一杯热咖啡、一瓶冷汽水……
一杯热咖啡、一瓶冷汽水……Takeko
原理 2023-02-23 04:35
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一杯热咖啡、一瓶冷汽水……我们检测物体温度的能力对生活甚至生存都至关重要，这些关键的温度感知，巩固了我们与周围世界的相互作用。
我们已经知道，从神经层面来说，大多感官可以简化成“接受外部刺激，传递信号，大脑接收信号并做出反应”。
著名神经科学家戴维·朱利叶斯（David Julius）和阿代姆·帕塔博蒂安（Ardem Patapoutian）在探索这一过程的历程中迈出了关键一步，他们发现了一系列“感受器”，顾名思义，也就是我们身体接受外部刺激的结构。
1997年，朱利叶斯在感受疼痛的神经元上识别出了受体分子TRPV1，并证明了它能被高温和辣椒素激活。随后，朱利叶斯和帕塔博蒂安分别独立确认了TRPM8是一种会对薄荷醇和寒冷产生反应的分子。
现在已经有越来越多的发现表明，TRP家族在进化史上是一个非常古老的体系。两位科学家也因为这一领域开创性的研究获得了2020年科维理神经科学奖以及2021年诺贝尔生理学或医学奖。
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然而，谜团仍然存在。近一个世纪以来，科学家还在试图确定感知温度的能力位于大脑中的哪个位置。一些人认为，大脑中存在一块独特的“热皮质”，但一直以来，关于是否存在这种特定的区域仍存在争议。
直到近日，德国马克斯-德尔布吕克分子医学中心的科学家在小鼠脑中找到了热皮质，并确定了用于探测冷暖温度的神经细胞（神经元）。研究论文已发表在《自然》上。
特定神经元的温度反应
当我们生活在这个世界时，我们离不开脑来处理来自感觉器官的信息，从而构建出对世界的有意识的感知。这些过程大部分发生在脑外部的褶皱层，也就是皮质。
先前，研究团队发现当皮肤接触到低温时，第一躯体感觉皮质中的神经元会做出反应。因此，他们猜想，高温的感知也会在这片区域被编码。在新研究中，他们在小鼠身上测试了这种假设，因为小鼠的脑与人类的非常相似。
他们让小鼠的前爪接触到温和的温度，并使用成像技术来探测脑的哪一部分对皮肤温度的变化产生了反应。令他们惊讶的是，第一躯体感觉皮质对温暖并没有反应。进一步观察后发现，在脑一侧被称为后岛叶皮质的区域中的神经元反而产生了反应。也就是说，那里似乎隐约包含着热皮质。
https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/tqOuxs8dsHNbVRBYnQ84kv5icgtKsbll8wcXGjlZg5VY5lCWKSGvHWiarJT6OomY47IdoOvxzYYflptA0EvpSib6w/640?wx_fmt=jpeg平均宽视野钙离子成像显示了后岛叶皮质对小鼠前爪冷刺激（左）和热刺激（右）的反应。（图／Mikkel Vestergaard, Poulet Lab, Max Delbrück Center）
接下来，他们利用双光子显微镜，观察后岛叶皮质中单个神经元的反应。结果发现，这里存在着特定的冷反应神经元和特定的暖反应神经元，以及许多对冷暖都有反应的神经元。
冷和暖的神经元的反应相当不同。暖神经元会对绝对温度产生反应，而冷神经元则对温度的相对变化有反应。冷的反应也会被更快激活，并比暖的反应更快消散。这表明，可能存在着独立的途径来感知冷与暖。
https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/tqOuxs8dsHNbVRBYnQ84kv5icgtKsbll8huTshe2czOox0hY68LI0jbhYuMA5CfsUeCHfPIvvDQUTmJzAhe0n7Q/640?wx_fmt=jpeg小鼠后岛叶皮质的落射荧光成像，绿色是表达钙敏感蛋白的神经元，红色是表达一般神经元标志物的神经元。（图／Mikkel Vestergaard, Poulet Lab, Max Delbrück Center）
为了最终证明岛叶皮质参与了温度感知，科学家训练小鼠报告冷或暖的温度。然后，他们使用光遗传学技术，在提供热刺激的同时暂时“关闭”后岛叶皮质。此时，小鼠就不再能感知到温度的刺激。当科学家不再抑制皮质的这一部分时，小鼠又再次出现了这种感觉。
温度的流动
未来，团队计划研究温度流从皮肤通过脊髓进入丘脑，最后进入皮质的途径。他们正在研究不同的位点，了解温度信息在哪里以及如何体现，以及它是如何沿着途径转化的。
此外，他们还在研究这个结果带来的一个更大的难题，那就是，为什么先前发现的感知冷的第一躯体感觉皮质，对暖没有反应？
科学家推测，这一区域可能负责感知复合质地，比如潮湿、光滑或者金属质感。他们猜想，可能是躯体感觉皮质中的冷表征，在某种程度上有助于辨别复合表面结构。因此，还需要更多实验才能真正了解其中的问题。
#创作团队：
撰文：Takeko排版：雯雯
#参考来源：
https://www.mdc-berlin.de/news/press/how-brain-encodes-warm-and-cool2021诺奖 | 我们如何感知世界？#图片来源：
封面图&首图：Poulet Lab, Max Delbrück Center
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