前扣帶回皮質投射到伏隔核(ACC-NAc)調控疼痛與鎮痛的社會轉移

共情 (Empathy) 指接受和感受他人的感覺和情感狀態，在社交中起著重要的作用。共情曾被認為是一種僅在人類中存在的高級情感認知過程，但逐漸被認識到，許多物種都表現出進化上保守的共情行為，例如觀察性恐懼。前扣帶回皮質 (ACC) 能夠編碼關于他人情感狀態的信息，然而其調控共情行為的神經環路機制尚不清楚。目的：探究共情相關的行為狀態（包括疼痛、鎮痛和恐懼）發生神經環路機制。方法：（1）動物模型：分別采用完全弗氏佐劑 (CFA)、嗎啡注射和足底電擊建立小鼠炎癥痛模型、鎮痛模型和恐懼模型。（2）行為學檢測：采用vonFrey hair 纖維絲檢測機械痛敏，尾部浸泡熱水和熱位置厭惡實驗檢測熱痛敏，情緒辨別任務檢測情緒狀態（通過陌生小鼠對不同情緒小鼠的嗅探時間來判定被嗅探小鼠是否經歷著類似的情感狀態），僵直時間檢測恐懼程度。（3）光遺傳學調控：通過注射病毒AAV-DJ-CaMKIIa-NpHR 實現對神經元的抑制，AAV-DJ-CaMKIIa-ChR2 實現激活。結果：（1）疼痛存在共情（即社會轉移）。觀察者 (bystander,BY) 小鼠和經歷炎性痛的小鼠放在同一籠進行1 小時社交，導致BY 小鼠出現了持續約4～24 小時的機械痛敏（雙側）和熱痛敏，并表現出類似的情緒。（2）為了探究參與疼痛共情的腦區，通過FosCreERT2 (TRAP2)小鼠和Ai14-TdTomato 小鼠交配構建FosCre-tdTomato 小鼠，用來標記參與共情的特異性神經元。結果發現，疼痛可以導致BY 小鼠ACC 和幾個下游投射腦區神經元被激活，包括伏隔 (NAc) 和基底外側杏仁核 (BLA)等。同時，應用單突觸狂犬病毒示蹤確定了共情過程中ACC 和NAc 被激活的神經元之間存在直接突觸連接。（3）為了探究ACC 調控的神經環路機制，通過注射光遺抑制ACC 腦區神經元（或1 周后，抑制ACC 腦區中參與共情的特異性神經元）或抑制ACC-NAc 投射，均緩解了BY 小鼠機械痛敏的出現，但不影響CFA小鼠痛敏；當光遺激活ACC-NAc 投射，使得BY 小鼠出現痛敏時間被顯著延長至72 小時。此結果提示：ACC-NAc 雙向調控可以影響疼痛的共情，但不影響機械痛敏。（4）為了探究ACC-NAc 調控共情是否具有普遍性，通過足底電擊建立條件恐懼模型，BY 小鼠通過社交后被誘導出了僵直行為，即恐懼存在共情。結果提示，通過光遺傳抑制ACC-NAc 不能緩解BY 小鼠的恐懼，但仍能緩解與CFA 小鼠社交后的痛敏；而抑制ACC-BLA 可以有效緩解BY 小鼠的恐懼，但不影響痛敏。此結果提示：ACC-NAc 和ACC-BLA 分別特異性調控疼痛和恐懼的共情。（5）為了證實鎮痛是否存在共情，CFA 造模后BY 小鼠與CFA 造模后給予嗎啡鎮痛的小鼠互動后，緩解了熱痛，說明鎮痛也存在共情現象；而后，通過光遺傳抑制ACC 或ACC-NAc，BY 小鼠疼痛未被緩解，說明阻斷了鎮痛的共情作用。此結果提示，ACC-NAc 參與鎮痛的共情。綜上所述，疼痛、鎮痛和恐懼等感覺和情感狀態可被其他小鼠感知，具體機制包括：ACC-NAc 神經環路特異性調控疼痛和鎮痛的共情，而ACC-BLA 神經環路可以特異性調控恐懼的共情。闡明調控共情的特異性環路機制，有助于使用非侵入性技術針對人類受試者開展相關研究，也將加速與神經精神障礙疾病相關的共情缺陷的新療法的開發。