投射到呼吸中枢的外壳神经元(绿色)和投射到疼痛/情绪中枢的核心神经元(红色)
学分:索尔克学院 你被威胁的声音吓了一跳，你的呼吸加快了；你痛得肘部粉碎，气喘吁吁
为什么当一个人受伤或焦虑时，他的呼吸频率会急剧增加，这在以前是不了解的
现在，一组索尔克科学家发现了大脑中的一个神经网络，它协调呼吸节奏和疼痛及恐惧的感觉
除了对疼痛管理、焦虑的心理学理论和疼痛本质的哲学研究领域的贡献，他们的发现可能会导致一种止痛剂的开发，这种止痛剂可以预防阿片类药物引起的呼吸抑制(OIRD)，即导致过量死亡的呼吸中断
在2021年12月17日发表在《Neuron》杂志上的研究中，Salk小组聚焦于脑干中一组被称为臂旁外侧核的神经元，该核以核-壳构型排列
他们发现，核心部位的神经元投射到杏仁核，杏仁核是大脑中处理恐惧和痛苦情绪体验的区域
外壳中的神经元投射到前博津格复合体，这是一个产生呼吸节律的区域
核心和外壳神经元根据这些区域的输入相互影响，使我们在经历疼痛或焦虑时呼吸更快
“我们是第一个证明臂旁外侧核如何协调呼吸和疼痛的小组，”该论文的资深作者宋汉说，他是索尔克克莱顿基金会肽生物学实验室的助理教授
“通过了解这个大脑区域的回路，我们也许能够把呼吸调节和疼痛调节分开，开发出一种药物，可以抑制疼痛的感觉，而不抑制呼吸，就像OIRD一样
" 在OIRD，阿片类药物抑制呼吸和疼痛；这是阿片类药物致死的主要原因
在之前的工作中，韩的实验室表明，像吗啡这样的阿片类药物通过触发称为μ阿片受体(MOR)的特定受体来抑制呼吸，从而导致表达μ阿片受体的神经元受到抑制
他们还表明，重新激活表达MOR的细胞可以逆转OIRD
目前的工作提出了预防OIRD的额外方法，可能通过抑制该区域核心的神经元(减弱恐惧/焦虑)，同时刺激外壳中类似的神经元(支持呼吸)
为了展示这些神经元如何协调呼吸与疼痛和情绪，研究人员首先使用光和化学试剂来证明操纵臂旁外侧核中表达MOR的神经元会改变小鼠的呼吸频率
然后，他们使用荧光示踪剂将输入和输出映射到表达MOR的神经元
他们的结果表明，聚集在该区域核心的神经元投射到中央杏仁核，而聚集在周围壳层的神经元投射到前勃琴格复合体
一个群体的电生理记录同时刺激另一个群体，揭示了这些亚群中的一些是相互联系的，在它们之间有一个兴奋性网络
通过这个网络，恐惧和疼痛的信号与呼吸节奏相协调
“我们发现了非常复杂的电路，涉及这些神经元的上游和下游输入
通过揭示这种循环机制，我们可以更好地解释为什么呼吸常常与疼痛和焦虑相协调，”第一作者刘说，他是韩实验室的研究生
韩渴望看到团队的发现有转化的应用
先锋基金发展主席韩说:“目前最大的问题是阿片类药物减少疼痛，但也减少呼吸，因此人会死亡。”
“通过了解我们研究中的这两种机制，也许我们可以通过药物干预来操纵某些神经元群体，这样我们就可以在不改变呼吸的情况下控制疼痛
" 韩的团队目前正致力于核心和外壳群体的基因分析，以确定专门调节疼痛或呼吸的功能标记
这项研究的其他作者是叶茂，杰拉尔德·M
Pao，Jinho Jhang，，Sukjae Joshua Kang，Salk的金东日；和加州大学圣地亚哥分校的塞缪尔·明苏普·宋和海北江
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