前扣带回皮质投射到伏隔核(ACC-NAc)调控疼痛与镇痛的社会转移

共情 (Empathy) 指接受和感受他人的感觉和情感状态，在社交中起着重要的作用。共情曾被认为是一种仅在人类中存在的高级情感认知过程，但逐渐被认识到，许多物种都表现出进化上保守的共情行为，例如观察性恐惧。前扣带回皮质 (ACC) 能够编码关于他人情感状态的信息，然而其调控共情行为的神经环路机制尚不清楚。目的：探究共情相关的行为状态（包括疼痛、镇痛和恐惧）发生神经环路机制。方法：（1）动物模型：分别采用完全弗氏佐剂 (CFA)、吗啡注射和足底电击建立小鼠炎症痛模型、镇痛模型和恐惧模型。（2）行为学检测：采用vonFrey hair 纤维丝检测机械痛敏，尾部浸泡热水和热位置厌恶实验检测热痛敏，情绪辨别任务检测情绪状态（通过陌生小鼠对不同情绪小鼠的嗅探时间来判定被嗅探小鼠是否经历着类似的情感状态），僵直时间检测恐惧程度。（3）光遗传学调控：通过注射病毒AAV-DJ-CaMKIIa-NpHR 实现对神经元的抑制，AAV-DJ-CaMKIIa-ChR2 实现激活。结果：（1）疼痛存在共情（即社会转移）。观察者 (bystander,BY) 小鼠和经历炎性痛的小鼠放在同一笼进行1 小时社交，导致BY 小鼠出现了持续约4～24 小时的机械痛敏（双侧）和热痛敏，并表现出类似的情绪。（2）为了探究参与疼痛共情的脑区，通过FosCreERT2 (TRAP2)小鼠和Ai14-TdTomato 小鼠交配构建FosCre-tdTomato 小鼠，用来标记参与共情的特异性神经元。结果发现，疼痛可以导致BY 小鼠ACC 和几个下游投射脑区神经元被激活，包括伏隔 (NAc) 和基底外侧杏仁核 (BLA)等。同时，应用单突触狂犬病毒示踪确定了共情过程中ACC 和NAc 被激活的神经元之间存在直接突触连接。（3）为了探究ACC 调控的神经环路机制，通过注射光遗抑制ACC 脑区神经元（或1 周后，抑制ACC 脑区中参与共情的特异性神经元）或抑制ACC-NAc 投射，均缓解了BY 小鼠机械痛敏的出现，但不影响CFA小鼠痛敏；当光遗激活ACC-NAc 投射，使得BY 小鼠出现痛敏时间被显著延长至72 小时。此结果提示：ACC-NAc 双向调控可以影响疼痛的共情，但不影响机械痛敏。（4）为了探究ACC-NAc 调控共情是否具有普遍性，通过足底电击建立条件恐惧模型，BY 小鼠通过社交后被诱导出了僵直行为，即恐惧存在共情。结果提示，通过光遗传抑制ACC-NAc 不能缓解BY 小鼠的恐惧，但仍能缓解与CFA 小鼠社交后的痛敏；而抑制ACC-BLA 可以有效缓解BY 小鼠的恐惧，但不影响痛敏。此结果提示：ACC-NAc 和ACC-BLA 分别特异性调控疼痛和恐惧的共情。（5）为了证实镇痛是否存在共情，CFA 造模后BY 小鼠与CFA 造模后给予吗啡镇痛的小鼠互动后，缓解了热痛，说明镇痛也存在共情现象；而后，通过光遗传抑制ACC 或ACC-NAc，BY 小鼠疼痛未被缓解，说明阻断了镇痛的共情作用。此结果提示，ACC-NAc 参与镇痛的共情。综上所述，疼痛、镇痛和恐惧等感觉和情感状态可被其他小鼠感知，具体机制包括：ACC-NAc 神经环路特异性调控疼痛和镇痛的共情，而ACC-BLA 神经环路可以特异性调控恐惧的共情。阐明调控共情的特异性环路机制，有助于使用非侵入性技术针对人类受试者开展相关研究，也将加速与神经精神障碍疾病相关的共情缺陷的新疗法的开发。