研究背景：

    温度感知是机体非常重要的感知觉之一，它由多种受体介导。当外界环境和皮肤温度出现温差时，我们就可以感受到冷cold（低于5℃），凉cool（低于25℃），温warm（高于35℃），热hot（高于45℃）。这些温度感知分别由TRPA1，TRPM8，TRPV3，TRPV1等不同的受体介导（下图）。其中凉的感知经由具有髓鞘的Aδ纤维传导（传导速度4-36 m/s），温的感知经由无髓鞘的C纤维传导（传导速度0.4-2.0 m/s）。这些信息进一步经由背根神经节DRG传递到大脑。先前有工作报道初级体感皮层S1参与编码冷感知，后岛叶皮层pIC参与编码冷和热感知。但是哺乳动物的温度感知在皮层单细胞水平上的时间和空间编码机制并不清楚。

（图片摘选自Principles of Neural Science）

科学问题：

    哺乳动物皮层如何编码温度感知？

内容简述：

    作者首先通过宽场显微镜对小鼠初级体感皮层S1和后岛叶皮层pIC进行钙成像。在前掌适应32℃后，给予冷（32-22℃）或者热（32-42℃）刺激，发现S1只响应冷刺激，pIC可以响应冷和热刺激。在给予前掌，后掌和脸部温度刺激后发现pIC对于身体不同部位的温度感知响应具有空间上的差别（图1左）。作者进一步使用双光子钙成像的方式区分pIC冷和热响应的神经元。通过计算对冷和热响应的相对强度，作者发现有一群神经元只对冷或者热刺激响应，还有一部分对冷和热刺激均有响应，而且他们的分布是随机的（图1右）。

    先前的研究表明，冷刺激主要由带有髓鞘的Aδ纤维传导，具有更低的延迟；而热刺激和一部分冷刺激由C纤维传导，传导速度相对慢。那么皮层细胞响应是否也有相同的动力学特征呢？经过分析，作者发现pIC的热响应神经元具有长延迟，持续发放的特征；而冷响应神经元既有低延迟，一瞬而过的，也有高延迟，持续发放的（图2左）。

    那么单个细胞对于不同温度的响应具有幅度的差异吗？实验表明，对于热刺激，刺激的温度不同，神经元反应幅度也不同，刺激温度越大，反应幅值越大。而对冷刺激响应的细胞，主要对温度变化的大小更敏感，温差越大，反应幅值越大（图2右）。

图2 左图 pIC中对冷或热刺激响应的神经元的特性S：sustained T：transient ；右图 响应幅值＞20%的pIC神经元比例

图3通过go/no-go证明了温度感知由pIC介导

总结展望：

    本文研究了温度感知如何在哺乳动物皮层中编码。作者使用宽场钙成像发现pIC对冷热刺激都有响应，而S1只对冷刺激有响应。双光子钙成像表明，大多数pIC神经元对冷热编码都有偏向性，并且这些神经元的反应特性类似于初级感觉传入的特征。比如，对热刺激的反应高延迟，更持久并编码绝对温度，而对冷刺激的反应低延迟，迅速适应，且主要编码温差大小。最后通过光遗传学抑制pIC导致小鼠对温度刺激的判断成功率显著下降证明了pIC在温度感知中的重要作用。

    但是本文仍有不足之处，比如作者主要研究的是pIC在温度感知中的作用，而对S1的研究较少，先前也有报道S1在冷和热感知编码中同样重要。文章主要使用的前掌温度刺激，但是作者也发现身体不同部位的温度刺激在皮层响应上也有拓扑结构，其他部位的温度感知编码机制是否相同仍不确定。除此之外，作者之前发现敲除了介导冷感知的TRPM8之后，小鼠的热感知同样受损，这表明哺乳动物热感知同样依赖冷感知通路协调，而冷，热，甚至触觉信息是如何在皮层协调的仍有待研究。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05705-5

注：本文仅为作者个人解读，如有纰漏，请参照原文

撰文：赵航

审核：孟建军

编辑：成美君