文摘
我们先前的研究已经证实,电针刺激(EA)可以有效地干预在痛苦的记忆中,但相关的神经机制仍不清楚。在这项研究中,我们观察到的影响EA在调节疼痛与内存相关的行为和同步神经振荡吻侧前扣带皮层(rACC)。在疼痛的行为测试中,痛苦记忆诱导nonpain刺激刺激神经振荡反应类似于rACC引起的疼痛刺激。EA之后,nonpain刺激不引起神经振荡活动减少rACC直到疼痛刺激的表示。EA,厌恶行为测试期间,θ的差别通过对这些权力,抑制厌恶记忆的检索和缓解疼痛memory-induced厌恶的行为。这些变化振荡活动可能是EA的特点治疗疼痛的记忆。
1。介绍
许多研究证明,最初的创伤性不可磨灭的痛苦记忆往往是长期未治愈慢性疼痛的一个关键因素1- - - - - -4]。痛苦的记忆一直是一个新的关注慢性疼痛研究[5- - - - - -7]。因此,根除痛苦的记忆可能会缓解慢性疼痛的关键。我们先前的研究和其他研究已经表明的“痛苦记忆”现象可以复制大鼠疼痛内存模型,和目前的研究也是基于这个模型(2,3,8]。
吻侧前扣带皮层(rACC)是一种重要的大脑区域痛苦记忆的调制(2,3,9]。我们之前的研究表明,营地/ PKA /分子信号通路在rACC有关记忆存储和检索是参与调节疼痛memory-induced疼痛的行为在一个老鼠疼痛内存模型(2]。此外,一项研究表明,rACC还参与厌恶行为的处理(10]。因此,是否疼痛记忆引起厌恶行为的变化和rACC无疑是值得进一步研究。
神经振荡神经元兴奋性的有节奏的波动。这是一个结合神经合奏射击水平不同的频率。三角洲带振动通常是密切相关的决策,注意力的过程,和期望11,12]。振荡在θ乐队与记忆编码和检索(13,14]。α和β振荡与自上而下的认知过程,包括运动的关注和准备(15- - - - - -17]。伽马振荡通常被观察到在许多大脑区域在清醒和睡眠状态(18]。
最近的研究表明,神经振荡机制是核心研究慢性疼痛的大脑神经网络(19- - - - - -22]。证据表明,神经振荡在多个频带调制不同级别的信息集成,扮演一个重要的角色在认知、情感和行为(23- - - - - -26]。另外,疼痛可以引起大脑神经振荡区域的变化,最近的研究表明,急性疼痛可以刺激局部场电位的变化(联赛)在多个频段在ACC (27- - - - - -29日]。然而,痛苦的记忆是否会诱导神经振荡的变化需要进一步观察。
电针刺激(EA),涉及电子针灸刺激的一种形式,被广泛应用在诊所作为慢性疼痛的止痛剂(30.- - - - - -32]。EA基本上可以调节的前额叶神经网络与认知的神经网络(33]。另外,EA可以调节大脑的改变振荡活动在老鼠模型的急性疼痛,调节中央流程和自发的神经网络损伤信息集成(34]。我们之前的研究也表明,EA可以减轻疼痛的行为引起的痛苦记忆的检索(2,3]。然而,EA如何调节疼痛的鼠模型中神经网络记忆仍然未知,值得进一步观察。在这项研究中,探讨电针刺激对疼痛的影响与内存相关同步神经振荡rACC中自由移动的老鼠,我们观察疼痛memory-induced疼痛的和厌恶的行为,通过体内细胞外多通道记录同步联赛。
2。材料和方法
2.1。动物和组
男性成人Sprague-Dawley (SD)大鼠体重250 - 300克的获得来自中国浙江医科大学实验动物中心。动物们被安置在五组与柔软的床上用品塑料笼子大学动物保健设施的人造12/12 h光暗周期在8点(灯)。动物获得食物和水随意以恒定室温23到25°C和40% - 70%的相对湿度。老鼠实验操作之前,有一段时间的1周去适应他们的新环境。整个实验是按照指导方针执行的国际研究协会的疼痛和制度动物伦理委员会(IAEC)。
成年雄性SD大鼠随机分为空白控制(控制)组,疼痛内存模型(模型)组,模型+电针刺激(EA)组。
2.2。手术
动物麻醉与氨基甲酸乙酯麻醉i.p(1.2克/公斤。,Sigma-Aldrich) and fixed to a stereotaxic apparatus (68025, RWD Life Science, China). Rats were placed in a stereotaxic frame on a heated surgical platform maintained at a constant temperature of 37°C. A midline scalp incision was made to expose the skull to allow for the implantation of a microwire array, which was fixed to the skull with surface screws and dental cement. Rats received surgery for neural recordings.
记录rACC神经活动的联赛,一个记录导电带数组是外科手术植入。外科手术是我们以前的研究中使用的相同(12]。数组被驱动到正确的rACC twenty-degree角使用液压微硬碟机(型号51421,Stoelting有限公司木材Dale,美国)。每个导电带阵列由8细丝的镍铬线(35μ米直径,Stablohm 675;加州细金属丝公司,格罗弗海滩、钙、美国)。数组了 与200年建筑μm记录之间的电线。下面的坐标(相对于前囱)被用来中心数组:rACC(+ 2.7毫米rostrocaudal + 0.8毫米中间外侧的,和背腹侧的2.0毫米)。
2.3。疼痛内存模型
在我们之前的研究中,痛苦的内存模型是由两个注射角叉菜胶诱导2,3]。第一次注射角叉菜胶放在左边的后爪足底表面通过皮下注射0.1毫升的2%角叉菜胶(Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国)诱导急性炎性疼痛。14天之后恢复期,当正确的后爪也注射角叉菜胶相同,恢复后左爪的痛阈下降了。这表明疼痛内存模型成功地准备。基本实验过程如图1。
2.4。电针刺激
电针刺激治疗应用EA组的老鼠。在一项研究2,3),我们发现在双边EA治疗穴位“Zusanli”(ST36)和参比电极(差1厘米的“Zusanli”)有效影响检索的痛苦记忆。因此,我们使用相同的方法包括在这项研究穴位和EA参数。与不锈钢的针灸穴位的针刺( 长),汉斯穴位电刺激神经刺激器(Hans 200 e;华为有限公司,北京)。EA参数设置如下:2/100赫兹的频率自动转移2赫兹到100赫兹为3 s每个刺激;方波电流输出(脉冲宽度:0.2 ms);马和强度范围约1 - 2调整当地动物的肌肉收缩。治疗是在5 h, 1 - 5 d在第一次注射角叉菜胶。在整个过程中,所有大鼠保持相对舒适的状态,没有任何挣扎和尖叫。
2.5。疼痛的行为测试
如上所述,爪子撤军阈值(佩恩表的编制者)自动测量使用动态足底触觉计(型号37450;尤格Basile、Comerio、意大利)[12,35]。paw-flick响应被应用越来越引起垂直力(从0到50克稳步增长超过20 s)使用不锈钢探针(0.5毫米直径直轴)放置在网格地板和集中在中间跖侧表面后爪。根据我们先前的研究中,佩恩表的编制者被确定为四个后续测量的意思是除了第一个每隔1分钟(12]。此外,所有操作员的指导下进行了操作。
2.6。厌恶行为测试
两种注射角叉菜胶诱导厌恶行为进行使用修改后的条件性位置厌恶(CPA)模式(36]。树脂玻璃范式包含两个同样大小的橱柜( )可以通过打开或关闭控制挡板。这两个柜子是由不同宽度的壁纸条(3厘米,宽9厘米)和颜色(黑色和白色)。一边交流柜是3厘米的黑色和白色的颜色,另一边是9厘米交替的黑色和白色的颜色。底是掏空了,可以完全放在装有多孔的平台动态足底触觉计。
在基线,老鼠离开免费开放(中间没有挡板)范式为30分钟,和老鼠的活动时间分别记录两个隔间。疼痛,non-pain-paired隔间为每个老鼠被随机分配根据老鼠的活动时间在两个隔间基线。0天,两节车厢分离挡板和老鼠放在一个non-pain-paired舱免费活动30分钟(无条件阶段)。老鼠被放置后回到笼子里休息30分钟,控制老鼠有一个左后爪注入0.1毫升的0.9%氯化钠和模型和EA老鼠注射0.1毫升的2%卡拉胶在左后爪。四小时后,老鼠放入pain-paired隔间(调节阶段),经过一段5分钟的习惯,每个离开后爪刺激每分钟25分钟使用一个动态足底触觉计。老鼠被放置在两个隔间(中间没有挡板)免费运动30分钟1天,第五天,13天,和他们的活动时间在两个隔间被记录。14天,对照组大鼠有0.1毫升的0.9%氯化钠在正确的后爪。模型和EA老鼠注射0.1毫升的2%卡拉胶在正确的后爪。15天,大鼠30分钟的两个隔间之间自由移动,和他们的活动时间被记录。
厌恶的行为与注册会计师衡量得分,这是测试一天之间的时差(第一天,第五天,13天,一天15)和基线pain-paired隔间。公式如下所示:
在老鼠实验中,轻轻放在两个隔间的中心区域。大鼠适应了1分钟后,视频采集软件自动启动时间和跟踪的活动大鼠30分钟。实时记录和数据分析使用智能视频跟踪软件执行(v3.0, Panlab,西班牙)。测试之前的老鼠后,两个隔间是彻底与10%的酒精擦洗,消除残留痕迹和气味影响了下老鼠测试的活动。
2.7。神经录音
联赛记录从植入导电带数组Cerebus神经信号处理系统(贝莱德微系统、盐湖城、UT、美国)。锂离子信号preamplified (300 x),带通滤波(0.3 -250 Hz),并在1千赫采样。神经录音是在疼痛的行为获得测试环境在安静的状态。足底摄像机和视频跟踪系统(美国ANY-maze、Stoelting有限公司)是用于生成实时成像的老鼠的足底和刺激探针动态足底触觉计,允许同步探测刺激的过程与神经元获得数据。没有从动物研究由于穷人放置记录电线。
2.8。光谱分析
通过离线分析数据处理和验证使用NeuroExplorer 5.021 (NEX Plexon Inc .)和2014年出口到MATLAB (MathWorks纳蒂克,MA)进行补充分析。
谱图分析被用来可视化LFP在不同频段功率为每个条件作为时间的函数。原始rACC锂带通滤波在2-45赫兹使用因果zero-phase-shift过滤器(四阶巴特沃斯)。接下来,功率谱密度(PSD)计算与汉宁窗210垃圾箱在2-45 Hz范围和50%重叠窗口。PSD的权力由对数归一化(分贝),和平滑应用高斯滤波器, )。以下5个频段间隔被认为:δ(2 - 4赫兹),θ(Hz 4 - 9日),α(9 - 15赫兹),β(15 - 30 Hz),和γ(30 - 45赫兹)。
2.9。统计分析
所有给出的平均价值 。——或双向重复测量方差分析(rm方差分析)与Bonferroni事后分析时使用方差相等。在所有情况下,被认为是具有统计学意义的结果 。
3所示。结果
3.1。疼痛与内存相关的行为观察疼痛的行为测试期间
如图2,我们测试了爪子撤军阈值(佩恩表的编制者)的后爪侧(左)控制,模型,和EA组(rm双向方差分析;组: , ;时间: , ;和 : , ; )。事后分析表明,每组没有明显差异在第一次注射角叉菜胶到同侧的后爪( ,Bonferroni测试)。此外,佩恩表的编制者模型和EA组与对照组相比明显减少4 h ( ,Bonferroni测试)。模型的佩恩表的编制者组1 d和5 d和EA组1 d的佩恩表的编制者显著低于对照组在同一时间( ,Bonferroni测试),佩恩表的编制者1 d和5 d的EA组明显高于模型组( ,Bonferroni测试)。13 d,每组之间没有显著差异( ,Bonferroni测试),并在14 d,相同剂量的卡拉胶注入模型的对侧的后爪和EA组。在15 d,佩恩表的编制者的身体的同侧的后爪模型组显著减少相对于对照组的老鼠( ,Bonferroni测试),与模型组相比,佩恩表的编制者的身体的同侧的后爪EA组显著增加( ,Bonferroni测试)。
3.2。同步振荡神经疼痛的过程中观察到的疼痛与内存相关的行为行为测试
C对常用的prestimulus阶段(5 0年代),振幅和PSD值观察在刺激阶段(0年代爪子撤军(向上箭头))显示早期回到下跌趋势在1 d rACC, 13 d,和15 d(图3(一个))。维护倍的老鼠的爪子撤出刺激不同,我们选择意味着PSD作为观测目标。1 d,没有显著差异意味着PSD在2-45赫兹prestimulus和刺激之间的阶段(rm单向方差分析; , )。13 1 d, d,和15 d,平均PSD的刺激阶段是低于prestimulus阶段(rm单向方差分析; , ; , ;和 , )(图3 (b))。
(一)
(b)
(c)
每个频带的分析结果如下(图3 (c)):在1 d,意味着PSD的θ频段增加在刺激阶段(rm单向方差分析; , )和显示降低α频段(rm单向方差分析; , )相比prestimulus的阶段。在1 d,意味着PSD刺激阶段减少的三角洲,θ,α和β乐队(rm单向方差分析; , ; , ; , ;和 , )相比prestimulus的阶段。13 d,平均PSD刺激阶段明显下降的三角洲和θ乐队(rm单向方差分析; , 和 , )相比prestimulus的阶段。在15 d,意味着PSD的三角洲,θ,α,β和γ乐队在刺激阶段显著下降(rm单向方差分析; , ; , ; , ; , ;和 , )相比prestimulus阶段(图3 (c))。
3.3。EA后,同步振荡神经疼痛与内存相关的行为观察期间疼痛的行为测试
EA之后,prestimulus阶段相比,早期下降的幅度和PSD的刺激阶段没有观察到1 d, 13 d,和15 d(图4(一))。
(一)
(b)
(c)
1 d, 1 d, d, 13和15 d,没有明显差异的意思PSD prestimulus和刺激阶段(rm单向方差分析;所有 )(图4 (b))。此外,图4 (c)显示1 d, 13 d,和15 d,没有显著差异在每个频带的平均PSD刺激和prestimulus阶段(rm单向方差分析;所有 )。在1 d,意味着PSD三角洲的乐队在刺激阶段高于在prestimulus阶段(rm单向方差分析; , )。
3.4。疼痛与内存相关行为厌恶行为测试期间观察到的
图5表明有变化之间的控制,模型,和EA组1 d, 5 d, d, 13和15 d (rm双向方差分析;组: , ;时间: , ;和 : , ; )。结果观察到15 d显示,模型组的得分值低于对照组( ,Bonferroni测试);与模型组相比,EA组的得分值显著增加( ,Bonferroni测试)。在一起,这些数据表明,第二个伤害刺激的厌恶记忆pain-paired隔间(调节阶段)模型大鼠的刺激明显厌恶回避行为。EA可以抑制厌恶记忆引起第二次受伤,和老鼠表现出没有嫌恶的回避行为。
3.5。同步神经振荡过程中观察到的疼痛与内存相关的行为反感的行为测试
我们的数据表明,当老鼠non-pain-paired隔间中自由移动,意味着PSD逐渐增加,特别是在15 d,意味着θPSD乐队达到明显的峰值(图6(一))。老鼠朝pain-paired舱时,均值PSD也逐渐增加,在15 d,θ的意思PSD乐队也增加了(图6 (b))。
(一)
(b)
(c)
(d)
接下来,我们分析了PSD在5个频段。观察到1 d相比,平均PSD观察到1 dθ和α乐队减少pain-paired舱(rm单向方差分析; , 和 , ;图6 (d))。平均PSD在δ5 d乐队增加但α乐队减少non-pain-paired舱(rm单向方差分析; , 和 , ;图6 (c))。平均PSD在δ13 dθ,α和β乐队增加non-pain-paired舱(rm单向方差分析; , ; , ; , ;和 , ;图6 (c)),而它增加了θ和α乐队同时pain-paired舱(rm单向方差分析; , 和 , ;图6 (d))。平均PSD在三角洲15 dθ,α和β乐队增加non-pain-paired舱(rm单向方差分析; , ; , ; , ;和 , ;图6 (c)),而θ,α和β乐队,它增加pain-paired舱(rm单向方差分析; , ; , ;和 , ;图6 (d))。注意,意味着PSD 13 d相比,θ,PSD的α和β乐队显著增加在两个隔间15 d (rm单向方差分析;non-pain-paired室: , , , ,和 , ;pain-paired室: , , , ,和 , ;数据6 (c)和6 (d))。
3.6。EA后,同步振荡神经疼痛与内存相关的行为观察期间厌恶行为测试
EA后,大鼠自由移动时在pain-paired隔间15 d,意味着在阿尔法PSD乐队达到一个明显的峰值,而不是在θ乐队(图7 (b))。
(一)
(b)
(c)
(d)
我们进一步分析了PSD在5个频段。相比平均PSD观察到1 d,观察到的PSD在三角洲和1 dθ增加乐队在pain-paired舱1 d (rm单向方差分析; , 和 , ;图7 (d))。5 d的PSD的三角洲和α乐队减少non-pain-paired舱(rm单向方差分析; , 和 , ;图7 (c))。三角洲和α的PSD 13 d乐队减少non-pain-paired舱(rm单向方差分析; , 和 , ;图7 (c)),而β和γ乐队,它增加pain-paired舱(rm单向方差分析; , 和 , ;图7 (d))。PSD在15 d三角洲β和γ乐队增加non-pain-paired舱(rm单向方差分析; , ; , ;和 , ;图7 (c)),而θ,α,β和γ乐队,它增加pain-paired舱(rm单向方差分析; , ; , ; , ;和 , ;图7 (d))。注意,意味着相比PSD观察到13 d,α和β的PSD乐队显著增加在两个隔间15 d (rm单向方差分析; , 和 , ;数据7 (c)和7 (d)),而不是在θ乐队。
4所示。讨论
结果表明,EA起着重要的作用在调节疼痛与内存相关的行为和神经振荡rACC同步。在痛苦记忆检索,nonpain刺激神经振荡反应生成一个类似于rACC疼痛刺激。这可能是一个机制,佩恩表的编制者的减少引起的痛苦记忆。EA之后,nonpain刺激不引起神经振荡活动提前rACC下降。这可能是EA抑制疼痛的痛苦记忆的行为。另外,我们观察到一个广泛的神经振荡的变化与厌恶老鼠的行为,包括权力增强θ,α,β的乐队。rACC EA只抑制θ权力,α和β功率仍然增加。这些结果表明,EA,θ的差别通过对这些权力,抑制疼痛memory-induced反感厌恶记忆的检索和管理行为。
4.1。的爪子在rACC Stimulus-Induced神经振荡的变化
我们的数据表明,模型组的佩恩表的编制者对照组相比均有显著降低15 d。这意味着痛苦记忆后的检索模型组损伤侧的后爪。之前就有报道称,疼痛刺激可迅速抑制自发神经振荡,可以打开大门的感觉和运动系统,和一个预测预警的疼痛可以用来准备后续个人处理和应对外界刺激(37]。然而,根据我们的结果,nonpain刺激也可以抑制自发神经振荡。在rACC 15 d,神经振荡抑制在触觉和感觉的压力。然后,提前运动系统的门打开,和一个爪子撤出反应发生。
值得注意的是,早期神经振荡拒绝,但没有为佩恩表的编制者13 d。然而,神经振荡在早期就被抑制,佩恩表的编制者也拒绝在15 d。这表明13 d,老鼠nonpain刺激高度敏感,但他们只注意nonpain刺激而不是表现出爪子戒断行为逃脱。在15 d,老鼠更敏感的第二次伤害。虽然主要的组织损伤后左爪已经恢复15 d,早期预警和注意力仍然可以致力于nonpain刺激提前收回爪子,以避免潜在的损害。这表明,爪子戒断反应引起的急性损伤可能是一种逃避反应发生在周围感觉信息中央系统的传播(自底向上),而爪子戒断反应引起的疼痛记忆可以作为预测预警和保护性反应通过中央认知信息的传播外围(自顶向下)。
4.2。EA之后,爪子刺激诱导的神经振荡rACC的变化
佩恩表的编制者的EA组与模型组相比均有显著增加15 d。这表明EA抑制的痛苦记忆提取的左爪。
此外,1 d, EA组的佩恩表的编制者增强相对于模型组的,这意味着EA可能恢复调制rACC急性疼痛阈值。然而,早期下降的PSD rACC刺激期间没有被观察到。这表明EA可以抑制rACC prereaction nonpain刺激在急性期。在13和15 d,爪子nonnoxious刺激不引起早期神经振荡rACC的衰落。这可以部分解释为什么我们没有观察到痛觉过敏引起的痛苦记忆。这也表明,EA可能抑制神经过敏的保护性反应引起的疼痛记忆通过调节rACC预警信息处理。
此外,应用EA开始4 h注射角叉菜胶,结束后在5 d。虽然应用EA没有继续下去,痛苦的记忆并没有发生在EA组第二次伤害。因此,EA不仅具有急性止痛作用,而且消除了随后的长期过度保护效应引起的痛苦记忆。
4.3。厌恶刺激诱导的神经振荡rACC的变化
注册会计师成绩代表pain-paired舱的时间在测试会话-预处理的时间在同一个车厢(基线)会话。CPA分数以这种方式获得每个老鼠之前和之后的区别是,它可以更好地显示变化前后的本身。因此,注册会计师成绩显示的变化程度的厌恶pain-paired隔间。pain-paired隔间的得分值表明疼痛厌恶行为主要的爪子受伤后没有出现但出现第二个爪子受伤后,表明疼痛厌恶记忆导致老鼠逃离pain-paired隔间。
许多研究表明,θ增加乐队有关记忆丧失,降低了θ乐队表示记忆唤醒(38- - - - - -40]。在我们的研究中,θ的PSD乐队逐渐增加后随着时间的推移,在痛苦和non-pain-paired箱内主要爪子受伤。这些结果表明,后两个隔间褪色的记忆训练阶段4 h。注意non-pain-paired隔间的记忆消失更快比pain-paired隔间里,尤其是在15 d。因此,θ的PSD乐队可能厌恶记忆处理疼痛反应的关键机制。
4.4。EA之后,厌恶刺激诱导的神经振荡rACC的变化
老鼠的EA组没有表现出厌恶逃脱第二个爪子受伤后的反应。这表明EA可以抑制厌恶记忆检索与rACC通过干预。然而,EA如何干预与神经振荡活动rACC需要进一步观察。
研究表明,α和β乐队参与自上而下的认知过程的控制41),尤其是α乐队参与内部直接认知过程(42- - - - - -44]。EA后我们的结果显示,PSD在15天没有改变θ乐队但显示显著增加α和β乐队在第二次爪子受伤。综上所述,EA不仅可以抑制厌恶记忆检索通过干预θ权力,但也可以加强自上而下的控制通过增强的抑制α和β的力量水平。这两个进程共同抑制厌恶内存引起的痛苦记忆。
5。结论
我们的研究中,在痛苦记忆的关系,揭示了EA在长期疼痛可能的干预机制。在这项研究中,我们观察到的影响EA疼痛memory-induced痛觉和厌恶的行为和神经振荡rACC同步。在疼痛的行为测试中,疼痛memory-induced nonpain刺激刺激神经振荡反应rACC相似的疼痛刺激。EA之后,nonpain刺激不引起神经振荡活动减少rACC直到疼痛刺激。EA,厌恶行为测试期间,θ的差别通过对这些权力,抑制厌恶记忆的检索和缓解疼痛memory-induced厌恶的行为。这些结果扩展先前的研究在痛苦的记忆中,EA。这些变化振荡活动的EA的特点可能是治疗疼痛的记忆。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者没有利益冲突的声明。
作者的贡献
最沈和伊琳朱同样co-first作家这个工作。小梅邵和健桥方设计实验协议。最沈,Qiaoying他,经太阳进行导电带植入手术。执行国家吴和张海盐疼痛的行为实验。Shujing姚明和Xiaofen他厌恶的行为实验。刘Boyi梁和彝语进行联赛的记录。最沈伊琳朱镕基进行数据分析和写作手稿。
确认
这项研究得到了国家自然科学基金(81574056,81574056,81873365),特殊金融资助中国博士后科学基金会(2016 t90552),该项目由浙江顶级中国Medicine-Acupuncture和推拿的重要学科,类通用金融的格兰特中国博士后科学基金会(2015 m580527和2018 m642492)和医学和卫生浙江省科技计划项目(2017 ky123)。