大脑如何编码暖和冷

马克斯·德尔布吕克中心的研究人员发现了大脑的一个区域，当我们触摸物体时，该区域负责我们对温度的感知。这篇发表在《自然》杂志上的论文报道了位于岛叶皮层后部区域的“热皮层”的发现。

一杯热咖啡，一杯冷苏打水——我们检测物体温度的能力对于在这个世界上生存至关重要。近一个世纪以来，科学家们一直试图确定感知温度的能力在大脑中的位置。一些人认为有一个独特的“热皮层”，但直到现在，特定区域的存在一直存在争议。

柏林马克斯·德尔布吕克中心的研究人员已经确定了小鼠大脑中的热皮层，并确定了检测冷或暖温度的神经细胞(或“神经元”)。

“了解大脑是如何工作的是科学的最后一个前沿，研究感官知觉是尝试做到这一点的好方法，”领导研究小组的MaxDelbrück中心和Charité-Universitätsmedizin的神经科学家James Poulet教授说。“不幸的是，有许多脑部疾病无法治愈，包括那些改变感官知觉的疾病。从长远来看，了解神经细胞回路如何在健康大脑中工作将有助于修复患病的大脑。

当一个人在世界上移动时，大脑会处理来自感觉器官的信息，以构建对世界的有意识的感知。其中大部分发生在大脑的外折叠层，称为皮层。Poulet和他的团队以前发现，当皮肤接触凉爽的温度时，初级躯体感觉皮层中的神经元会做出反应。因此，他们预计温暖的温度也会被编码在该地区。

特定的神经元对冷和温暖做出反应

Poulet神经回路和行为实验室的共同第一作者和研究人员Mikkel Vestergaard博士和Mario Carta博士在小鼠身上测试了这一假设，小鼠的大脑与人类相似。他们向动物的前爪提供温和的温度，并使用成像技术来发现大脑的哪个部分对皮肤温度的变化做出反应。

令他们惊讶的是，科学家们发现初级躯体感觉皮层对温暖没有反应。当他们进一步环顾四周时，他们发现神经元在大脑一侧称为后岛叶皮层的区域做出反应。“我们的研究表明，后岛叶皮层似乎包含难以捉摸的热皮层，”Carta说。

然后，他们使用双光子显微镜观察后岛叶皮层中单个神经元的反应。“我们发现有特定的冷反应神经元和特定的暖反应神经元，以及许多对温暖和凉爽都有反应的神经元，”Vestergaard说。

暖神经元和冷神经元的反应完全不同。暖神经元对绝对温度做出反应，而冷神经元对温度的相对变化做出反应。冷反应也比热反应更快地被激活并更快地消失。“这表明冷与暖的感知可能存在不同的途径，”Vestergaard说。

温度的流动

为了最终证明岛叶皮层参与温度感知，科学家们训练小鼠报告凉爽或温暖的温度。然后他们使用光遗传学技术暂时使后岛叶皮层失活，同时提供热刺激。“当我们这样做时，老鼠没有感觉到温度刺激，”Poulet说。当科学家停止抑制皮层的这一部分时，小鼠再次感受到了这种感觉。

在未来，Poulet团队计划研究温度从皮肤流经脊髓进入丘脑，最后进入皮层的途径。“我们正在研究不同的站点，以了解温度信息在哪里以及如何表示，以及它如何沿着路径转换，”他说。

他们还在研究这项研究的一个更大的难题：为什么感知寒冷的初级体感皮层对温暖没有反应?科学家们推测，该区域可能负责感知复杂的纹理，例如潮湿，光滑度或金属感。

“可能是躯体感觉皮层中的冷表征以某种方式有助于区分复杂的表面结构，”Poulet说。“我们需要做更多的实验才能真正理解。这很吸引人，但仍然相当不清楚。

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