初级躯体感觉皮层和前扣带皮层在痒觉感知中的作用

Itch is a complex and unpleasant sensory experience that induces the urge to scratch. Nearly all kinds of inflammatory skin diseases are accompanied by itch sensation. Some systemic diseases also have unbearable pruritus.However, the mechanism of itch remains unclear, which results in the poor treatment of itch in clinic. Accumulating evidences show that there are itch specific neurons in DRG and spinal cord. Previous studies showed that pruritogens specificly activated a subpopulation of unmylinated C fiber in the skin. A population of neurons in the lamina I layer of spinal cord dorsal horn also can be activated by pruritogens specificly. Up to now, little is known about how our brain perceive and process itch signals. In the present study, we will first explore the role of primary somatosensory cortex (SI) and anterior cingulate cortex (ACC) in the processing of itch sensation by in vivo electrophysiological technique and pharmacological experiment. SI and ACC are crucial cortical areas involved in the perception of pain. We assume that SI and ACC also have important role in the processing of itch sensation. In addition, we will identify the character of itch-responsive neurons in SI and ACC by observing the response of those neurons to itch stimulation as well as other various stimulations such as touch, brush, pinch,laser heat and capsaicin injection. By analyzing the firing pattern of those neurons, we will uncover if there is itch specific neurons in those two cortical areas and how itch is encoded by SI neurons as a sensation diffenrent from pain. What's more, it will help us to understand the physiological mechanisms underlying itch perception.

痒是一种可引起抓挠欲望的不愉快的感觉，是多种皮肤病和系统性疾病的自觉症状。由于我们对痒的生理和病理机制认识不足，导致临床上缺乏有效治疗瘙痒的药物和手段。近年来，随着研究的深入，对于痒觉的外周和脊髓机制有了越来越多的了解，在外周和脊髓水平都发现了痒觉特异性的神经元，但对于高级中枢神经系统感知和处理痒觉信息的机制，我们的了解还很少。本研究拟采用在体多通道神经元放电记录技术和药理学实验，在清醒的大鼠上研究初级躯体感觉皮层和前扣带皮层在痒觉感知和信息处理中的作用。通过观察核团注射药物后动物的行为学反应，以及初级躯体感觉皮层和前扣带皮层内的神经元对致痒剂的反应特性，探明它们是否参与了痒觉的感知及其作用，在这些脑区内是否也存在痒觉特异性的纤维投射，这两个脑区对痒觉和痛觉的处理机制有何异同。此研究的完成将有助于进一步揭示痒觉的生理机制。

痒觉是一种多维度的主观感觉，昆虫叮咬引起的急性痒对机体具有一定的警示和保护作用，而皮肤病或全身性疾病引发的慢性痒则是一种病理状态，需要各种治疗干预。中枢神经系统在痒觉的形成和维持中具有重要的作用，然而对中枢神经系统如何参与痒觉的形成和维持目前尚不清楚。目前脑功能成像研究显示多个大脑区域参与了痒觉信息的处理，但基于脑成像的研究对于初级躯体感觉皮层是否参与痒觉处理还没有一致的结论；由于皮肤或全身疾病引发的瘙痒往往伴随着强烈的负向情绪，严重的会导致心理甚至精神的改变，对患者的生活质量造成极大影响。为了研究初级躯体感觉皮层和前扣带皮层在痒觉信息处理中的作用，在本项目中我们通过在体电生理方法，功能磁共振技术以及行为学方法，研究了初级躯体感觉皮层神经元对致痒剂刺激的反应特性，鉴定了这些神经元的性质，研究了慢性痒患者大脑结构和功能的改变。我们的研究结果显示，在我们记录到的神经元中，58%的初级躯体感觉皮层神经元可以被致痒剂刺激激活，对不同的致痒剂反应既有特异性的，也有非特异的反应，既有兴奋性的，也有抑制性的反应，反应时程持续数分钟到十几分钟不等。 在慢性痒病人的功能磁共振研究中，我们观察到，和健康对照组相比，病人组显示双侧丘脑、后扣带皮层（PCC）、楔前叶和右侧尾状核的灰质体积显著增加。慢性痒病人组丘脑和左侧额上回、右侧前扣带皮层，以及PCC和小脑的功能连接显著高于对照组。另外，右侧尾状核与左侧伏隔核的功能连接在病人组显著高于对照组，且与痒觉评分成正相关。我们的研究结果为初级躯体感觉皮层和前扣带皮层参与了痒觉的形成和维持提供了证据，为慢性痒疾病的治疗提供了可能的思路，具有重要的科学意义。