無論你注意或沒注意到，觸覺幾乎參與了我們所做的每一件事，例如點開這篇文章。簡單來說，手指或身體其他部位的感覺神經元在獲得觸碰、振動的刺激後，以電脈衝的形式向大腦發送訊息，經過大腦皮質的訊息處理，我們產生了觸覺。
在這個過程中，脊髓和腦幹通常被認為只是從皮膚到大腦之間的訊號中轉站。然而，美國哈佛醫學院的David Ginty教授對此傳統觀點提出了挑戰。
近日，Ginty教授領導的研究團隊接連在頂尖學術期刊《細胞》和《自然》發表了兩篇論文，指出脊髓和腦幹在觸覺中扮演了不為人知的重要角色：它們實際上積極參與了觸覺訊號的大量處理，幫助大腦感知到觸覺訊息的豐富多樣。這項發現對於我們理解和治療涉及觸覺功能障礙的人類疾病具有重要意義。
「這兩項研究強調了脊髓和腦幹是整合與處理觸覺訊息的位置，傳送不同類型的觸碰。」Ginty教授指出，「過去我們並沒有完全認識到這兩個部位對於大腦表徵觸碰刺激的振動、按壓和其他特徵有多麼重要。"
在第一篇發表於《細胞》的論文中，研究團隊重點探討了觸覺訊息在第一個中轉站－脊髓如何被編碼。
研究人員使用他們開發的一種技術，當小鼠接受不同類型的觸碰時，可以同時記錄脊髓中不同神經元的活動。他們由此發現，在脊髓的感覺處理區背角（dorsal horn），超過90%的神經元對輕觸有反應──例如用軟軟的毛刷掃過手背時。
「這項發現令我們驚訝，因為傳統上認為，脊髓背角神經元主要對溫度和引起疼痛的刺激做出反應。」論文的共同第一作者Anda Chirila博士指出，「過去我們沒有意識到輕觸訊息在脊髓中是如何分佈的。"
▲研究示意圖（圖片來源：參考資料[1]）
進一步分析顯示，背角中基因表現不同的神經元類群形成一個廣泛連接的複雜網絡，在接收到不同閾值的輕觸時有不同的反應，並且動態、靈活地調節訊號的輸出。
脊髓中將這些訊號從背角傳到腦幹的神經元稱為突觸後背柱神經元（簡稱PSDC），這類神經元同樣也在教科書中關於觸覺的部分常被忽略。當研究人員透過基因操縱讓不同的背角神經元變得不再活躍時，他們觀察到PSDC神經元傳達的輕觸訊息多樣性降低。
▲脊髓橫斷面展示了參與觸覺的兩類神經元，其中背角神經元（紅色）與突觸後背柱神經元（綠色）攜手，接收感覺神經元從皮膚獲得的觸碰訊息，處理後傳遞給腦幹（圖片來源：參考資料[3]；Credit：Carmine Chavez-Martinez and Anda Chirila）
第二篇發表於《自然》期刊的研究論文聚焦於腦幹。在這個位置，一方面有皮膚中的感覺神經元直接傳到腦幹的觸覺訊息，一方面有經脊髓背角發送的觸覺訊息。 「腦幹神經元獲得了直接輸入和間接輸入，而我們很好奇這兩個途徑分別為腦幹帶來了什麼。」這篇論文的第一作者Josef Turecek博士說。
為了回答這個問題，研究人員利用光遺傳學方法在麻醉小鼠身上分別關閉兩個路徑的訊號，並記錄小鼠腦幹神經元的反應。實驗結果顯示，直接通路對於傳達高頻振動很重要，而間接路徑則需要編碼皮膚所受到的壓力強度。換句話說，當腦幹神經元接收到的訊號較多來自直接通路，處理的振動資訊要多於力度資訊。
而且，來自同一片皮膚區域的觸覺刺激，也可以透過直接和間接途徑匯聚於腦幹，使腦幹神經元表徵這種觸覺的不同特徵，進而傳給大腦的體感皮質。
下一步，Ginty教授表示研究團隊還計劃模擬更自然的條件，在可以行動的清醒小鼠身上重複這些實驗，並納入更多類型的觸覺刺激，例如不同的質感和移動。
儘管這些研究發現來自於小鼠實驗，但研究人員指出，鑑於觸覺機制在許多物種之間很大程度上是保守的，人類的情況很可能與新的發現是一致的。像是自閉症譜系障礙、神經性疼痛等疾病中，患者經常有對輕度觸碰過度敏感的問題，將來研究人員就可能從這些基礎發現中尋求到新的方式來緩解患者的痛苦。
參考資料：
[1] Josef Turecek et al., The encoding of touch by somatotopically aligned dorsal column subdivisions. Nature (2022) https://doi.org/10.1038/s41586-022-05470-x
[2] Chirila et al., Mechanoreceptor signal convergence and transformation in the dorsal horn flexibly shape a diversity of outputs to the brain, Cell (2022), https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.10.012
[3] Pair of studies uncover surprising new roles for spinal cord and brainstem in touch. Retrieved Nov. 24, 2022 https://www.eurekalert.org/news-releases/971920
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