两项研究揭示了脊髓和脑干在接触中的惊人新作用

触觉对我们所做的几乎所有事情都至关重要，从家庭日常任务到在可能隐藏危险的陌生地形中导航。长期以来，科学家们一直想弄清楚，我们通过手和身体其他部位获得的触摸信息是如何进入大脑，从而产生我们的感觉的。

然而，关键方面触摸——包括脊髓和脑干是如何参与接收、处理和传输信号的——仍然知之甚少。

现在，哈佛医学院的科学家们发表了两篇论文，揭示了脊髓和脑干如何影响大脑活动的关键新见解触觉．

具体来说，研究表明，脊髓和脑干，以前被认为仅仅是触摸信息的中继中心，在触摸信号传输到更高阶的大脑区域时，积极参与处理。

一项研究发表在11月4日细胞的研究表明，脊髓中专门的神经元形成了一个复杂的网络，处理轻触——比如手的擦擦或脸颊上的轻啄——并将这些信息发送到脑干。

在11月23日发表的另一项研究中自然研究人员证实，直接接触和间接接触通路共同工作，在脑干中汇合，决定了触摸的处理方式。

“这些研究将重点放在脊髓和脑干上，它们是触觉信息整合和处理的地方，以传达不同类型的触觉。在此之前，我们还没有完全认识到这些区域是如何帮助大脑表现振动、压力和触觉刺激的其他特征的，”戴维·金蒂说，他是HMS布拉瓦特尼克研究所的爱德华·r·安妮·g·莱弗勒神经生物学教授，也是两篇论文的高级作者。

虽然这些研究是在老鼠身上进行的，但触摸机制在很大程度上是在物种之间保守的，包括人类，这意味着触摸处理的基础知识可能对科学家研究人类疾病有用，比如以触摸功能障碍为特征的神经性疼痛。

“这种对触觉的详细理解——即通过与皮肤的接触来感受世界——可能已经有了深远的影响以了解疾病、紊乱和损伤如何影响我们与周围环境互动的能力，”国家神经疾病和中风研究所(NINDS)的项目主任詹姆斯·格纳特(James Gnadt)说。

被忽视和低估

关于触觉的历史观点是，皮肤上的感觉神经元遇到压力或振动等触觉刺激，并以电脉冲的形式将信息直接从皮肤传递到脑干。在那里，其他神经元将触摸信息传递给大脑的初级体感皮层——触摸层次的最高层次——在那里它被加工成感觉。

然而，Ginty和他的团队想知道脊髓和脑干是否以及如何参与处理触摸信息。这些区域占据了触摸层次的最低层次，并结合起来形成了一个更间接的触摸通道进入大脑。

“该领域的人们认为，触觉的多样性和丰富性仅仅来自皮肤中的感觉神经元，但这种想法绕过了脊髓和脑干，”金蒂实验室的博士后、该研究的第一作者约瑟夫·图莱克(Josef Turecek)说自然纸。

Turecek解释说，许多神经科学家并不熟悉脊髓神经元，称为突触后背柱(PSDC)神经元，它从脊髓投射到脑干，而且教科书倾向于将PSDC神经元从描绘触摸细节的图表中删除。

对于Ginty来说，脊髓和脑干在触觉中被忽视的方式让他想起了早期对视觉系统的研究。最初，研究视觉的科学家认为所有的处理过程都发生在大脑的视觉皮层。然而，事实证明，视网膜在视觉信息到达皮层之前就接受了视觉信息，并大量参与了这些信息的处理。

Ginty说:“类似于对视觉系统的研究，这两篇论文阐述了来自皮肤的触摸信息是如何在脊髓和脑干中被处理的，然后再向上移动到更复杂的大脑区域。”

把点连起来

在细胞论文中，研究人员使用他们开发的技术，在小鼠经历各种类型的触摸时，同时记录脊髓中许多不同神经元的活动。他们发现，在脊背角——脊髓的感觉处理区域——超过90%的神经元对轻触有反应。

“这很令人惊讶，因为传统观点认为，脊髓浅层的背角神经元主要对温度和疼痛刺激做出反应。我们还没有意识到轻触信息是如何在脊髓中分布的，”金蒂实验室的研究员Anda Chirila说，她与研究生Genelle Rankin共同撰写了这篇论文。

此外，这些对光的反应在背角中基因不同的神经元群体中有很大的差异，这些神经元被发现形成了一个高度互联和复杂的神经网络。这种反应的变化反过来又导致了由PSDC神经元从背角传递到脑干的触摸信息的多样性。事实上，当研究人员使各种背角神经元沉默时，他们发现PSDC神经元传递的轻触信息的多样性减少了。

Chirila说:“我们认为，关于触摸如何在脊髓中编码的信息，对于理解触摸处理的基本方面很重要。脊髓是触摸层次结构中的第一个位置。”

在他们的另一项研究中，发表在自然在美国，科学家们专注于触觉层次的下一步:脑干。他们探索了直接途径与感觉神经元在皮肤到脑干和通过脊髓发送触摸信息的间接通路中，如细胞纸。

Turecek说:“脑干神经元既能得到直接输入，也能得到间接输入，我们真的很好奇每条通路会给脑干带来哪些方面的触摸。”

为了解析这个问题，研究人员交替沉默了每个通路，并记录了小鼠脑干中神经元的反应。实验表明，直接通路对于传递高频振动很重要，而间接通路则需要编码皮肤上的压力强度。

Turecek解释说:“我们的想法是，这两条通路在脑干中汇聚，神经元可以编码振动和强度，所以你可以根据你有多少直接和间接输入来塑造这些神经元的反应。”换句话说，如果脑干神经元的直接输入比间接输入多，它们交流的振动就比强度大，反之亦然。

此外，研究小组发现，这两种途径都可以从同一小块皮肤区域传递触觉信息，在加入直接传递到脑干的振动信息之前，有关强度的信息通过脊髓绕道而行。通过这种方式，直接通路和间接通路共同工作，使脑干能够形成来自同一区域的不同类型的触摸刺激的空间表征。

终于在地图上了

到目前为止，“大多数人都将脑干视为触觉的中继站，他们甚至根本没有在地图上看到脊髓，”Ginty说。对他来说，新的研究“证明了脊髓和脑干中发生了大量的信息处理，而这种处理对于大脑如何表征触觉世界至关重要。”

他补充说，这种处理可能有助于脑干发送到体感皮层的触摸信息的复杂性和多样性。

接下来，Ginty和他的团队计划在清醒且有行为的老鼠身上重复实验，在更自然的条件下测试这些发现。他们还想扩大实验范围，包括更多类型的真实世界的触摸刺激，比如纹理和运动。

研究人员还对来自大脑的信息(例如动物的压力、饥饿或疲惫程度)如何影响大脑处理触觉信息感兴趣脊髓而且脑干．鉴于接触机制在物种间似乎是保守的，这些信息可能与人类疾病特别相关，如自闭症谱系障碍或神经性疼痛，在这些疾病中，神经功能障碍会导致对轻触的超敏感。

兰金说:“通过这些研究，我们已经为这些电路的工作原理及其重要性奠定了基础。”“现在我们有工具来解剖这些电路，以了解它们是如何正常运作的，以及当出现问题时发生了什么变化。”