Imaging the temperature sensing circuits in the spinal cord

Stanford University, Stanford CA

Investigators

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Abstract

Abstract:  Spinal  cord  is  the  initial  stage  along  the  thermosensory  pathway  that  integrates  and  processes  temperature  information  from  the  peripheral  thermosensory  neurons.    After  tissue  and  nerve  injury,  there  are  significant  changes  at  the  level  of  the  spinal  cord  and  these  maladaptive  events  often  result  in  thermal  allodynia  (innocuous  temperature  perceived  as  painful)  and  hyperalgesia  (normal  noxious  temperature  elicit  pain  of  greater intensity).  The heterogeneity of the neurochemical organization of the dorsal spinal cord pose a major  challenge for studying spinal cord circuitry and its changes in pain condition. Understanding the roles of distinct  cell types hold the key to deciphering the neural circuits in the dorsal horn.  Here, we propose to make use of a  newly developed in vivo spinal cord imaging platform, a precisely controlled temperature stimulus system, and  transgenic mouse lines to dissect the role of each cell type in processing temperature information in the spinal  cord.    In  this  proposal,  we  focus  on  spinal  inhibitory  interneurons  as  they  are  important  for  gating  the  transmission of pain information to the brain, and loss of inhibition has been proposed as a general mechanism  for thermal hypersensitivity after tissue and nerve injury.  In aim1, we will image thermosensory responses in  different  types  of  inhibitory  interneurons,  and  examine  the  impact  of  silencing  their  activities  on  the  sensory  response  in  the  rest  of  the  circuitry.    In  aim2,  we  will  perform  the  similar  experiments  in  animal  models  of  inflammatory  pain  to  determine  the  changes  in  thermosensory  responses  of  each  type  of  inhibitory  interneurons  and  their  effect  on  other  spinal  neurons  during  inflammatory  pain.    The  results  from  proposed  work will not only provide basic knowledge on neurobiology of thermosensation, but also potentially generate  insights useful for treating pain.