慢性疼痛与认知缺陷的 神经机制研究

虽然临床上已经明确慢性疼痛会加重焦虑、抑郁、认知功能障碍，但人们对大脑神经网络的潜在机制的了解还十分浅显。神经科学系兼生物医学系讲座教授李嬰教授，揭开了中枢神经系统中脑分子和组织 — 星形胶质细胞和髓鞘的秘密，取得了突破性的进展。通过识别星形胶质细胞乳酸信号和髓鞘可塑性在神经回路同步性中的作用，他阐明了如何挽救和增强基本认知功能，包括学习、记忆和决策，尤其是对于慢性疼痛患者。

前扣带皮层（ACC）中的星形胶质细胞，在影响神经元功能方面起着至关重要的作用。李教授和他的团队发现，在突触活动期间（当电或化学信号从一个神经元传递到另一个神最近L-乳酸被认为是许多细胞的重要能量来源，但李教授的研究发现了其另一个重要作用： 作为大脑中神经元活动可塑性和神经元网络同步性的信号分子。经元或目标效应细胞时），星形胶质细胞会释放一种叫做L-乳酸的物质,神经元能够利用这种物质促进大脑神经回路中的信息流和同步性，从而提高决策性能。

L-乳酸： 改善决策的信号分子

最近L-乳酸被认为是许多细胞的重要能量来源，但李教授的研究发现了其另一个重要作用： 作为大脑中神经元活动可塑性和神经元网络同步性的信号分子。

研究团队利用此前建立的“大鼠慢性内脏疼痛模型”，发现向ACC内输注L-乳酸，可使正常大鼠做出良好决策的比例提高48%，并显著缓解大鼠因慢性内脏疼痛而引发的决策功能障碍。动物实验证实了“星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭假说”的观点，即注入L-乳酸，或利用光遗传技术激活星形胶质细胞可刺激异常神经回路中的星形胶质细胞，可能有助于改善慢性疼痛引起的认知障碍。

多年来，李教授除了研究与疼痛相关的脑功能障碍的病理机制外，还率先破译了髓磷脂在高级认知记忆中的重要作用，以及如何促进其生长和再生，以加强神经网络的同步性和改善认知功能。

髓鞘在认知功能中的关键作用

髓鞘，或称髓磷脂，是一种包裹在神经元轴突周围的多层脂肪组织，能隔离和保护神经元，并提高信息沿轴突传递的速率。髓鞘的形成由中枢神经系统中的大胶质细胞 — 少突胶质细胞控制。研究小组发现，图式学习, 即通过重复学习，可以促进脑髓鞘的生长。记忆图式已被引入认知心理学，用以理解新信息是如何与已有知识整合的。因此，研究小组采用图式学习来设计对大鼠行为的研究。在数周的训练中，老鼠们学会了多种类型的味道-位置配对联想，记住哪种食物藏在哪一个沙井里。经过训练后，当大鼠闻到某种食物的气味时，能迅速走到正确的沙井中并将其挖出，说明它们已经形成了动态图式的记忆巩固和检索。当为大鼠引入两个新的味道-位置配对联想时，它们只需要一次训练就能找到正确的食物位置，这表明新信息与已有知识的整合进展非常快。

研究人员利用免疫组化和透射电镜分析大鼠大脑的变化，发现经过训练的大鼠，在学习和发展记忆图式的过程中，ACC的髓鞘大幅增长。此外，该团队通过中断髓鞘的生长，反向论证了髓鞘在增强学习和记忆容量方面的重要性。

通过给大鼠注射脱髓鞘药物，研究人员得出结论： 干扰髓鞘形成会严重扰乱记忆图式和新记忆的产生。神经回路中的信息传递和神经网络的同步性也会受到负面影响。他们还发现，髓鞘形成是促进不同脑区神经元之间长程振荡和峰值时间同步到达的关键因素。

“利用尖端的光遗传学、化学遗传学和药理学技术，我们可以精准控制大脑少突胶质细胞来促进髓鞘形成。" 李教授说。“我们将探索这些方法能否改善由中枢髓鞘疾病引起的严重认知障碍，如严重抑郁症、慢性复发性疼痛、肠易激综合征、阿尔茨海默症等。”

他和他的团队将继续研究神经网络的同步性，以确定慢性疼痛和相关认知缺陷的因果关系，这将为制定有效的治疗和预防策略奠定基础。

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