神經科學家辨識出16種與人類觸覺有關的神經元型別

由賓夕法尼亞大學、卡羅林斯卡學院和林雪平大學的科學家所主導的新研究，為人類的觸覺描繪出一幅全景圖。

軀體感覺的多樣性源自於異質性的背根神經節（DRG）神經元。然而，由於技術上的困難，個別人類（h）DRG神經元的胞體轉錄體——解讀其功能的關鍵資訊——一直付諸闕如。在新研究中，餘等人從個別hDRG神經元分離出胞體，並進行深度RNA定序（RNA-seq），平均每個神經元能偵測到超過9000個獨特基因，他們並辨識出16種神經元型別。

人類透過軀體感覺系統感知觸覺、溫度和疼痛。

一般的認知是，每種感覺，像是疼痛、愉悅的觸控或寒冷，都有特定型別的神經元負責。

但一項新研究挑戰了這個觀念，並顯示身體的感覺可能遠比這複雜得多。

賓夕法尼亞大學的羅文琴博士及其同事表示：「我們現今對於神經系統運作方式的許多知識，都來自於對動物的研究。」

「但舉例來說，老鼠和人類之間的相似性究竟有多大呢？」

「許多動物研究的發現，在人體研究中並未獲得證實。」

「其中一個原因可能是我們對於其在人類身上運作方式的理解還不夠。」

「我們希望能繪製出一份詳細的圖譜，涵蓋參與人類軀體感覺的不同型別神經元，並將其與老鼠和獼猴（一種靈長類動物）的圖譜進行比較。」

在這項研究中，他們針對個別神經元所使用的基因進行了詳細分析，也就是所謂的深度RNA定序。

基因表現圖譜相似的神經元會被歸為同一種感覺神經元型別。

透過這種方式，研究人員辨識出16種人類特有的神經元型別。

這項研究首次將不同型別神經元的基因表現與其實際功能聯絡起來。

為了探究神經元的功能，科學家們使用了微神經電圖技術，一次監聽一個神經元的訊號。

利用這項技術，他們可以讓清醒的受試者的皮膚神經元暴露在溫度、觸控或特定化學物質下，然後「監聽」個別神經元，以瞭解該神經元是否有反應並向大腦傳送訊號。

在這些實驗過程中，研究作者們有了一些新發現，若不是不同型別神經元的細胞機制圖譜為他們提供了新的測試想法，這些發現是不可能實現的。

其中一項發現與一種對愉悅觸控有反應的神經元有關。

研究人員發現，這種細胞型別出乎意料地也會對加熱和辣椒素（賦予辣椒辣味的物質）產生反應。

對辣椒素產生反應是痛覺神經元的典型特徵，所以觸覺神經元對這種刺激有反應，讓科學家們感到十分驚訝。

此外，這種神經元型別也會對冷卻產生反應，儘管它並不產生目前已知唯一能傳遞冷覺訊號的蛋白質。

這項發現無法用目前已知的細胞機制來解釋，這表明還有另一種尚未被發現的冷覺偵測機制。

研究作者推測，這些神經元形成了一條用於傳遞愉悅感覺的整合性感覺路徑。

林雪平大學的哈坎·奧勞松博士表示：「十年來，我們一直在監聽這些神經元的神經訊號，但我們對它們的分子特徵一無所知。」

「在這項研究中，我們看到了這些神經元表現出何種蛋白質，以及它們能對何種刺激產生反應，現在我們可以將兩者聯絡起來。這是向前邁出的一大步。」

另一個例子是一種傳導速度非常快的痛覺神經元，它被發現會對非疼痛性的冷卻和薄荷醇產生反應。

同樣來自林雪平大學的薩阿德·納吉博士表示：「人們普遍認為神經元非常具有特異性，一種神經元負責偵測寒冷，另一種感知特定的振動頻率，還有一種對壓力產生反應等等。」

「人們經常這樣談論。但我們發現實際情況要複雜得多。」

那麼老鼠、獼猴和人類之間的比較結果如何呢？我們有多相似？研究人員在研究中辨識出的16種神經元型別，許多在不同物種之間大致相似。

他們發現最大的差異在於對可能造成傷害的刺激產生反應的快速傳導痛覺神經元。

與老鼠相比，人類擁有更多能快速向大腦傳送疼痛訊號的此類痛覺神經元。

奧勞松博士表示：「我們的研究無法回答為何會如此，但我們有一個理論。」

「與老鼠相比，人類疼痛訊號的傳導速度要快得多，這可能只是身體大小的一種反映。」

「老鼠不需要如此快速的神經訊號傳導。但在人類身上，距離更長，訊號需要更快地傳送到大腦；否則，你可能在做出反應並退縮之前就受傷了。」

這項研究成果發表在《自然神經科學》期刊的一篇論文中。

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H. Yu等人利用深度單胞體RNA定序探索人類軀體感覺的神經基礎。《自然神經科學》，2024年11月4日線上發表；doi: 10.1038/s41593-024-01794-1