Nature：乳动物大脑皮层中温度的细胞编码

论文ID

题目：The cellular coding of temperature in the mammalian cortex

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年2月8日

通讯作者单位：马克斯·德尔布吕克分子医学中心

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05705-5

主要内容：

大脑皮层是大脑的外层折叠层。它包含一个专门用于表示温度的神经元细胞群。这个 "热皮层 "中的神经元的活动对于升温和降温是不同的，并且是感知温度所必需的。

大脑的皮层包含了每个主要感觉系统的独立区域。这些 "感觉皮层 "由神经元细胞组成，它们的活动被调整为特定的感觉特征（如刺激的速度或振幅），并共同作用于感觉信息的感知。哺乳动物对温度的微小变化高度敏感，通常可以区分相差不到0.5℃的温度；然而，对温度做出反应的皮层神经元仍然难以捉摸。以前在人类和其他哺乳动物身上的工作表明，各种皮层区域都参与了热处理，但它使用的技术不能监测单细胞。作者的目的是确定温度感知所需的皮层区域，并确定皮层神经元如何代表皮肤的升温和降温。

作者使用了一种广泛的成像方法来搜索大脑皮层中对皮肤温度变化有反应的区域（图1a）。一个很好的候选区域是初级体感皮层，作者知道它对触摸和冷却有反应。然而，令人惊讶的是，虽然它对冷有反应，但对热没有反应--这不是一个专门的 "热皮层 "的理想特征。作者接下来检查了小鼠大脑中被称为后部岛状皮层（pIC）的一个区域。在这里，作者发现热反应区域被组织成一个 "体位 "图，其中相邻的神经元编码来自身体相邻点的信息（图1b）。作者用一种叫做双光子成像的技术来检查与前爪相连的pIC区域，以显示那里的神经元只对暖气、只对冷气或对暖气和冷气都有反应（图1c）。

此外，正如专门的感觉皮层区域所预期的那样，pIC神经元对热刺激的不同方面表现出动态反应。耐人寻味的是，暖色和冷色编码的许多特征是不同的；例如，暖色诱发了比冷色更长的延迟和更长时间的反应。使用一种称为光遗传学的技术，作者表明，pIC的快速、可逆的失活降低了小鼠感知温度的能力，证实了该区域在温度感知中的深刻作用。

作者的工作证明了皮肤温度在大脑皮层中的复杂的细胞表现。皮质对温暖的反应与对凉爽的反应相比有差异，这意味着凉爽和温暖不仅仅是同一感觉尺度的两端，而是类似于由不同的神经通路感知的感觉亚模式。

皮质包含几个层次和细胞类型，到目前为止，只在皮质第2和第3层调查了pIC兴奋性神经元的热编码。因此，作者还没有一个完整的pIC中的热表征图。有趣的是，一些皮质细胞的反应似乎与在支配皮肤的感觉神经元中观察到的反应非常相似，而其他的反应，如编码绝对温度的细胞的类似温度计的反应，则不是这样。大脑皮层可以转化和放大感觉输入的特定方面；而PIC是否这样做还不清楚。

这项工作提供了一个平台，以了解皮层对热信息的处理。未来的实验也许能够研究皮质细胞的活动，以回答关于热感知的长期困惑，如温度适应在感知中的作用，区分冷暖的细胞机制，以及冷暖感知是由混合还是独立的神经元通路驱动。要解决这些问题，需要检查不同类型的皮质神经元的编码特性，并确定来自大脑其他部分的驱动皮质热反应的输入。在处理物体时，热和触觉信息是结合在一起的，作者希望通过更复杂的行为任务来解决这一整合过程。更广泛地说，在作者的实验中观察到与以前在苍蝇身上看到的类似的热编码特征后，作者感到很好奇。未来的跨物种比较工作可能有助于确定热处理的关键计算。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05705-5

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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