大脑是如何感知触觉的

EPFL的研究人员已经发现了帮助激活附近神经细胞的感觉处理的特定神经元——这一发现可以解释大脑如何整合触觉感知和学习所需的信号。

触觉感知能力给我们的大脑提供了关于环境的丰富信息，包括物体的形状、质地和温度。EPFL的神经科学家在老鼠身上发现了一种有助于触发神经活动的神经元大脑有知觉和运动控制等功能的区域。

这些发现不仅有助于理解大脑是如何感知触觉刺激的，还有助于理解大脑是如何将信息联系在一起的——这是学习的关键过程。

先前的研究表明，一种名为血管活性肠肽(VIP)的抑制性神经元可能在神经细胞之间新连接的形成和感觉和运动信号的整合等过程中发挥作用。EPFL生命科学学院的卡尔·彼得森教授说，这项新研究是第一次测量活体大脑中这些脑细胞的膜电位——最基本的电特性。

移走

老鼠用胡须——长在鼻子上的鬃毛——来探索它们的环境，就像人们在黑暗中用手来导航一样。在一组实验中，彼得森和他的团队监测了体感桶状皮层神经元的活动，当老鼠在一个称为“触须”的过程中前后移动它们的触须时，体感桶状皮层是一个对触须感觉作出反应的大脑区域。在另一组实验中，当老鼠的胡须受到光照时，研究人员监测桶状皮层神经元的活动。

研究人员发现，在缺乏主要的兴奋性神经递质谷氨酸的情况下，触须和触须刺激都触发了VIP神经元的活动，但没有触发桶状皮质中的其他类型的神经元。VIP神经元的激活似乎依赖于神经递质水平的增加乙酰胆碱。

为了测试乙酰胆碱激活VIP神经元的想法，彼得森和他的同事们用设计好的老鼠在脑细胞中携带光敏蛋白质，这些蛋白质主要使用乙酰胆碱来发送信息。然后，研究人员利用光刺激这些神经元释放乙酰胆碱，同时监测桶状皮层中其他神经细胞的活动。

乙酰胆碱的释放在VIP神经元中触发了启动行为的“去”信号，在一种被称为生长抑制素表达(SST)神经元的神经元中触发了“停止”信号。SST神经元通常抑制兴奋神经部分细胞位于躯体感觉皮层的外层。

进一步的实验表明，振荡过程中释放的乙酰胆碱刺激VIP神经元，进而抑制SST神经元的活性。关闭来自SST神经元的抑制性信号有助于驱动兴奋性皮质的活动神经细胞，通过去抑制的过程来刺激感觉处理。这项研究发表在神经元。

学习曲线

大脑不同区域之间的许多长期连接似乎发生在皮层的最外层。通过外层去抑制兴奋性神经元的激活可能有利于不同感觉信号的整合，帮助动物理解它们，彼得森说。他补充说，这也可能推动神经元之间新连接的形成，这一过程是学习的基础。

尽管这项研究是在老鼠身上进行的，彼得森指出，类似的过程也可能发生在人类的大脑中。“当科学家观察人类大脑时，发现了相同的细胞类型和相同的机制，”他说。

例如，这些发现可能有助于解释精神分裂症的一些症状，精神分裂症是一种以妄想和幻觉为特征的疾病。一些精神分裂症患者在对乙酰胆碱作出反应的受体上有突变，这可能暗示了为什么有障碍的个体在选择和整合感觉信息方面有困难，彼得森说。

接下来，研究小组计划研究乙酰胆碱介导的信号是否能改善小鼠的学习能力。“我们可以增加乙酰胆碱，看看我们是否可以促进学习，或者关闭信号，看看这是否会阻碍学习，”彼得森说。

研究人员还试图弄清楚乙酰胆碱如何到达VIP神经元表面的受体，以及乙酰胆碱是如何产生的神经元变得活跃并释放神经递质。“现在，这完全是个谜，”彼得森说。

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