目前，科學家對

脊髓背角（DH）

中的觸覺編碼及其對大腦觸覺表徵的影響知之甚少。使用應用於面板的機械刺激、體內電生理記錄和基因操作，近日，

David Ginty

團隊發現

小鼠脊髓DH中的神經元接收來自低閾值和高閾值機械感受器亞型的會聚輸入，並表現出六個功能不同的機械響應，揭示了一個廣泛互連的DH網路

。他們的成果發表在最新一期的

Cell

雜誌上，名為

“

Mechanoreceptor signal convergence and transformation in the dorsal horn flexibly shape a diversity of outputs to the brain

”。

初級機械感覺神經元的訊號是瞭解觸覺的神經生物學的基礎。其中，科學家好奇的一個問題是，來自外周機械感受器亞型的訊號在 CNS 中如何以及在何處組合以生成觸控的感覺。新觀點是：

來自生理上不同的機械感覺神經元型別的訊號，在體感層次結構的早期聚合，從而生成複雜的觸覺特徵

。然而，我們仍不清楚：DH 神經元型別在體內的響應特性、DH 內機械感受器亞型收斂的性質和程度，以及 DH 機械感覺編碼在較高體感層次的觸覺表徵中的貢獻。

DH中機械感覺反應的功能多樣性

作者開發了一種用於體內脊髓多電極陣列

（MEA）

電生理學的製劑，並同時記錄了數十個腰椎 DH 神經元，同時向聚氨酯麻醉小鼠的足底後爪表面提供了控制良好的機械刺激

（圖1A）

。此外，不同力振幅和頻率的振動刺激被傳送到射頻中心。在分析的初始階段包括142 只小鼠的總共 5，060 個單元記錄

（圖

1C）

。

值得注意的是，記錄的絕大多數腰椎 DH 神經元

（92%）

做出廣泛響應

（圖1B）

。使用無監督聚類來評估這種功能多樣性的程度

（圖1C）

。該分析將 DH 單元分為六個主要功能組，這些功能組根據它們在整個壓痕強度範圍內的響應

（

圖1D-1I）

和豐度

（圖1J）

進行區分。

六個功能簇中的 DH 神經元對壓痕的敏感性不同

，敏感性和持續反應分佈在機械力空間中

（圖1E和1H）

。不同功能組內的神經元在層流深度上廣泛分佈，不敏感單元駐留在表層，而敏感單元駐留在更深的DH中

（圖1K）

。

圖1。 DH神經元機械感覺反應的功能多樣性

分析顯示，RF 區域因 DH 功能簇型別而異，並且完全是興奮性的，沒有抑制性環繞

（圖2A–2C）

。此外，最敏感的 DH 神經元往往具有最大的 RF。資料表明

初級的高度收斂機械感覺神經元向單個 DH 神經元發出訊號。

作者還研究了 DH 神經元如何編碼機械振動

（圖2D-2F）

。只有一小部分機械敏感的 DH 神經元

（~15%）

將其發射到高達 120 Hz 的振動

（圖2D、2E）

。

相比之下，隨著振動頻率增加到 120 Hz，所有簇中大多數 DH 神經元的敏感性增加

（圖2D-2F）

。

這些發現表明，

大多數 DH 神經元直接或間接地接收會聚輸入，分別對 20-100 Hz 和 100-500 Hz 振動刺激最敏感。

圖2。 DH神經元功能型別的感受區與振動調諧

基因定義的DH神經元亞型

對映到功能定義的簇上

為了確定已知的DH 中間神經元

（基因定義）

的特性是否與特定功能簇一致，作者將體內 MEA 記錄與基因定義的 DH 中間神經元型別的光學標記相結合

（3A-3C）

，有選擇地記錄了 （1） 基於神經遞質身份細分的廣泛 DH 神經元群體和 （2） 先前描述的形態和生理上不同的興奮性和抑制性 DH 中間神經元型別的樣本

（圖3D-3J）

。然後將基因標記的 DH 中間神經元的體內響應特性和 RF 與由無偏聚類定義的 DH 功能型別進行比較。

作者發現

DH 抑制性中間神經元比同時記錄的假定興奮性 DH 單元更敏感，並在更高的壓痕力下產生更持久的反應

（圖3G）

。抑制性中間神經元也表現出比興奮性中間神經元更大的 RFs

（圖3H）

。

總之，這些發現表明

機械敏感的 DH 神經元分佈廣泛，分為六個主要功能簇，可能對應於一種或多種具有獨特內在生理、形態和突觸特性的中間神經元型別。

圖3。遺傳定義的中間神經元對映到 DH 神經元功能型別

感覺誘發的前饋和反饋抑制迴路

對DH神經元反應

具有廣泛的控制作用

為了定義區域性 DH 迴路在塑造 DH 中間神經元和輸出神經元的反應中的作用，作者評估了初級傳入神經元和 PSDC 輸出神經元之間的突觸連線，以及Rorβ 和 PVi 抑制中間神經元對前饋和反饋抑制的貢獻

（圖4A）

。

Rorβ 中間神經元的光遺傳學刺激誘發了強烈的單突觸 IPSC

（圖4F和4G）

，且直接抑制了鄰近 PSDC 的活動和興奮性

（圖4H）

。相反，

PVi 神經元的光遺傳學啟用未能在 PSDC 神經元中直接激發單突觸 IPSC

（圖

4K）

。

圖4。 感覺誘發的前饋和反饋抑制迴路對 DH 神經元反應具有廣泛的控制作用

結 論

作者結合大規模體內電生理學和一系列功能操作來評估脊髓 DH 中間神經元和輸出神經元機械反應型別的多樣性和功能。觀察了六種機械敏感的 DH 神經元功能型別，基於它們的敏感性、強直和機械誘發的放電模式以及 RF 區域和形狀。

先前鑑定的基因標記的中間神經元亞型的樣本表明它們主要對映到一個或幾個功能類別。

功能不同的 DH 中間神經元型別接收廣泛收斂的 LTMR 和 HTMR 輸入，並形成一個高度互連的網路架構，用於靈活地塑造 PSDC 輸出的響應特性的多樣性。

作者還表明，

複雜、相互關聯的 DH 網路中的機械感覺訊號轉換決定了作用在面板上的機械力如何在大腦中表現出來。

參考文獻

Chirila AM， Rankin G， Tseng SY， Emanuel AJ， Chavez-Martinez CL， Zhang D， Harvey CD， Ginty DD。 Mechanoreceptor signal convergence and transformation in the dorsal horn flexibly shape a diversity of outputs to the brain。 Cell。 2022 Nov 23；185（24）：4541-4559。e23。 doi： 10。1016/j。cell。2022。10。012。 Epub 2022 Nov 4。 PMID： 36334588； PMCID： PMC9691598。