沿著鼠標前肢骨骼的機械感受器可以充當地震儀來“傾聽”振動。圖片來源：UNIGE / Daniel Huber
手機震動的感覺很熟悉。對這些振動的感知源於專門的受體，這些受體將它們轉換成發送到大腦的神經信號。但大腦如何編碼他們的身體特徵？為了解這一點，來自日內瓦大學（UNIGE）的神經科學家觀察了前爪感知振動的小鼠大腦中發生了什麼。他們發現軀體感覺皮層中的神經元以類似於聲音反應性聽覺皮層的方式被激活。發表在“ 自然 ”雜誌上的這些結果表明，感覺手機振動或聽到鈴聲最終是基於相同的大腦代碼。
在一杯水中，很容易觀察到附近發生的小運動產生的同心振盪運動。這些振盪是由通過地板，桌子，玻璃和所有其他固體表面傳播的振動引起的。例如，這些振動也是人們用來檢測接近火車的重要感官刺激，或者用於識別同事的步驟。
“我們生活的周圍環繞著對我們如何看待這個世界非常重要的振動，”負責這項工作的UNIGE醫學院基礎神經科學系的Daniel Huber解釋道。“所以我們想知道大腦是如何感知並代表他們的。”
頻率和幅度的組合
使用雙光子顯微鏡，Daniel Huber的團隊可視化小鼠軀體感覺皮層中數百個神經元的活動，因為不同頻率的振動傳遞給它的前爪。如在聽覺皮層中，單個神經元被選擇性地調諧，對某些頻率強烈響應而對其他頻率則較少。
“事實證明，這些神經元優先調整到頻率和振幅的特定組合，並且這種組合對應於鼠標實際感知的內容。換句話說，鼠標無法區分高頻振動和低振幅來自低頻振動的振幅更大，“Huber博士團隊的研究人員和該研究的第一作者Mario Prsa解釋說。“這是在聽覺系統中檢測到的相同的心理聲學效應，其中聲音的感知音調隨頻率和響度而變化。” 因此，儘管通過空氣傳播的聲音和通過固體物質傳播的振動由不同的感覺通道處理，但它們在大腦中被感知和編碼。
一切都通過Pacinian小體
在第二步中，研究人員試圖通過對小鼠前肢中的Pacinian小體進行詳細的組織學分析來確定所涉及的體感刺激的起源。已知Pacinian小體在哺乳動物中轉導高頻振動並且在靈長類指尖的真皮中密集表達。“令人驚訝的是，我們發現小鼠腦中的振動響應來自位於前臂骨骼上的Pacinian小體，而它們在爪子的皮膚中完全不存在，”UNIGE神經科學碩士課程的學生GéraldineCuenu解釋說負責此詳細分析。利用光遺傳學，科學家證實了皮質反應與前肢機械感受器的特殊配置之間的聯繫。
可能是沿著前肢骨骼的振動敏感機械感受器的特定分佈充當地震儀來“傾聽”振動嗎？許多生物體確實使用振動刺激來通過植物，樹枝和其他固體基質進行交流。“我們的發現可能揭示了古代感覺通道的存在，這可能是聽覺的進化前兆，”Mario Prsa總結道。這種有些殘留但又高度敏感的模式也可以解釋我們如何能夠識別與即將發生的自然災害有關的微妙線索，或者為什麼即使在聽不見的情況下建築或交通也會造成滋擾。
更多信息：Mario Prsa等，前肢軀體感覺皮層中基底振動的特徵選擇性編碼，Nature（2019）。DOI：10.1038 / s41586-019-1015-8
