為了研究下行的皮質(zhì)脊髓投射是否調(diào)控脊髓水平的感覺(jué)信息處理過(guò)程，研究者把成年小鼠的雙側(cè)錐體束切斷，以損傷腦干中的CST來(lái)檢測(cè)他們對(duì)傷害性刺激和無(wú)害刺激的敏感程度，并通過(guò)組織學(xué)研究進(jìn)一步驗(yàn)證。雙側(cè)CST損傷（手術(shù)切斷）造成了小鼠對(duì)動(dòng)態(tài)的和靜態(tài)的輕觸刺激的行為反應(yīng)顯著缺失，如對(duì)柔軟毛刷的輕觸刺激反射減少和后爪足底表面膠帶實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)潛伏期增加。在von Frey測(cè)試中，CST損傷小鼠表現(xiàn)為對(duì)非傷害性的點(diǎn)狀觸壓刺激(0.16 g)的反應(yīng)降低，但對(duì)能激活傷害感受器的較高機(jī)械力(0.6～2.0 g)刺激的敏感性表現(xiàn)為正常；對(duì)傷害性熱刺激和傷害性機(jī)械刺激的后爪縮足反射和一般運(yùn)動(dòng)功能也表現(xiàn)為正常。這種在輕觸觸覺(jué)水平的靈敏度選擇性缺失，也確證了這樣的發(fā)現(xiàn)，即CST軸突與外周低閾值敏感的機(jī)械感覺(jué)傳入神經(jīng)纖維共同終止于脊髓背角的III-V層。

為研究大腦皮層的哪些區(qū)域包含可能負(fù)責(zé)感覺(jué)信息調(diào)控的CSN，研究者使用了順行追蹤技術(shù)來(lái)識(shí)別脊髓背角的相關(guān)神經(jīng)支配區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)用來(lái)感知后肢初級(jí)感覺(jué)的大腦皮層(S1)的CST [也有一小部分來(lái)自次級(jí)感覺(jué)皮層(S2)的CST]，他們的神經(jīng)軸突終止于脊髓背角的III-V層，表明他們具有參與感覺(jué)調(diào)控功能；而支配后肢運(yùn)動(dòng)的皮層更多地向脊髓腹側(cè)投射到VI-VII層，與其已知的參與運(yùn)動(dòng)調(diào)控的功能一致。 因此，來(lái)自皮層S1和S2的CST軸突更可能執(zhí)行對(duì)脊髓水平的觸覺(jué)信息加工處理過(guò)程的控制功能。為了進(jìn)一步測(cè)試此功能，研究者們使用交叉靶標(biāo)技術(shù)在S1/S2的 CSN中表達(dá)人白喉毒素受體(DTR)，從而能夠選擇性殺死（消融）這些神經(jīng)元。

把表達(dá)Cre的高效逆行慢病毒載體(HiRet)在小鼠出生后P14天注射到其脊髓的腰部節(jié)段(T13-L6)。之所以選擇P14時(shí)間點(diǎn)，是因?yàn)檫@時(shí)皮質(zhì)發(fā)育的修剪已經(jīng)完成，接著將AAV-FLEX-DTR載體注射到S1/S2區(qū)域，再給予白喉毒素后可選擇性殺死約85%的S1/S2的CSN。行為學(xué)測(cè)試發(fā)現(xiàn)這些小鼠完全復(fù)制了錐體束切斷鼠的行為學(xué)表型，表明來(lái)自S1/S2皮層的CST軸突在觸覺(jué)敏感性中發(fā)揮一定的作用。

周?chē)窠?jīng)病理性疼痛的一個(gè)突出特征是機(jī)械刺激誘發(fā)的異常疼痛，表現(xiàn)為輕輕觸碰就可誘發(fā)疼痛。為了研究CST是否調(diào)控機(jī)械性異常疼痛，研究者們把給予白喉毒素殺死S1/S2的CSN的小鼠實(shí)施了保留性神經(jīng)損傷(SNI)手術(shù)，形成了神經(jīng)病理性疼痛模型。這些SNI鼠在術(shù)后所有的時(shí)間點(diǎn)（1～21天），都表現(xiàn)出了由低強(qiáng)度靜態(tài)von Frey的點(diǎn)刺激引起的異常疼痛和由毛刷刺激引起的動(dòng)態(tài)的異常疼痛的顯著減弱；而行錐體束切斷術(shù)的小鼠卻沒(méi)有形成由SNI或足底注射完全弗氏佐劑（CFA，外周炎性痛的模型）誘發(fā)的機(jī)械性異常疼痛。但 CST損傷（行錐體束切斷術(shù)）的SNI鼠仍表現(xiàn)出冷痛敏和對(duì)高強(qiáng)度機(jī)械刺激所誘發(fā)的痛敏。所以研究者們得出以下結(jié)論：S1/S2的CSN是誘導(dǎo)機(jī)械性異常疼痛所必需的，而不是其他痛敏表型所必需的。為了進(jìn)一步驗(yàn)證此結(jié)論，研究者們運(yùn)用了可誘導(dǎo)的化學(xué)遺傳方法瞬時(shí)沉默了調(diào)控后肢S1/S2中的CSN，發(fā)現(xiàn)SNI鼠的機(jī)械性異常疼痛顯著降低，支持這一結(jié)論。以上結(jié)果表明，投射到脊髓背角深層的軀體感覺(jué)CSN負(fù)責(zé)在正常條件下對(duì)非傷害性觸覺(jué)信息的加工處理，并參與病理?xiàng)l件下的機(jī)械性異常疼痛的形成，這一觀點(diǎn)以往也未遭質(zhì)疑。

為了研究S1中的CSN如何響應(yīng)外周觸覺(jué)刺激的，研究者們使用了在體微型顯微鏡技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)表達(dá)GCaMP6（一種遺傳編碼的具有熒光的鈣離子指示劑）CSN中的鈣離子水平，結(jié)果發(fā)現(xiàn)正常自由活動(dòng)鼠S1 中的CSN表現(xiàn)出了稀少的和時(shí)間上散在的活性；與此相對(duì)應(yīng)的是，給予后爪毛刷或von Frey刺激而不是激光熱刺激，會(huì)誘發(fā)S1中部分 CSN的鈣活動(dòng)，并且同一小鼠在SNI術(shù)后這種鈣離子變化顯著增加；此外，在SNI鼠對(duì)毛刷和von Frey刺激均有反應(yīng)的神經(jīng)元比例有所增加。因此，正常鼠的軀體感覺(jué)皮層中的CSN可被非傷害性的觸覺(jué)刺激激活，并且在神經(jīng)病理性疼痛條件下被進(jìn)一步放大，表明存在脊髓-皮層-脊髓致敏環(huán)路。

那下行的CST軸突是否調(diào)控低強(qiáng)度的機(jī)械刺激誘發(fā)的脊髓神經(jīng)元的激活呢？研究者們用免疫組化方法在毛刷刺激后的正常鼠和在沒(méi)有毛刷刺激的SNI鼠的脊髓背角中檢測(cè)到少有c-Fos表達(dá)的神經(jīng)元；但是給與SNI鼠毛刷刺激可以使同側(cè)脊髓背角所有層面(I-V)中表達(dá)c-Fos神經(jīng)元數(shù)量顯著增多，切斷CST可以反轉(zhuǎn)c-Fos+神經(jīng)元在深層(III-V)和淺層(I/II)的這種增高，而淺層通常被認(rèn)為僅處理來(lái)自傷害感受器的信息輸入并不直接與CST相接觸。以上研究表明，CST的信息輸入影響了脊髓背角所有層面中毛刷刺激所誘發(fā)的神經(jīng)元激活。位于淺層I中表達(dá)神經(jīng)肽1受體(NK1R)的投射神經(jīng)元是負(fù)責(zé)向大腦輸入傷害性信息的主要投射神經(jīng)元，為了研究CSN是否調(diào)控這些神經(jīng)元的激活，研究者們通過(guò)監(jiān)測(cè)ERK的磷酸化(pERK)激活作為神經(jīng)元活性的標(biāo)記物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)給予SNI鼠觸覺(jué)刺激能誘導(dǎo)I層中的pERK-NK1R+神經(jīng)元數(shù)量呈CST依賴(lài)性的顯著性增加，刺激正常鼠則不會(huì)發(fā)生類(lèi)似現(xiàn)象。此結(jié)果表明在CST完整時(shí)，觸覺(jué)刺激SNI鼠直接激活脊髓背角III-V層中的神經(jīng)元并間接激活I(lǐng)層中的投射神經(jīng)元。后一種效應(yīng)很可能是由于III-V層與I層形成多突觸環(huán)路連接發(fā)生了去抑制作用所導(dǎo)致的。用DTR法消融CST后，通過(guò)抑制γ-氨基丁酸(GABA)和甘氨酸神經(jīng)元功能進(jìn)而阻斷了脊髓背角的去抑制作用，能引發(fā)機(jī)械性異常疼痛。以上研究表明，SNI術(shù)后低閾值傷害性纖維的信息傳入進(jìn)而激活上行傷害性感覺(jué)通路是需要從CST直接投射到脊髓III-V層環(huán)路有信息輸入的。與之相一致的研究結(jié)果是，觸覺(jué)刺激SNI鼠后，多個(gè)腦區(qū)（包括S1/S2中的CSN）的激活可以被DTR法消融CST所阻斷。

接下來(lái)，研究者們研究了S1/S2 中CST所支配的靶點(diǎn)是脊髓背角中的哪類(lèi)神經(jīng)元。興奮性膽囊收縮素(CCK)iresCre標(biāo)記的位于背角深層的神經(jīng)元是由CST和Aβ初級(jí)傳入神經(jīng)纖維共同支配的，而CCK+神經(jīng)元的選擇性沉默失活可以導(dǎo)致觸覺(jué)缺陷，表明CCK+神經(jīng)元可能是CST支配的靶點(diǎn)。本研究也事實(shí)上證明了，選擇性消融殺死脊髓腰段(T13-L6)中的CCK+中間神經(jīng)元后的行為學(xué)表型同CST切斷的行為學(xué)表型相一致：在正常鼠的觸覺(jué)敏感性中產(chǎn)生選擇性缺陷，并在SNI后減輕機(jī)械性異常疼痛。 此外，選擇性消融殺死CCK+中間神經(jīng)元，可以顯著減少毛刷刺激誘導(dǎo)的SNI鼠脊髓背角全層的c-Fos+神經(jīng)元數(shù)量，但減弱程度低于錐體束切斷術(shù)鼠，表明由CST和Aβ纖維共同支配的其他神經(jīng)元也可能參與這一信息的加工處理。這也表明了，脊髓背角深層中的CCK+中間神經(jīng)元對(duì)CST易化觸覺(jué)敏感性和機(jī)械性異常疼痛的貢獻(xiàn)更大。

為了測(cè)試CCK+中間神經(jīng)元是否被CST和Aβ纖維直接激活，研究者們用來(lái)自CCK-tdTomato轉(zhuǎn)基因鼠、并附著背根的離體脊髓切片進(jìn)行了全細(xì)胞膜片鉗記錄，CCK-tdTomato鼠S1/S2的CST軸突帶有光敏感通道蛋白2，并被黃色熒光蛋白(ChR2-YFP)所標(biāo)記而便于記錄。在被記錄的CCK-tdTomato細(xì)胞中，有50%表現(xiàn)為對(duì)Aβ和CST刺激的興奮性單突觸反應(yīng)，只有少數(shù)是任一輸入的單一刺激足以引起動(dòng)作電位；但在那些與Aβ纖維和CST直接連接的神經(jīng)元中，共同刺激傳入神經(jīng)纖維和CST下行通路，可以導(dǎo)致超加性突觸反應(yīng)，并帶有顯著增加的動(dòng)作電位輸出。在荷包牡丹堿（GABAA受體抑制劑）和士的寧（甘氨酸受體抑制劑）存在的情況下（模仿SNI條件下的脊髓去抑制作用），這種增加反應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)，表現(xiàn)為所有記錄到的CCK-tdTomato神經(jīng)元都產(chǎn)生一串連續(xù)動(dòng)作電位。在SNI鼠，重復(fù)觸摸刺激在脊髓背角誘發(fā)的c-Fos+神經(jīng)元中有一半表達(dá)CCK，但在錐體束切除鼠，這些神經(jīng)元不再表達(dá)c-Fos。總之，以上研究結(jié)果表明，在正常鼠的CST-CCK+中間神經(jīng)元環(huán)路對(duì)觸覺(jué)輸入信息的加工處理過(guò)程中起著至關(guān)重要的敏化作用，這種作用在神經(jīng)損傷的條件下（神經(jīng)病理性疼痛時(shí)）是增強(qiáng)的。

最后，研究者們發(fā)現(xiàn)在表達(dá)ChR2小鼠的S1區(qū)的CSN給以光刺激，能顯著延長(zhǎng)了毛刷輕觸刺激誘發(fā)的縮足和舔足時(shí)間，并顯著增加了毛刷輕觸刺激誘導(dǎo)的脊髓I層 中NK1R+神經(jīng)元的pERK表達(dá)。由此得出結(jié)論，通過(guò)CST從軀體感覺(jué)皮層到脊髓背角的信息直接輸出，有力地強(qiáng)化了觸覺(jué)信息在脊髓水平的加工處理過(guò)程，進(jìn)而增強(qiáng)了觸覺(jué)相關(guān)信息向大腦的傳遞。這是一條脊髓-皮質(zhì)-脊髓前饋敏化環(huán)路，該環(huán)路在正常狀態(tài)下對(duì)于觸覺(jué)感覺(jué)的加工控制和在神經(jīng)病理性痛條件下的異常疼痛至關(guān)重要。因此，通過(guò)藥理學(xué)或電磁操控方法使已興奮的軀體感覺(jué)CSN回歸正?；钚裕赡苁且环N治療神經(jīng)病理性疼痛的潛在方法。此外，通過(guò)發(fā)現(xiàn)觸覺(jué)信息加工處理在脊髓環(huán)路水平的直接地被皮層控制的一系列研究結(jié)果，在不同的情景狀況或情緒狀態(tài)時(shí)，為心理狀態(tài)通過(guò)操控從脊髓到腦的信息傳遞過(guò)程，進(jìn)而如何直接增強(qiáng)或降低正常狀態(tài)下和病理?xiàng)l件下的觸覺(jué)信息加工處理過(guò)程，提供了貌似合理的解釋。