随后，通过将小鼠放置不同声强的环境中检测发现，相对于环境噪音的5-dB声强差（SNR）对声音诱发镇痛效应至关重要。

 

       研究人员进一步解析了声音镇痛的潜在神经环路机制。听皮层（ACx）是负责声音加工的最高级中枢，并向全脑广泛投射参与各类生理功能的加工。那么听皮层有没有可能参与低强度声音诱发的镇痛效应？通过在体电生理记录，研究人员发现低强度声音处理时听皮层神经元活性降低，化学遗传学抑制听皮层谷氨酸神经元提高疼痛模型小鼠的痛阈。随后，通过注射示踪的神经病毒，研究人员发现ACx中谷氨酸神经元（ACx^Glu）向躯体感觉丘脑（Thalamus）有大量投射。鉴于丘脑在疼痛信号传递中至关重要的作用，因此听皮层向丘脑的投射极有可能参与了声音诱发的镇痛效应。

 

       随后，研究人员通过在体电生理及钙信号记录发现，使用von Frey毛刷刺激模型小鼠时，丘脑中神经元被激活。不仅如此，通过在体电生理及深部钙成像记录发现，低强度的声音抑制模型小鼠丘脑中神经元的活性。随后，研究人员通过光遗传及化学遗传选择性的调控ACx^Glu→丘脑的神经环路，发现抑制ACx^Glu→丘脑环路，不仅能够降低丘脑中神经元活性，还能够缓解小鼠的痛敏。而激活ACx^Glu→丘脑环路时，能够阻断低强度声音诱发的镇痛效应。这表明，低强度声音抑制ACx^Glu→丘脑环路活性参与低强度声音诱发的镇痛效应。

图1：低强度声音通过抑制ACx^Glu到丘脑的投射缓解小鼠疼痛。

 

       中国科学技术大学特任副研究员周文杰博士、博士生叶崇欢、安徽中医药大学王海涛教授、博士生毛煜为该论文的共同第一作者；中国科学技术大学生命科学与医学部张智、美国国立卫生研究院刘元渊和安徽医科大学陶文娟为该论文的共同通讯作者。该研究还得到中国科大附属第一院耳鼻喉科的赵婉博士和中国科大生命科学与医学部的陈林教授的大力支持，并得到国家基金委、科技部科技创新2030（中国脑计划）、合肥微尺度物质科学国家研究中心、合肥大科学中心、中科院脑功能与脑疾病重点实验室和中国科学技术大学的资助。

文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4663