表在性脊髄後角における侵害受容処理のネットワークモデルは、痛覚過敏、異痛、および脊髄刺激のメカニズムを明らかにしています

脊椎背部角（DH）は感覚情報を処理し、侵害受容を超脊髄中心に伝達する上で重要な役割を果たします。神経障害性疼痛中のDH阻害の喪失は、非侵害受容性のAβ-障害の入力から表在性背角（SDH）侵害受容特異的（NS）投射ニューロンへの経路をマスクしません。私たちは、興奮性介在ニューロンのネットワークを介して、ラミナII/IIIの非侵害受容性Aβ-アフェレント入力を薄層IのNS投影ニューロンにリンクするSDHニューロン回路の計算モデルを開発および検証しました。興奮性経路とNS投射ニューロンは、以前のパッチクランプ記録に基づいて接続を持つ抑制性介在ニューロンによって順番にゲートされました。計算モデルのシナプス重みを変化させて、神経障害性疼痛状態を再現する状態は、実験的記録と同様のNSニューロンへの低枠の興奮性経路をマスクしませんでした。脊髄刺激（SCS）は、神経障害性疼痛に対する効果的な療法であり、実験的証拠を蓄積することは、SDHのNSニューロンもSCに反応することを示しています。これらの応答を考慮すると、治療的改善が情報を提供する可能性があり、SDHネットワークモデルのSCに対する応答を定量化し、SCに対するNSニューロン応答の調節における阻害制御の異なるモードの役割を調べました。SDHネットワークモデルを、以前に公開された深部背部ホーン（DDH）のモデルと組み合わせ、異なる神経障害性疼痛状態で最適な刺激頻度を特定しました。最後に、SCS生成阻害は、シミュレートされたピンチ入力中にモデルNS活性を完全に抑制しないことを発見し、SCSが急性疼痛を排除しない理由の説明を提供します。影響を受けた人々にとって、世界中で大きな社会経済的負担を強要します。脊髄刺激（SCS）は慢性疼痛の効果的な治療法ですが、SCSの有効性は時間の経過とともに大幅に改善されていません。これは、作用のメカニズムが不明のままであるためです。痛みとSCSのメカニズムを調査するほとんどの前臨床研究は、深部背部ホーン（DDH）ニューロンの反応に焦点を合わせていますが、表在性背角（SDH）のニューラルネットワークも侵害受容情報を処理するために重要です。この研究は、SDHからの不均一な実験記録を、実験的応答を再現する計算モデルに合成し、神経障害性疼痛条件下でのSCに対する神経反応を定量化するために使用できる。

The spinal dorsal horn (DH) processes sensory information and plays a key role in transmitting nociception to supraspinal centers. Loss of DH inhibition during neuropathic pain unmasks a pathway from nonnociceptive Aβ-afferent inputs to superficial dorsal horn (SDH) nociceptive-specific (NS) projection neurons, and this change may contribute to hyperalgesia and allodynia. We developed and validated a computational model of SDH neuronal circuitry that links nonnociceptive Aβ-afferent inputs in lamina II/III to a NS projection neuron in lamina I via a network of excitatory interneurons. The excitatory pathway and the NS projection neuron were in turn gated by inhibitory interneurons with connections based on prior patch-clamp recordings. Changing synaptic weights in the computational model to replicate neuropathic pain states unmasked a low-threshold excitatory pathway to NS neurons similar to experimental recordings. Spinal cord stimulation (SCS) is an effective therapy for neuropathic pain, and accumulating experimental evidence indicates that NS neurons in the SDH also respond to SCS. Accounting for these responses may inform therapeutic improvements, and we quantified responses to SCS in the SDH network model and examined the role of different modes of inhibitory control in modulating NS neuron responses to SCS. We combined the SDH network model with a previously published model of the deep dorsal horn (DDH) and identified optimal stimulation frequencies across different neuropathic pain conditions. Finally, we found that SCS-generated inhibition did not completely suppress model NS activity during simulated pinch inputs, providing an explanation of why SCS does not eliminate acute pain.NEW & NOTEWORTHY Chronic pain is a severe public health problem that reduces the quality of life for those affected and exacts an enormous socio-economic burden worldwide. Spinal cord stimulation (SCS) is an effective treatment for chronic pain, but SCS efficacy has not significantly improved over time, in part because the mechanisms of action remain unclear. Most preclinical studies investigating pain and SCS mechanisms have focused on the responses of deep dorsal horn (DDH) neurons, but neural networks in the superficial dorsal horn (SDH) are also important for processing nociceptive information. This work synthesizes heterogeneous experimental recordings from the SDH into a computational model that replicates experimental responses and that can be used to quantify neuronal responses to SCS under neuropathic pain conditions.