癢是怎麼被感覺到的？這個困擾了生命科學家很久的難題，終於被上海科學家解開了。
近日，《The Journal of Neuroscience》和《National Science Review》期刊分別線上發表了題為《癢覺、機械覺和溫度覺在初級軀體感覺皮層的複合化表徵》和《初級軀體感覺皮層神經元的點燃式發放編碼癢覺感知》的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智慧技術卓越創新中心（神經科學研究所）、神經科學國家重點實驗室、上海腦科學與類腦研究中心孫衍剛研究組與徐寧龍研究組合作完成。
這兩項研究透過在體雙光子鈣成像技術，解析了癢覺等軀體感覺在初級軀體感覺皮層的表徵機制，同時揭示了癢覺感知的神經機制。此研究在自由活動的動物中探究了皮層對癢覺感知的編碼機制，也為深入理解大腦皮層對軀體感覺資訊的處理和整合機制提供了重要基礎。
軀體感覺對很多生理功能的正常執行至關重要，它包括痛覺、溫度覺、觸覺等不同的感覺模態，癢覺也是其中之一。
對這些軀體感覺神經機制的研究一直是醫學和神經科學領域的研究熱點之一，癢覺也是機體一種重要的保護機制，然而癢覺感知在大腦的表徵機制也尚不明確。
前人研究發現，外周傳入神經元對不同軀體感覺刺激表現出複雜的反應特性，而大多脊髓神經元又能夠同時被溫度覺、觸覺、癢覺和痛覺等軀體感覺刺激啟用，這些結果使得我們對神經系統如何區分不同模態的軀體感覺有了更多疑惑。
多數研究者認為，大腦皮層是實現不同軀體感覺之間區分的重要結構，其中初級軀體感覺皮層是最可能的位點之一。
為了回答初級軀體感覺皮層如何編碼不同模態的軀體感覺資訊的問題，中科院腦智卓越中心研究人員在給予實驗小鼠癢覺、觸覺或溫度覺刺激的同時利用在體雙光子鈣成像技術記錄了初級軀體感覺皮層神經元的活動。
研究發現，部分初級軀體感覺皮層神經元能夠穩定地響應觸覺刺激或熱刺激。透過建立一種光遺傳誘導的精確控制感覺輸入的癢覺模型，研究人員發現初級軀體感覺皮層神經元編碼癢覺的時空特性和強度資訊。
進一步，研究人員對初級軀體感覺皮層神經元的群體活動進行了解碼分析，發現初級軀體感覺皮層的神經元群體編碼足夠多的資訊可以區分不同模態的軀體感覺。
研究還發現，部分初級軀體感覺皮層神經元在癢覺誘發的抓撓行為起始前活性上升，並且一定比例的神經元在抓撓起始前的鈣活動可以預測後續行為的發生，提示這群初級軀體感覺皮層神經元編碼癢覺感知。
利用光遺傳誘導的癢覺輸入精確操控方式，研究人員探究了初級軀體感覺皮層神經元在癢覺感知閾值附近的活動模式，發現一小群記錄到的神經元在癢覺閾值上表現出“點燃”式的發放模式。
這兩項工作一方面闡述了不同模態的軀體感覺在初級軀體感覺皮層的表徵模式，為進一步理解多模態感覺資訊在皮層的處理和整合機制提供了思路，另一方面揭示了初級軀體感覺皮層對癢覺感知的編碼機制，為在自由活動的動物中研究癢覺感知的單細胞層面的神經環路機制開闢了道路。同時，此工作中建立的光遺傳誘導的新型癢覺模型也為癢覺研究提供了重要的方法學基礎。
這兩項工作主要由博士研究生陳孝軍在孫衍剛研究員與徐寧龍研究員的指導下完成，徐寧龍課題組的博士研究生劉彥和也做出了重要貢獻。
作者：許琦敏
圖源：受訪者提供
