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更新教科書！哈佛科學家連發兩篇頂刊，揭示“觸覺”中被忽視的兩大角色

健康知識養生常識

▎藥明康德內容團隊編輯
無論你注意還是沒注意到 ， 觸覺幾乎參與了我們所做的每一件事 ， 比如點開這篇文章 。 簡單來說 ， 手指或身體其他部分的感覺神經元在獲得觸碰、振動的刺激后 ， 以電脈沖的形式向大腦發送信息 ， 經過大腦皮層的信息處理 ， 我們產生了觸覺 。
在這個過程中 ， 脊髓和腦干通常被認為僅僅是從皮膚到大腦之間的信號中轉站 。 然而 ， 美國哈佛醫學院的DavidGinty教授對這一傳統觀點提出了挑戰 。
近日 ， Ginty教授領導的研究團隊接連在頂尖學術期刊《細胞》和《自然》發表了兩篇論文 ， 指出脊髓和腦干在觸覺中扮演了不為人知的重要角色：它們實際上積極參與了觸覺信號的大量處理 ， 幫助大腦感知到觸覺信息的豐富多樣 。 這一發現對于我們理解和治療涉及觸覺功能障礙的人類疾病具有重要意義 。
“這兩項研究強調了脊髓和腦干是整合與處理觸覺信息的位置 ， 傳送不同類型的觸碰 。 ”Ginty教授指出 ， “過去我們并沒有完全認識到這兩個部位對于大腦表征觸碰刺激的振動、按壓和其他特征有多么重要 。 ”
更新教科書！哈佛科學家連發兩篇頂刊，揭示“觸覺”中被忽視的兩大角色
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在第一篇發表于《細胞》的論文中 ， 研究團隊重點探索了觸覺信息在第一個中轉站——脊髓如何被編碼 。
研究人員使用他們開發的一種技術 ， 在小鼠接受不同類型的觸碰時 ， 可以同時記錄脊髓中不同神經元的活動 。 他們由此發現 ， 在脊髓的感覺處理區背角（dorsalhorn） ， 超過90%的神經元對輕觸有反應——例如用軟軟的毛刷掃過手背時 。
“這一發現令我們驚訝 ， 因為傳統上認為 ， 脊髓背角神經元主要對溫度和引起疼痛的刺激做出反應 。 ”論文的共同第一作者AndaChirila博士指出 ， “過去我們沒有意識到輕觸信息在脊髓中是如何分布的 。 ”
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▲研究示意圖（圖片來源：參考資料[1]）
進一步分析顯示 ， 背角中基因表達不同的神經元類群形成一個廣泛連接的復雜網絡 ， 在接收到不同閾值的輕觸時有不同的反應 ， 并且動態、靈活地調節信號的輸出 。
脊髓中將這些信號從背角傳到腦干的神經元被稱為突觸后背柱神經元（簡稱PSDC） ， 這類神經元同樣也在教科書中關于觸覺的部分經常被忽略 。 當研究人員通過基因操縱讓不同的背角神經元變得不再活躍時 ， 他們觀察到PSDC神經元傳達的輕觸信息多樣性降低 。
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▲脊髓橫截面展示了參與觸覺的兩類神經元 ， 其中背角神經元（紅色）與突觸后背柱神經元（綠色）攜手 ， 接收感覺神經元從皮膚獲得的觸碰信息 ， 處理后傳遞給腦干（圖片來源：參考資料[3]；Credit：CarmineChavez-MartinezandAndaChirila）
第二篇發表于《自然》雜志的研究論文聚焦于腦干 。 在這個位置 ， 一方面有皮膚中的感覺神經元直接傳到腦干的觸覺信息 ， 一方面有經脊髓背角發送的觸覺信息 。 “腦干神經元獲得了直接輸入和間接輸入 ， 而我們很好奇這兩個途徑分別給腦干帶來了什么 。 ”這篇論文的第一作者JosefTurecek博士說 。
為了回答這個問題 ， 研究人員利用光遺傳學方法在麻醉小鼠身上分別關閉兩條通路的信號 ， 并記錄小鼠腦干神經元的反應 。 實驗結果顯示 ， 直接通路對于傳達高頻振動很重要 ， 而間接通路需要編碼皮膚受到的壓力強度 。 換句話說 ， 當腦干神經元接收到的信號更多來自直接通路 ， 處理的振動信息要多于力度信息 。