Gehirnzellen, die Schmerzen machen unangenehme

Wenn Sie Schritt auf eine Wende, die Neuronen in Ihrem Gehirn registriert wird zwei Dinge: dass es ein piercing, das körperliche Gefühl in Ihrem Fuß, und dass es nicht angenehm ist. Nun, ein team von Wissenschaftlern an der Stanford University hat festgestellt, ein Bündel von Gehirnzellen bei Mäusen verantwortlich für die letzteren -, dass ist, die negativen Gefühle von Schmerz.

Schmerz-Forschung konzentrierte sich bisher auf die Neuronen und Moleküle in der ersten Reihe der Schmerzwahrnehmung-die Zellen in den Nerven, die Prozess-Stiche, Schnitte, Verbrennungen und dergleichen-und letztlich vermitteln eine physische Bedrohung Nachricht. Was Gréblutige Scherrer, PhD, assistant professor für Anästhesiologie und der Neurochirurgie, und Mark Schnitzer, PhD, außerordentlicher professor der Biologie und der angewandten Physik zu studieren, geht einen Schritt weiter. „Wir schauen, was das Gehirn aus diesen Informationen macht,“ Scherrer sagte. „Während schmerzhafte Reize werden erkannt, durch die Nerven, diese Informationen bedeutet nicht, etwas emotional, bis es erreicht das Gehirn, so dass wir Sie zu finden, die Zellen im Gehirn, die hinter den Unannehmlichkeiten von Schmerzen.“

Unterstützt von Tier-Gehirn-Bildgebung und molekulare Tests, die die Forscher gefunden haben, die ein ensemble von Zellen in der amygdala, eine region des Gehirns, klassisch verbunden mit emotion und Angst, die scheint speziell die Funktion als ein-aus-Schalter für Schmerz und Abneigung. Und obwohl der Befund wurde in Mäusen, es gibt Grund zu glauben, es könnte eines Tages dienen als therapeutisches target für den menschlichen Schmerz, da die Maus und die menschliche amygdala sind gar nicht so Verschieden in der Funktion. Die Erforschung dieser Gruppe von Zellen konnte zeigen, eine mögliche Behandlung für die chronischen Schmerz, hoffen die Wissenschaftler.

Die Idee ist, die Patienten leiden unter der emotionalen Unannehmlichkeiten von Schmerzen, anstatt die Schmerzempfindung selbst. Wenn es einen Weg gibt, zu langweilig die emotionale Verletzung, eher als die physische Empfindung von Schmerz, das könnte groß sein für Patienten mit chronischen Schmerzen.

Ein Papier beschreibt die Ergebnisse der Studie werden veröffentlicht, Jan. 18 in der Wissenschaft. Scherrer und Schnitzer, der auch ein Howard Hughes Medical Institute investigator, teilen senior-Autorenschaft. Postdoc-Stipendiat Gregor Corder, Doktoranden und ehemaligen postdoctoral scholar Biafra Ahanonu, PhD, sind die co-lead-Autoren.

Peeping Schmerzen Neuronen

Die amygdala Schienen den Forschern ein logischer Ort zu beginnen, da es ein etablierter hub für Emotionen im Gehirn. Innerhalb der amygdala, Sie verengt Ihre Suche durch die Suche nach Neuronen in Mäusen, die aktiv waren, während der kurzen Schmerz stimulation — wie ein Tropfen warmes, aber nicht siedendes Wasser angewendet, um eine Pfote. Neuronen, die aktiv sind, äußern mehr von einem spezifischen gen namens c-Fos, und in der Tat, ein Meer von c-Fos-exprimierenden Neuronen loderte nach dieser Reiz.

„Aber das wirklich nur sagt Ihnen, dass diese Neuronen aktiv waren, an einem gewissen Punkt, und es ist nicht spezifisch genug,“ Scherrer sagte. „Was wir wollten, war, zu schauen, dass sich die Neuronen an frei beweglichen Tieren.“

Zu beobachten, die tief sitzende Verdrahtung des Gehirns einer Maus, Scherrer zusammen mit Schnitzer, die entwickelt hatte, eine „miniscope“ — ein Mikroskop über die Länge eines kleinen Büroklammer, die könnte angebracht werden, um einer Maus den Kopf zur Aufzeichnung Aktivität in seinem Gehirn. Sie positioniert das Gerät strategisch zu visualisieren, die amygdala. Die Maus, lebendig und gut, könnte spazieren, wie Sie es zufrieden, während das miniscope aufgenommene Kalzium-flux in den Neuronen, ein proxy für die Zell-Aktivität.

Die Wissenschaftler überwachten die Maus-Gehirn mit dem Mikroskop beobachtet, die Mäuse erkennen, etwas unwohl, beobachtet die aversive Reaktionen und dann überprüft, welche Neuronen aktiv waren. „Mit diesem setup, wir identifizierten eine Gruppe von Nervenzellen in der amygdala, die selektiv kodiert Signale bezüglich der emotionalen Aspekte einer schmerzhaften Erfahrung,“ Schnitzer sagte.

Wenn die Mäuse berührt einen Tropfen von sehr heißen oder kalten Wasser (keine von beiden stark genug, um zu verletzen die Mäuse) Sie zog sich aus und signalisiert dem Wissenschaftler, dass die Nager waren nicht zufrieden. Auf dieser Entzug, die Mikroskop-Aufnahme zeigte ein Bündel von Neuronen in der amygdala-speziell in der basolateralen region-was nahelegt, dass diese Neuronen wurden insbesondere zuständig für die emotion des Schmerzes.

Es war jedoch noch immer möglich, dass diese basolateral ensemble war einfach feuern relay Allgemeine emotion, anstatt speziell die Unannehmlichkeiten von Schmerzen. So, die Forscher fütterten die Mäuse, die Zucker-Wasser-eine süße leckerei bekannt, die Freude bringen, um alle Maus-und hatte ein Auge auf die Sammlung von Neuronen im Verdacht, relais Unmut. Wie erwartet, diese Neuronen blieb stumm.

„Es gibt auch einen Unterschied zwischen Schmerzen und erleben, ist etwas nervig, so dass wir weiter wollten, um zu testen, ob die amygdala-Neuronen aktiv, während die Schmerzen wurden auch im Zusammenhang mit einer insgesamt negativen Emotionen, lieber als die Schmerzen besonders,“ Scherrer sagte.

Was miffs eine Maus? Die gleichen Dinge, die möglicherweise stören Geschwister: kleinen Hauche der Luft, um das Gesicht, ein unappetizingly bitteren Geschmack oder eine sehr schlechte Geruch. Zwar stört die Mäuse, die Forscher wieder überwacht der basolateralen amygdala Schmerzen ensemble, und auch hier sind die Neuronen Verhalten blieb.

Die Verfolgung der Wahrnehmung von Schmerzen

„Nach all dem schlossen wir, dass dieses ensemble von Neuronen, die selektiv reagiert, während Schmerzen,“ Scherrer sagte. „Aber es ist noch immer nicht vollständig nachweisen, dass Sie die Grundlage für das emotionale Reaktion.“

Zu untersuchen, die Frage etwas tiefer die Forscher eingerichtet, über einen Wanderweg, der mit drei unsichtbare Spuren: Auf der linken Seite war ein kalter Streifen, auf der rechten Seite, ein heißes Eisen; und zwischen den beiden war, einen gemäßigten Mittelweg. (Für Kontext, zu Fuß in den beiden äußeren Bahnen war vergleichbar kurz barfuß auf dem Bürgersteig in der Mitte der winter oder Sommer jeweils-unangenehm, aber nicht dauerhaft zu beschädigen.)

Normale Mäuse, die gingen auf die Strecke mit der Zeit gelernt, dass die mittlere Spur war erträglich, während die äußeren beiden waren unangenehm. Aber in einer ausgewählten Gruppe von Mäusen, die Forscher vorübergehend deaktiviert das bundle der amygdala, die Schmerz-Nervenzellen gedacht, um relais Gefühle von körperlichen Beschwerden. Diese Mäuse — ohne Schmerzen verursachte Unannehmlichkeiten — skittered um den äußeren Regionen, ungeachtet der extremen Temperaturen.

Was ist faszinierend, über diese, Scherrer sagte, war, dass diese Mäuse waren nicht ohne körperliche Gefühl. „Der Schmerz war einfach nicht mehr unangenehm für Sie“, sagte er. Der Nager konnte immer noch spüren, und reagieren auf körperliche Empfindungen, sondern die Reize, die Sie einmal als unangenehm empfunden (heiße oder kalte Tropfen Wasser) waren nicht mehr störend. Wenn ausgesetzt, um ein Tropfen von heißem Wasser, zum Beispiel, die Mäuse mit einem gedämpften basolateralen neuronalen ensemble würde sich bewegen Ihre Pfote Weg von der Pipette, die signalisieren, dass Sie fühlte die Reiz-aber Sie würde sich bewegen Ihre Pfote in seine ursprüngliche position zurück, etwas, dass normale Mäuse nicht tun. Dies ist ein entscheidender Teil für die Nutzung des Ensembles als Werkzeug in der Schmerztherapie, Scherrer sagte, wie ein Tier, oder Mensch, ohne die Fähigkeit, körperlich zu fühlen, überhaupt etwas macht Sie anfällig für Verletzungen.

Langfristig Scherrer soll bestätigen, dass die Funktion der basolateralen ensemble in Mäusen ist der gleiche wie bei Menschen, und dann auf der ganzen Linie, finden Sie eine sichere und effektive Weg, um die Stille der ensemble-Funktion, ohne sich mit anderen Neuronen.

„Es gibt wirklich keine gute Behandlung für die chronischen Schmerz in den Menschen, und das ist ein wesentlicher Treiber für die opioid-Epidemie,“ Scherrer sagte. „Aber Sie sehen, Patienten, die Opioide für Schmerzen berichten, dass Sie immer noch spüren kann, das Gefühl von Schmerzen, aber sagen, es ist weniger störend-die Emotionen der Schmerzen sind unterschiedlich. Unsere große Zukunft hoffe, ist, dass die Zellen in der basolateralen ensemble könnte eine Taktik zur Eindämmung der Krankheit von Schmerzen, ohne Verursachung von sucht und damit, im Idealfall, zu handeln, als einen möglichen Ersatz für die opioid-Behandlung.“

Andere Stanford-Autoren der Studie sind der ehemalige Stanford-Postdoc-Stipendiat Benjamin Grewe, PhD; und wissenschaftlicher Mitarbeiter Dong Wang, PhD.

Die Studie wurde finanziert von der National Institutes of Health (Zuschüsse R00DA031777, R01NS106301, K99DA043609, F32DA041029 und T32DA35165), der New York Stem Cell Foundation, der Rita Allen Foundation, der American Pain Society, der National Science Foundation, die Howard-Hughes-Medical-Institute, die Bill-und-Melinda-Gates-Stiftung und der Swiss National Science Foundation.