中间神经元驱动疼痛高频振荡信号：揭示痛觉强度的关键编码机制

疼痛刺激会在大脑中引发多频段神经振荡的变化，其中高频的gamma振荡（60-90Hz）越来越被认为与痛觉感知密切相关，有望成为客观评估疼痛的一种神经指标。然而，目前主要基于脑电的研究仅揭示了现象层面，对皮层内神经元如何驱动这种高频振荡尚缺乏深入解析。

为了探索这一问题，中国科学院心理研究所胡理研究组开展了一项跨物种研究，系统阐明了“编码疼痛强度的中间神经元”在驱动疼痛诱发的高频振荡信号中发挥的关键作用。这一发现不仅在跨物种（人类与啮齿类动物）层面印证了疼痛诱发高频振荡与疼痛强度之间的密切关系，也进一步揭示了中间神经元在调控高频振荡信号和疼痛强度中的核心地位。

研究团队首先在大样本的人类脑电数据中发现，疼痛诱发的高频振荡信号会受到刺激强度与个体主观疼痛评分的双重影响，其在脑电拓扑图上呈现以中央区域为主的分布。随后，利用混合线性模型排除刺激强度因素后，研究者进一步印证了高频振荡信号与疼痛主观评分之间的显著线性关系——即高频振荡越强，个体对疼痛的感知评分越高。

研究团队此前的工作显示，皮层疼痛诱发的高频振荡信号来源于初级体感皮层（S1）。为了进一步探究为何疼痛高频振荡信号与疼痛感知强度具有高相关性，研究者利用硅电极记录技术探究大鼠S1区域对疼痛的编码特性。结果表明，与非痛触觉刺激相比，疼痛刺激诱发的神经振荡信号和神经元活动均偏向于编码疼痛的“强度”信息而非“位置”信息。其中，编码疼痛强度的中间神经元亚群对高频振荡信号的产生起到了显著的驱动作用。

为进一步明确不同类型神经元对疼痛诱发高频振荡信号的贡献，研究者利用钙离子成像技术，特异性标记了小鼠S1区小清蛋白（PV）阳性的中间神经元，并与锥体神经元进行比较。结果显示，PV阳性中间神经元仅编码疼痛强度，而锥体神经元仅编码疼痛位置。换言之，不同类型的神经元对痛觉信息维度存在不同的编码偏好。

研究者进一步通过光遗传学手段精确激活或抑制上述中间神经元和锥体神经元，考察这些神经元对疼痛行为的影响。结果显示，对中间神经元进行激活或抑制分别降低或提高小鼠对激光或机械刺激所致疼痛的敏感性，而调节锥体神经元对疼痛敏感性并无显著影响。该结果从功能层面证实，中间神经元对疼痛强度的编码偏好是影响疼痛敏感性的关键因素。

为了进一步明确PV中间神经元是否也是疼痛诱发高频振荡信号的核心神经元活动基础，研究者利用光电极记录技术，在调控S1区不同类型神经元的同时，通过光电极记录高频振荡信号的变化。结果发现，激活或抑制PV阳性中间神经元会分别增强或减弱疼痛诱发高频振荡信号的幅值，而对锥体神经元的调节并不会显著影响该振荡信号。

该研究以跨物种、跨层级的研究范式，将微观的“中间神经元”与宏观的“高频神经振荡信号”两大要素联系在一起，深入揭示了痛觉强度的关键编码机制。研究结果为疼痛客观评估提供了潜在的脑响应指标，也为神经调控镇痛方案的开发提供了有效的干预靶点。

该研究获得了2030-脑科学与类脑研究青年科学家项目、国家自然科学基金以及北京市自然科学基金等项目的资助。

相关成果已在线发表于Neuron。心理所助理研究员岳路鹏和博士研究生包充宇（已毕业）为共同第一作者，心理所胡理研究员为通讯作者。

论文信息：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

中间神经元驱动疼痛高频振荡信号并编码疼痛强度信息

研究目标与实验设计