Nature：揭示大脑后岛叶皮层中存在对冷和热作出反应的神经元

在一项新的研究中，来自德国马克斯-德尔布吕克中心的研究人员发现，大脑中的一个区域负责我们触摸物体时对温度的感知。相关研究结果于2023年2月8日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“The cellular coding of temperature in the mammalian cortex”。这篇论文报道了一个位于岛叶皮层后部区域的“热皮层（thermal cortex）”的发现。

一杯热咖啡，一杯冷汽水---我们探测物体温度的能力对于在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大脑中感知温度的能力的位置。一些人认为存在一个独特的“热皮层”，但是在此之前，人们对这种特定区域的存在仍存在争议。但是，在这项新的研究中，这些作者确定了小鼠大脑中的一个热皮层，并发现了能够检测冷温度或热温度的神经元。

马克斯-德尔布吕克中心神经科学家James Poulet教授说，“了解大脑是如何工作的是科学的最后一个前沿，研究感官感知是实现这一目标的好方法。不幸的是，许多脑部疾病无法治愈，其中包括改变感官感知的疾病。从长远来看，了解神经细胞回路在健康大脑中的工作方式将有助于修复患病的大脑。”

当人在世界上移动时，大脑处理从感觉器官流出的信息，以构建对世界的有意识感知。这大部分发生在大脑的皮层中。Poulet和他的团队此前已发现，当皮肤接触到低温时，初级体感皮层（primary somatosensory cortex）中的神经元会做出反应。因此，他们预计热温度也会被编码在这个区域中。

特定的神经元对冷和热有反应

论文共同第一作者、Poulet神经回路与行为实验室研究员Mikkel Vestergaard博士和Mario Carta博士在小鼠身上测试了这一假设，其中小鼠的大脑与人类相似。他们给小鼠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，他们发现初级体感皮层对温暖没有反应。当他们进一步观察周围时，他们发现位于大脑一侧的后岛叶皮层（posterior insular cortex）有神经元作出反应。Carta说，“我们的研究表明，后岛叶皮层似乎含有难以捉摸的热皮层。”

他们然后使用双光子显微镜观察后岛叶皮层中神经元的反应。Vestergaard说，“我们发现有特定的冷反应神经元（cold-responding neuron）和特定的热反应神经元（warm-responding neuron），以及许多对热和冷都有反应的神经元。”

大脑皮层对冷和热的表征。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05705-5。

热反应神经元和冷反应神经元的反应截然不同。热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和消失。Vestergaard说，“这表明对冷的感知和对热的感知可能有不同的途径。”

温度的流动

为了最终证实岛叶皮层与温度感知有关，这些作者训练小鼠报告冷或热的温度。他们随后使用光遗传学技术，在传递热刺激的同时暂时使后岛叶皮层失活。Poulet说，“当我们这样做时，小鼠没有感觉到这种温度刺激。”当他们停止抑制这部分皮层时，小鼠再次感受到了这种温度刺激。

在未来，Poulet团队计划研究温度从皮肤，通过脊髓进入丘脑，最后进入皮层的路径。他说，“我们正在观察不同的观测点，以了解温度信息在何处以及如何表示，以及如何沿着路径进行转换。”

这些作者也正在研究这项研究中一个更大的困惑：为什么感知寒冷的初级体感皮层对温暖没有反应？他们推测，这个区域可能负责感知复杂的纹理，比如潮湿、光滑或金属质感。

Poulet说，“可能是初级体感皮层中的冷表征在某种程度上有助于辨别复杂的表面结构。我们需要做更多的实验才能真正理解。这很有趣，但仍不清楚。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

M. Vestergaard et al. The cellular coding of temperature in the mammalian cortex. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05705-5.