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慢性疼痛の病態形成において大脳皮質第一次体性感覚野 (S1) の神経活動変化の重要性が示唆されるようになってきた。しかし、生体内で同一神経細胞活動を経時的に観察し、疼痛形成のメカニズムを検討した研究は少ない。本研究では、アデノ随伴ウィルスベクターを使用した遺伝子導入により、マウスのS1の出力層である2/3層の神経細胞にカルシウム感受性タンパク質を(GCaMP6f)を発現させ、2光子顕微鏡を用いてそれらの活動を可視化（生体カルシウムイメージング）し、疼痛モデルマウス作製前後で個々の同一神経細胞活動の経時的変化を観察した。その結果、疼痛モデル作製後の急性期において、いずれも神経細胞活動および各神経細胞間の活動の相関性が有意に増加した。また、炎症性痛モデルでは術後痛モデルよりも長く疼痛閾値の低下を認めたのに一致して、神経細胞活動や神経細胞活動の相関性が増加する期間も延長して認められた。さらに、化学遺伝学的手法（外因性のclozapine-N-oxideと結合することで神経活動を引き起こす人工受容体をS1の神経細胞に発現させ、神経活動の操作を行った）を用い、野生型マウスに対してS1の神経細胞活動を活性化させることによって有意に疼痛閾値の低下を認めた一方で、疼痛モデル作製後急性期にS1の神経細胞活動を抑制することにより有意に疼痛閾値の改善を認めた。S1の神経細胞活動と疼痛閾値には関連があり、疼痛形成および維持においてS1の個々の神経細胞活動変化およびそれらの相関性が重要である可能性が示唆された。
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