中間神經元驅動疼痛高頻振蕩信號：揭示痛覺強度的關鍵編碼機制

疼痛刺激會在大腦中引發多頻段神經振蕩的變化，其中高頻的gamma振蕩（60-90Hz）越來越被認為與痛覺感知密切相關，有望成為客觀評估疼痛的一種神經指標。然而，目前主要基于腦電的研究僅揭示了現象層面，對皮層內神經元如何驅動這種高頻振蕩尚缺乏深入解析。

為了探索這一問題，中國科學院心理研究所胡理研究組開展了一項跨物種研究，系統闡明了“編碼疼痛強度的中間神經元”在驅動疼痛誘發的高頻振蕩信號中發揮的關鍵作用。這一發現不僅在跨物種（人類與嚙齒類動物）層面印證了疼痛誘發高頻振蕩與疼痛強度之間的密切關系，也進一步揭示了中間神經元在調控高頻振蕩信號和疼痛強度中的核心地位。

研究團隊首先在大樣本的人類腦電數據中發現，疼痛誘發的高頻振蕩信號會受到刺激強度與個體主觀疼痛評分的雙重影響，其在腦電拓撲圖上呈現以中央區域為主的分布。隨后，利用混合線性模型排除刺激強度因素后，研究者進一步印證了高頻振蕩信號與疼痛主觀評分之間的顯著線性關系——即高頻振蕩越強，個體對疼痛的感知評分越高。

研究團隊此前的工作顯示，皮層疼痛誘發的高頻振蕩信號來源于初級體感皮層（S1）。為了進一步探究為何疼痛高頻振蕩信號與疼痛感知強度具有高相關性，研究者利用硅電極記錄技術探究大鼠S1區域對疼痛的編碼特性。結果表明，與非痛觸覺刺激相比，疼痛刺激誘發的神經振蕩信號和神經元活動均偏向于編碼疼痛的“強度”信息而非“位置”信息。其中，編碼疼痛強度的中間神經元亞群對高頻振蕩信號的產生起到了顯著的驅動作用。

為進一步明確不同類型神經元對疼痛誘發高頻振蕩信號的貢獻，研究者利用鈣離子成像技術，特異性標記了小鼠S1區小清蛋白（PV）陽性的中間神經元，并與錐體神經元進行比較。結果顯示，PV陽性中間神經元僅編碼疼痛強度，而錐體神經元僅編碼疼痛位置。換言之，不同類型的神經元對痛覺信息維度存在不同的編碼偏好。

研究者進一步通過光遺傳學手段精確激活或抑制上述中間神經元和錐體神經元，考察這些神經元對疼痛行為的影響。結果顯示，對中間神經元進行激活或抑制分別降低或提高小鼠對激光或機械刺激所致疼痛的敏感性，而調節錐體神經元對疼痛敏感性并無顯著影響。該結果從功能層面證實，中間神經元對疼痛強度的編碼偏好是影響疼痛敏感性的關鍵因素。

為了進一步明確PV中間神經元是否也是疼痛誘發高頻振蕩信號的核心神經元活動基礎，研究者利用光電極記錄技術，在調控S1區不同類型神經元的同時，通過光電極記錄高頻振蕩信號的變化。結果發現，激活或抑制PV陽性中間神經元會分別增強或減弱疼痛誘發高頻振蕩信號的幅值，而對錐體神經元的調節并不會顯著影響該振蕩信號。

該研究以跨物種、跨層級的研究范式，將微觀的“中間神經元”與宏觀的“高頻神經振蕩信號”兩大要素聯系在一起，深入揭示了痛覺強度的關鍵編碼機制。研究結果為疼痛客觀評估提供了潛在的腦響應指標，也為神經調控鎮痛方案的開發提供了有效的干預靶點。

該研究獲得了2030-腦科學與類腦研究青年科學家項目、國家自然科學基金以及北京市自然科學基金等項目的資助。

相關成果已在線發表于Neuron。心理所助理研究員岳路鵬和博士研究生包充宇（已畢業）為共同第一作者，心理所胡理研究員為通訊作者。

論文信息：Yue, L.P., Bao, C.Y., Zhang, L.B., Zhang, F.R., Zhou, W.Q., Iannetti, G.D., Hu, L., (2025). Neuronal mechanisms of nociceptive-evoked gamma-band oscillations in rodents. Neuron, 113, 1–16, March 5. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.12.011

中間神經元驅動疼痛高頻振蕩信號并編碼疼痛強度信息

研究目標與實驗設計