共情是一种感知他人情绪状态的能力，在过去多属于心理学研究的范畴，近年来随着脑影像技术的发展，人们开始关注共情发生的神经结构基础及其发生机制，脑影像研究显示对某种情绪产生共情反应时与自身经历该情绪状态所激活的脑区相同，提示对他人情绪状态的共情反应与自身对该情绪的反应有共同的神经结构基础。共情反应作为一种高级的脑功能活动，在过去一直被认为是人类所特有的情感和认知过程，然而近年来发现在动物身上也存在共情反应，不仅在进化上与人类较近的灵长类动物，而且在啮齿类动物身上也发现了一些情绪的共情反应。在啮齿类动物共情反应的研究中多采用条件性恐惧的方法，且多局限于动物间共情反应现象的描述，对其产生的结构基础及机制却少有探及。关于啮齿类动物疼痛共情反应的研究仅有加拿大McGill大学Mogil实验室的一项研究，该研究首次证明了同笼或者同胞小鼠之间存在疼痛共情反应，当同笼饲养的两只小鼠同时给予伤害性刺激时，两者的痛相关的行为学反应均较单独给予伤害性刺激时增强；如果两只小鼠给予的伤害性刺激程度不同时，则两者的伤害性反应均受到对方的影响；仅观测同伴经历伤害性刺激就可以在观测者引起热痛敏反应。该研究仅对小鼠间共情反应的现象进行了研究，但亦未对其产生机理进行过多的探讨。在小鼠上存在疼痛的共情反应，那么在大鼠上是否同样存在疼痛的共情反应，其产生的神经结构基础是什么？在人类上进行共情反应的机制研究受到较多的限制，因此建立合适的共情反应动物模型，研究动物共情反应与人类共情反应是否有共同之处，可以推动共情反应机制的研究。本研究采取本实验室研究成熟的bee venom (BV)模型作为疼痛动物模型，旨在研究大鼠间是否存在疼痛共情反应，建立大鼠疼痛共情反应的动物模型，并研究其产生的神经结构基础，为疼痛共情反应的机制研究奠定基础，为其他情绪的共情反应提供研究模式，最终揭示共情反应的发生机制。主要研究结果如下：第一部分：大鼠疼痛共情反应动物模型的建立。同笼或不同笼饲养的大鼠进行配对实验，一只大鼠后足底注射BV作为示教者，另取一只同笼或不同笼大鼠作为观测者，观测大鼠与示教大鼠共处30min后给予观测大鼠后足底注射BV，观察观测大鼠自发性缩足反射。结果显示：1.同笼大鼠配对实验中，与示教大鼠共处30min后，观测大鼠自发性缩足反射较正常对照大鼠单独注射BV明显增强，不同笼大鼠配对实验中，与示教大鼠共处30min后，观测大鼠自发性缩足反射与正常大鼠单独注射BV无明显差异；2.无论观测大鼠为同笼大鼠还是不同笼大鼠，示教大鼠后足底注射BV后前30min自发性缩足反射均与正常大鼠单独注射BV无明显差异；3.将示教大鼠与观测大鼠后足底注射BV引起的自发性缩足反射前30min进行配对比较，与示教大鼠相比，同笼观测大鼠自发性缩足反射均增强，不同笼观测大鼠则有增强也有减弱。4.观测大鼠与示教大鼠共处30min后，同笼观测大鼠出现机械性痛阈值的降低，而不同笼观测大鼠和正常对照大鼠机械性痛阈值无明显变化，热刺激缩足反应潜伏期均无明显变化。同笼观测大鼠与示教大鼠共处后出现对伤害性刺激反应增加，与不同笼观测大鼠与示教大鼠共处后对伤害性刺激反应不变，说明同笼大鼠间存在疼痛的共情反应。第二部分：大鼠疼痛共情反应的神经结构基础研究由于同笼大鼠间存在疼痛共情反应，所以采用同笼大鼠进行配对研究疼痛共情反应的神经结构基础。c-Fos是原癌基因c-fos表达的蛋白产物，在正常状况下很少表达，在神经系统激活时表达上升，因此本实验采用c-Fos免疫组织化学染色研究疼痛共情反应激活的脑区结构。结果显示：1.同笼大鼠进行配对实验，观测大鼠与示教大鼠共处30min后灌流取材，进行全脑和脊髓腰髓节段免疫组织化学染色。正常大鼠全脑均有散在的c-Fos表达，与示教大鼠共处后，观测大鼠出现c-Fos表达上调的脑区有：AI，mPFC，听觉皮层，杏仁核，海马，外嗅区皮质，内嗅区皮质，眶额皮质，外侧隔核腹侧部，运动皮层，PAG，梨状皮质，脑桥核，嗅周皮质，压部后无颗粒细胞皮质，压部后颗粒皮质，躯体感觉皮层，视觉皮层，腹侧苍白球，颞叶联络皮质，室旁核；其中mPFC和AI的激活与人类疼痛共情反应的研究结果一致，说明大鼠与人类疼痛共情反应可能存在共同的神经结构基础；而视觉、嗅觉、听觉、海马和内嗅区及嗅周皮质等区域的激活，则可能是疼痛共情反应发生的同时，观测大鼠通过各种感官功能对示教大鼠的自发性缩足反射形成了学习记忆，获取关于伤害性刺激的信息，各激活脑区在疼痛共情反应中的作用需要进一步研究。2.与正常对照大鼠单独注射BV相比，观测大鼠后足底注射BV1h后，同侧脊髓背角c-Fos阳性细胞数上升。第三部分：脑区损毁验证mPFC在疼痛共情反应中的作用第二部分免疫组织化学染色证明mPFC，内嗅区，海马，眶额皮质，杏仁核在大鼠疼痛共情反应发生中被激活，这些脑区间有广泛的纤维联系，共同构成了前额叶-边缘系统网络，为验证该网络是否介导大鼠的疼痛共情反应，采用化学损毁的方法损毁各个脑区验证其在大鼠共情反应中的作用。大鼠双侧mPFC损毁后，手术大鼠与假手术大鼠同笼饲养10天后进行配对实验，观测大鼠自发性缩足反射的增强消失，损毁双侧内嗅区和杏仁核对大鼠自发性缩足反射的增强无明显作用。本实验室前期结果证明单纯损毁双侧mPFC对大鼠注射BV后的自发性缩足反射无明显影响，本实验中单纯损毁双侧杏仁核或双侧内嗅区对大鼠注射BV后的自发性缩足反射也无明显影响。综上所述，该网络中杏仁核和内嗅区可能接受各种感觉信息并进行处理，最终传递至mPFC，由mPFC进行Top-Down的控制，mPFC在大鼠间疼痛共情反应中起关键作用结论：1.同笼饲养的大鼠配对实验中，观测大鼠与示教大鼠共处后观测大鼠对后足底注射BV自发性缩足反射增强，机械性痛阈值降低，说明同笼大鼠间存在疼痛共情反应。2.同笼观测大鼠与示教大鼠共处后可以激活一些列脑区，其中mPFC和AI的激活与人类疼痛共情反应研究结果一致，大鼠和人类的疼痛共情反应可能有共同的神经结构基础。3. mPFC损毁后观测大鼠自发性缩足反射增强消失，双侧杏仁核和内嗅区损毁对此无影响，证明了mPFC在同笼大鼠间疼痛共情反应的产生中起关键作用。