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【Cell】哈佛大学的科学家发现了一种机制,帮助解释为什么身体的某些部位对外界的感知能力如此敏感

首页 » 《转》译 3天前 转化医学网 赞(2)
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导读
皮肤又称为感觉器官,这主要是因为皮肤有着极其敏锐的感觉功能,能将外界的各种刺激通过皮肤中含有的神经纤维和神经末梢,经神经传递给大脑,使人对热、冷、触、痛和压等刺激作出有意识或无意识的反应。因此,皮肤的感觉功能本身是皮肤的保护系统,从而可以避免皮肤机械、物理及化学性的损伤。皮肤感觉最敏锐的部位在手指、舌尖等处。近日,哈佛大学的科学家发现一个关于触觉神经的一个新奥秘......

我们身体的某些部位,比如:手和嘴唇,会比其他部位更加敏感,因此,这些敏感部位就不知不觉地成为我们用来辨别周围世界、感知周围的环境变化的重要工具,这些敏感部位可以帮助我们了解、探索我们的生存空间每天都是如何运作的。这种重要的能力同时也促使着我们安全地在环境中生活、更快速地了解周围的情况并且对变化做出灵敏的反应。没有这些敏感器官,我们就无法从这个世界获取必要的信息,给我们的生存带来的阻碍是可想而知的。皮肤是这些敏感器官中的一种,也是人体最大的器官。这些皮肤的表面是专用来感触外界精细的物质和微妙变化的,大脑通过皮肤的触觉神经元不断向自己收集详细的信息。由此可以看出,皮肤的作用很大也很关键,它的功能是其它一些器官达不到的,这一点是毋庸置疑的。


但是,触觉神经元和大脑之间的联系到底是怎样让皮肤变得如此敏感的呢?


最近,哈佛医学院的科学家在他们领导的一项新研究中发现了一种机制,这种机制可以帮助他们认清到底有哪些原因造成某些皮肤区域更敏感。


他们将这项研究成果发表在《Cell》杂志一篇题目为“Mechanoreceptor synapses in the brainstem shape the central representation of touch”的文章中:

在这个研究中,科学家在老鼠身上进行实验。他们发现:大脑中敏感皮肤表面的过度呈现是在青春期早期形成的,这可以精确到脑干。除此之外,与身体不太敏感部位的神经元相比,分布在皮肤较敏感部位并将信息传递到脑干的触觉神经元形成了更多、更强的连接。


David Ginty是哈佛医学院神经生物学教授、也是该研究的资深作者说,他解释说:“这项研究为我们提供了一种机制方面的理解,帮助我们搞清楚了为什么有更多的大脑区域都连接着高触觉灵敏度的皮肤表面。这种机制有助于我们解释为什么一个人的感官敏锐度会更多地分布在需要的部位。”


虽然这项实验是在老鼠身上进行的,但在所有哺乳动物身上都可以观察到大脑中敏感皮肤区域的过度呈现,这表明这种机制很有可能也适用于其他物种。从进化的角度来看,哺乳动物有着非常不同的身体形态,这意味着不同皮肤表面具有它们各自的敏感性。例如,人类有高度敏感的手和嘴唇,而对于猪来说,它们靠着它们具有高度敏感的鼻子来探索世界。因此,Ginty认为这一机制可以为不同物种在不同区域发育时的敏感度方面带来发育灵活性。这些发现虽然是比较基础的,但有朝一日它就会有助于阐明在人类某些神经发育障碍中出现的触觉异常是怎么回事。


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科学家们之前就知道,某些身体部位在大脑中占据了过多的位置,正如大脑的触觉绘图所描述的那样。这张图描绘了人体各部位以及大脑中处理这些身体部位信号的相应的区域。这幅引人注目的绘图绘制出了卡通般的超大的手和嘴唇。以前,人们认为大脑中敏感皮肤区域的过度表能是由于支配这些皮肤区域的神经元密度更高,然而,Ginty实验室的研究揭示了一些不一样的道理:虽然敏感皮肤包含更多的神经元,但这些额外的神经元不足以填充额外的大脑空间。


神经生物学研究员Brendan Lehnert与同样在Ginty实验室工作的一位研究员Celine Santiago共同领导开展了这项实验,他解释道:“与我们的预期相比,支配敏感皮肤的神经元数量相当少这不合情理。”为了研究这一矛盾,研究人员在老鼠身上进行了频繁的实验,它们观察了当神经元受到不同方式的刺激时,大脑和神经元是如何成像的。首先,他们研究了在老鼠的整个发育过程中,大脑中不同的皮肤区域是如何呈现的:在发育早期,老鼠爪子上那些敏感的、无毛的皮肤与触觉神经元的密度成比例。然而,在青春期和成年期之间,这种敏感的皮肤在大脑中的比例越来越高,尽管神经元的密度保持稳定——这种变化在不那么敏感的毛茸茸的爪子皮肤中没有看到。


GintyLehnert说:“这些实验足以解释:除了皮肤神经细胞的神经支配密度外,导致了大脑过度呈现的还有其他原因。在这些出生后的发育时间点上看到的变化真的出乎我们的意料,这可能只是产后发育过程中许多重要的变化之一,这些变化让我们能够联想到、了解到周围的触觉世界,从而通过运动回路帮助我们获得操纵物体的能力,而触觉是其中必不可少的一部分。”接下来,研究小组确定了位于大脑底部区域的脑干的一个功能是负责将信息从触觉神经元传递到更复杂、更高阶的大脑区域,这也是敏感皮肤表面扩大呈现的位置。这一发现使研究人员认识到:敏感皮肤的过度呈现一定来自触觉神经元和脑干神经元之间的连接。


为了进一步研究,科学家们比较了不同类型爪子皮肤的触觉神经元和脑干神经元之间的联系。他们发现,与不那么敏感、多毛的皮肤相比,敏感、无毛的皮肤神经元之间的连接更强。因此,研究小组得出结论:神经元之间连接的强度和数量对大脑中敏感皮肤的过度表达起着关键作用。最后,即使敏感皮肤上的触觉神经元没有受到刺激,老鼠大脑中的呈现仍在是扩大的趋势,这就这表明是导致这些大脑变化的皮肤类型,而不是长期的触摸刺激。Ginty说:“我们已经发现了这种扩大呈现的组成部分,它解释了感官空间的不成比例的中心表征。这已经从另一个方式思考了这种扩大是如何产生的。”


接下来,研究人员想要研究不同的皮肤区域是如何让刺激它们的神经元具有不同的特性的,比如当它们刺激敏感的皮肤时,会形成更多更强的连接。Ginty和他的团队想要知道是什么信号导致了这样的结果。Lehnert指出一个普遍的被称为发展性协调障与人类神经发育障碍的影响之间的联系接触受体和大脑,而因此受益于进一步阐明两者之间的相互作用。


Lehnert说:“这就是我们所期待的众多研究的效果,这些研究将在机械层面上探索身体在发育过程中的变化。我们都很有信心在未来这种机制会帮助我们更好地理解某些神经发育障碍的问题。”(转化医学网360zhyx.com)


参考资料:

https://medicalxpress.com/news/2021-10-unraveling-mystery-mechanism-uncovered-body.html

注:本文旨在介绍医学研究进展,不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导,请至正规医院就诊。

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