慢性疼痛與認知缺陷的 神經機制研究

雖然臨床上已經明確慢性疼痛會加重焦慮、抑郁、認知功能障礙，但人們對大腦神經網絡的潛在機制的了解還十分淺顯。神經科學系兼生物醫學系講座教授李嬰教授，揭開了中樞神經系統中腦分子和組織 — 星形膠質細胞和髓鞘的秘密，取得了突破性的進展。通過識別星形膠質細胞乳酸信號和髓鞘可塑性在神經回路同步性中的作用，他闡明了如何挽救和增強基本認知功能，包括學習、記憶和決策，尤其是對於慢性疼痛患者。

前扣帶皮層（ACC）中的星形膠質細胞，在影響神經元功能方面起著至關重要的作用。李教授和他的團隊發現，在突觸活動期間（當電或化學信號從一個神經元傳遞到另一個神最近L-乳酸被認為是許多細胞的重要能量來源，但李教授的研究發現了其另一個重要作用： 作為大腦中神經元活動可塑性和神經元網絡同步性的信號分子。經元或目標效應細胞時），星形膠質細胞會釋放一種叫做L-乳酸的物質,神經元能夠利用這種物質促進大腦神經回路中的信息流和同步性，從而提高決策性能。

L-乳酸： 改善決策的信號分子

最近L-乳酸被認為是許多細胞的重要能量來源，但李教授的研究發現了其另一個重要作用： 作為大腦中神經元活動可塑性和神經元網絡同步性的信號分子。

研究團隊利用此前建立的“大鼠慢性內髒疼痛模型”，發現向ACC內輸注L-乳酸，可使正常大鼠做出良好決策的比例提高48%，並顯著緩解大鼠因慢性內髒疼痛而引發的決策功能障礙。動物實驗證實了“星形膠質細胞-神經元乳酸穿梭假說”的觀點，即注入L-乳酸，或利用光遺傳技術激活星形膠質細胞可刺激異常神經回路中的星形膠質細胞，可能有助於改善慢性疼痛引起的認知障礙。

多年來，李教授除了研究與疼痛相關的腦功能障礙的病理機制外，還率先破譯了髓磷脂在高級認知記憶中的重要作用，以及如何促進其生長和再生，以加強神經網絡的同步性和改善認知功能。

髓鞘在認知功能中的關鍵作用

髓鞘，或稱髓磷脂，是一種包裹在神經元軸突周圍的多層脂肪組織，能隔離和保護神經元，並提高信息沿軸突傳遞的速率。髓鞘的形成由中樞神經系統中的大膠質細胞 — 少突膠質細胞控制。研究小組發現，圖式學習, 即通過重復學習，可以促進腦髓鞘的生長。記憶圖式已被引入認知心理學，用以理解新信息是如何與已有知識整合的。因此，研究小組采用圖式學習來設計對大鼠行為的研究。在數周的訓練中，老鼠們學會了多種類型的味道-位置配對聯想，記住哪種食物藏在哪一個沙井裡。經過訓練後，當大鼠聞到某種食物的氣味時，能迅速走到正確的沙井中並將其挖出，說明它們已經形成了動態圖式的記憶鞏固和檢索。當為大鼠引入兩個新的味道-位置配對聯想時，它們只需要一次訓練就能找到正確的食物位置，這表明新信息與已有知識的整合進展非常快。

研究人員利用免疫組化和透射電鏡分析大鼠大腦的變化，發現經過訓練的大鼠，在學習和發展記憶圖式的過程中，ACC的髓鞘大幅增長。此外，該團隊通過中斷髓鞘的生長，反向論證了髓鞘在增強學習和記憶容量方面的重要性。

通過給大鼠注射脫髓鞘藥物，研究人員得出結論： 干擾髓鞘形成會嚴重擾亂記憶圖式和新記憶的產生。神經回路中的信息傳遞和神經網絡的同步性也會受到負面影響。他們還發現，髓鞘形成是促進不同腦區神經元之間長程振蕩和峰值時間同步到達的關鍵因素。

「利用尖端的光遺傳學、化學遺傳學和藥理學技術，我們可以精准控制大腦少突膠質細胞來促進髓鞘形成。" 李教授說。“我們將探索這些方法能否改善由中樞髓鞘疾病引起的嚴重認知障礙，如嚴重抑郁症、慢性復發性疼痛、腸易激綜合征、阿爾茨海默症等。」

他和他的團隊將繼續研究神經網絡的同步性，以確定慢性疼痛和相關認知缺陷的因果關系，這將為制定有效的治療和預防策略奠定基礎。

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