躯干排列的背柱分区对触觉的编码

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题目：The encoding of touch by somatotopically aligned dorsal column subdivisions

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2022年11月23日

通讯作者单位：哈佛医学院

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05470-x

主要内容：

来自皮肤的触摸信号通过脊髓中两条通路的混合投射进入大脑。这些通路传达了触觉刺激的不同特征，并以不同方式汇聚到脑干神经元上，将触觉的不同方面引导到各个脑区。

我们的触觉是由感觉神经细胞介导的，它有一个从皮肤延伸到脊髓的过程（轴突）。对于许多这样的感觉神经元，特别是那些有大细胞体的，轴突在脊髓中继续上升到大脑底部的脑干。在那里，这些神经元的轴突末端与 "中继 "神经元形成连接，将触摸信号传递到具有 "更高 "功能的大脑区域。这种 "直接 "的皮肤-脑干途径被认为是触摸诱发信号到达大脑的主要渠道。然而，这些触觉神经元也在脊髓中形成广泛的突触连接，它们在那里激活称为突触后背柱神经元（PSDCs）的神经元；这些神经元也会投射到脑干。这第二条从皮肤到脊髓到脑干的多突触途径是 "间接 "途径（图1a）。由于直接和间接途径的上升轴突在脊髓中混合在一起，因此不可能测试这些途径对触觉的贡献。

作者采取了几种方法来评估直接和间接途径对大脑表现触觉的相对贡献。作者产生了使直接途径沉默的技术，而使间接途径保持完整，反之亦然；同时，作者记录了脑干中神经元的活动，这些途径在这里交汇。这些沉默技术使作者能够确定每条通路所传递的感觉信息的类型。作者还产生了基因工程小鼠，其中某些类型的触觉神经元的末梢可以通过直接在皮肤上施加光线而被激活。这种策略使我们能够研究这两条途径是否传达了由不同类别的神经元编码的触摸信息，这些神经元对触摸刺激的不同方面（如振动或皮肤压痕的强度）做出反应。

作者发现，直接和间接途径都有助于大脑对触摸的开始和偏移的表述。作者还发现，具体来说，是直接途径传达了高频振动，因此对传递触摸的详细空间和时间特征至关重要。相比之下，间接途径编码的是皮肤压痕的强度，远远超出了高力（强烈，但不痛）的范围（图1b）。值得注意的是，尽管这两条途径对触觉刺激的不同特征进行编码，但它们在脑干中是一致的，并汇合到同一个脑干神经元上。因此，一小块皮肤上的感觉是由直接和间接途径输入的组合产生的。最后，作者发现，直接和间接途径汇聚到单个脑干 "中继 "神经元的程度决定了最终被传递到各个脑区的信息类型。

这项研究为思考间接途径的功能提供了一个框架。作者专注于简单和可量化的触摸刺激：振动和压痕。作者的工作并没有告诉我们直接和间接途径是如何塑造我们在现实世界中的触觉的，在那里触觉刺激可能要复杂得多。例如，柔软的天鹅绒或坚硬的砾石的感觉是如何由直接和间接途径表示的？如果直接或间接途径被关闭，对物体的柔软度或质地，或其运动方向或速度的感觉会有什么变化？直接和间接途径是否以同样的方式汇聚在一起，代表身体所有不同部位的触觉？

作者希望能解决上述问题以及其他问题。作者还在开发创新的工具，用于对构成间接途径的细胞进行基因定位，以及研究自由运动的动物在跳跃、攀爬和探索不同触觉环境时的触觉。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05470-x

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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