百人博士两项研究 解析神经生物学新机制

【字体: 时间:2010年01月04日 来源:生物通

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  中科院心理所心理健康重点实验室副主任罗非教授研究组接连发表了神经生物学相关的研究新发现,包括证实吗啡通过抑制疼痛的情绪和感觉维度起到镇痛作用,进而在皮层和丘脑水平阐明了吗啡的镇痛机制;以及发现纹状体6-OHDA注射不仅严重损伤了大鼠的运动功能,并且降低了RT任务过程中对各类事件产生反应的神经元数量。这证实了帕金森病患者行为功能损伤与皮层-基底节环路的神经元活动改变有关

  

生物通报道:现任中科院心理所心理健康重点实验室副主任的罗非教授一直以来都以人和动物的高级神经中枢及神经系统的高级功能为主要研究对象,进行痛觉编码及其调制、运动功能调节以及情绪调节等高级神经功能研究。近期其研究组接连发表了神经生物学相关的研究新发现。

第一项研究在吗啡及其他阿片类激动剂因其强大的镇痛作用机制上的研究取得新的进展,研究人员利用清醒动物神经细胞群单位放电多通道同步记录技术,在大鼠的初级躯体感觉皮层(SI),丘脑腹后外侧核(VPL),前扣带皮层(ACC)以及丘脑背内侧核(MD)埋置电极,研究吗啡在疼痛的内外侧通路对伤害性感觉加工的调节作用。

吗啡及其他阿片类激动剂因其强大的镇痛作用被广泛应用于临床上对疼痛的治疗。然而,人类对于阿片类药物在脊髓水平之上的镇痛机制的认识却很有限。

研究人员利用清醒动物神经细胞群单位放电多通道同步记录技术,在大鼠的初级躯体感觉皮层(SI),丘脑腹后外侧核(VPL),前扣带皮层(ACC)以及丘脑背内侧核(MD)埋置电极,研究吗啡在疼痛的内外侧通路对伤害性感觉加工的调节作用。

其中,SI和VPL位于疼痛加工的外侧通路,处理疼痛的感觉信息,而ACC和MD位于疼痛加工的内侧通路,处理疼痛的情绪信息。结果表明,大鼠腹腔注射5mg/kg的吗啡能够显著降低伤害性热辐射刺激所引发的四个脑区神经元活动的改变,包括降低神经元对热辐射刺激的反应幅度、反应比例、反应持续时间,以及削弱皮层和丘脑神经元群对伤害性刺激和非伤害性刺激的分辨能力。另外,吗啡还能够抑制由疼痛引起的内、外侧通路之间以及皮层-丘脑之间的信息流动,该效应能够被阿片受体拮抗剂纳洛酮所阻断。上述研究结果表明,吗啡通过抑制疼痛的情绪和感觉维度起到镇痛作用,进而在皮层和丘脑水平阐明了吗啡的镇痛机制。该研究对于吗啡镇痛机制的基础研究起到了推动作用,为临床治疗提供了有力的理论依据。

第二项研究中,研究人员分析帕金森病模型大鼠在接受双侧底丘脑核DBS后其运动功能及相关神经活动的改变,发现纹状体6-OHDA注射不仅严重损伤了大鼠的运动功能,并且降低了RT任务过程中对各类事件产生反应的神经元数量。这证实了帕金森病患者行为功能损伤与皮层-基底节环路的神经元活动改变有关。

深部脑刺激(DBS)被广泛应用于临床帕金森病以及其他神经精神疾病的治疗,然而DBS产生治疗效果的神经生物学机制目前还不清楚。以往的研究表明,通过向大鼠双侧纹状体背外侧部注射6羟多巴(6-OHDA)可以制造帕金森病模型,表现为大鼠执行反应时任务(RT)的能力减退。初级运动皮层(MI)、底丘脑核(STN)和黑质网状部(SNr)是位于皮层-基底节环路上的与帕金森病密切相关的脑区。

中科院心理研究所心理健康院重点实验室的研究人员利用清醒动物神经细胞群单位放电多通道同步记录技术,在大鼠双侧MI、STN以及SNr埋置金属微电极,观察帕金森病模型大鼠在接受双侧底丘脑核DBS后其运动功能及相关神经活动的改变。结果发现,纹状体6-OHDA注射不仅严重损伤了大鼠的运动功能,并且降低了RT任务过程中对各类事件产生反应的神经元数量。双侧底丘脑核DBS能够显著改善帕金森大鼠的运动和反应能力,并且修复了与操作行为关联的皮层-基底节区域的神经活动。DBS所产生的这些行为学和电生理治疗效果可维持近1小时。

因此,这一研究证实了帕金森病患者行为功能损伤与皮层-基底节环路的神经元活动改变有关。更为重要的是,向底丘脑核DBS能够有效改善帕金森病引发的行为和神经活动改变。DBS效果的长时间维持提示神经可塑性机制参与了DBS对皮层-基底节环路的调节。本研究在细胞水平阐明了DBS修复帕金森病引起的运动损伤的机制,为DBS的临床应用提供了强而有力的理论依据。

原文摘要:

Morphine modulation of pain processing in medial and lateral pain pathways

Despite the wide-spread use of morphine and related opioid agonists in clinic and their powerful analgesic effects, our understanding of the neural mechanisms underlying opioid analgesia at supraspinal levels is quite limited. The present study was designed to investigate the modulative effect of morphine on nociceptive processing in the medial and lateral pain pathways using a multiple single-unit recording technique. Pain evoked neuronal activities were simultaneously recorded from the primary somatosensory cortex (SI), ventral posterolateral thalamus (VPL), anterior cingulate cortex (ACC), and medial dorsal thalamus (MD) with eight-wire microelectrode arrays in awake rats. RESULTS: The results showed that the noxious heat evoked responses of single neurons in all of the four areas were depressed after systemic injection of 5 mg/kg morphine. The depressive effects of morphine included (i) decreasing the neuronal response magnitude; (ii) reducing the fraction of responding neurons, and (iii) shortening the response duration. In addition, the capability of cortical and thalamic neural ensembles to discriminate noxious from innocuous stimuli was decreased by morphine within both pain pathways. Meanwhile, morphine suppressed the pain-evoked changes in the information flow from medial to lateral pathway and from cortex to thalamus. These effects were completely blocked by pre-treatment with the opiate receptor antagonist naloxone. CONCLUSION: These results suggest that morphine exerts analgesic effects through suppressing both sensory and affective dimensions of pain.

作者简介:

罗非,研究员,博士生导师。1990年毕业于北京医科大学基础医学院;1995年于北京医科大学生理学系获得博士学位,此后在北京大学医学部神经生物学系历任讲师、副教授、教授;美国北卡罗来那州维克林大学生理与药理学系访问学者、访问教授;2005年获得中国科学院****入选者资格。现为中科院心理所心理健康重点实验室成员。
 
研究领域

主要以人和动物的高级神经中枢及神经系统的高级功能为主要研究对象,进行痛觉编码及其调制、运动功能调节以及情绪调节等高级神经功能研究。采用的主要技术手段有:清醒自由活动动物多通道神经元单位放电同步记录技术、人和动物多通道脑电及诱发电位记录技术、人体功能磁共振成像技术等。特别重视跨学科的横向合作,以及基础和临床相结合的合作研究。

 

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