为什么一次触摸，可以抵达千言万语？

05-07 07:34

正如许多父母一样，大卫·金蒂（David Ginty）办公室里全是他“基因创作”的照片:有的浑身是刺，戴着铆钉项圈，有的挥舞着套索梦想成为牛仔，有的反应过度，容易惹恼，有的心思缜密，有的是父母最引以为豪的“金童”。

他说：“他们就像一个家庭。每一个人都有自己的特点和个性。”

然而，他们并非真正的家庭成员，也不是他的孩子。经过数百万年的演变，它们赋予了人类与其它哺乳动物和物理世界互动的能力。金蒂作为哈佛医学院神经生物系的负责人，20多年来一直专注于这些感知触觉的神经元。他比任何人都更了解他们:他掌握了他们的电信号语言，知道他们对哪些力量有反应，并绘制了他们从皮肤深入大脑的复杂路径。通过基因工程和化学标记技术，他在办公室墙上呈现了这些“角色”的彩色画像。

美国国立卫生研究院触觉神经科学家亚历山大·切斯勒，“大卫·金蒂是触觉之王。（ Alexander Chesler）这样评价。

“看到他发表的文章目录，你只能惊呼‘上帝’。”格拉斯哥大学神经解剖学家大卫·休斯（David Hughes）他说：“他产量太高了，而且所有的论文都发表在顶级期刊上。

除了写入教材的技术突破和科学发现，真正让同事印象最深的是(金蒂)绘制的触觉神经块的图像。它们似乎来自深海世界，完全不像我们认为的神经元。这种奇形怪状的细胞，正是因为触觉感觉如此丰富多样的原因。——为什么手机的振动不同于微风、爱人的轻拂、雨滴落在肩膀上或母爱的吻？意识到这些细胞在你的身体里到处分布——它们是你的一部分——令人惊叹。

金蒂说：“每个神经元都在讲一个故事，”他们的结构不同，反应的刺激也不同，。这些都是‘结构决定功能’的体现，这种精致就是它们的美丽。。”

-David Ginty-

触感全景

几个世纪以来，科学家和思想家对触觉感兴趣。亚里士多德认为人类的触觉能力远远超过其他物种，这也是人类智商较高的原因之一。但是现在我们知道，从海狮、蜘蛛到星鼻鼹鼠的生物，我们可以感知到我们无法察觉的物理世界特征。即便如此，亚里士多德把触觉当作一种独特的观点也并非没有道理。

身体感觉系统是所有感官中最复杂的，因此一些研究人员认为触觉是最难探索的感觉。比如视觉和听觉，它们的感受器分别集中在视网膜和耳蜗上。——一种只有邮票大小，另一种只有豌豆大小。而且触觉分布广泛：传递触觉信号的神经元聚集在脊髓外的神经节中，它们将长长的轴突纤维延伸到皮肤和人体内脏，就像水母触手一样。每个轴突在皮肤表面下面形成一个末梢结构，不同的末梢有不同的机制，用于接受和分析不同类型的触觉刺激。。

我们的眼睛和耳朵分别处理光和声音，而且触感却涉及到一个“感官拼盘”：戳、拉、吹、触、振，以及各种温度和化学刺激，如辣椒中的辣椒素或薄荷中的薄荷醇。这类输入构成了各种触觉感知，如压力、疼痛、瘙痒、柔软与坚硬、冷热感，以及身体在空间中的定位感。

那么，这一切是如何实现的呢？19世纪的解剖学家提供了第一条线索。当他们在显微镜下观察尸体皮肤时，他们发现组织中有一些奇怪的结构。有的像薄饼一样平坦，有的像葱花，纺锤，或者是一团线球。由于这些结构与神经有关，解剖学家推断它们是触觉感受器。

到20世纪，生理学家们对初期解剖学家的猜测进行了验证。它们使用微小的电极，可以“窃听”单个神经元之间的电信号交流。然后，通过针头或铅笔橡皮等各种触觉刺激，他们可以判断神经元对哪些刺激有反应，以及它在人体的哪些部位检测到这些刺激，这些刺激可以通过各种触觉刺激来判断。在临床实验中，研究人员甚至可以将感觉区域的皮肤切开，观察那里的结构，并将神经元与其轴突尾在皮肤中形成的结构一一对应。

金蒂实验室利用基因工具和抗体染色技术绘制了触觉神经块的闪光图。从左上方的顺时针分别是:帕奇尼体感应路面振动；针状外周围的头发用于检测其偏移；梅克尔细胞(红色)轻轻按压毛轴(绿色)识别；克劳斯体可以感知触摸的振动；三个帕奇尼体靠近骨骼；梅克尔细胞(蓝色)。

神经末梢的这些特性令人惊叹。皮肤表面附近的扁平结构称为梅克尔细胞复合体（Merkel cell complex），可以感觉到轻微的压凹。这些细胞大量分布在你的嘴唇和指尖上。，使你能感觉到物体的形状和材质。你的手指上还覆盖着螺旋神经末梢，这就是所谓的迈斯纳小体（Meissner corpuscles），它们像球形包块一样缠绕在支撑细胞周围。当物体轻微滚动时，这些感受器可以检测到极小的振动，例如摩擦。，帮你准确使用工具。皮肤深处隐藏着洋葱。帕奇尼小体（Pacinian corpuscles），它们可以检测路面振动；还有梭形的鲁菲尼末梢（Ruffini endings），负责传递皮肤被拉伸的信息。。

通过电极记录，根据神经纤维的大小、放电模式和传导速度，这些生理学家识别了15种以上的触觉神经元类型。。然而，触摸世界的全貌还没有明确显示:这些神经元分布在哪里？在那里执行什么任务？像梅克尔复合体这样体积较大的神经末梢很容易观察(大小约为一粒盐)，但大多数神经末端在当时的技术标准下太小，无法清晰区分。虽然研究人员可以用组织染色来跟踪他们在皮肤中的方向，但他们无法区分它们之间的差异。

金蒂说：“那简直是一片丛林。”在同一皮肤区域，可能有12到15种神经元类型并存，但是你分不清谁是谁，因为他们只是一堆很多的突突。“为了解决这个疑问，技术和创造力的完美结合等了半个世纪。

毛发问题

金蒂今年刚刚60多岁，但你很难从和他的谈话中看出他的年龄。当谈到控制皮肤的神经元时，他充满了孩子般的热情，仿佛他们刚刚被发现——虽然事实上，自1995年在约翰·霍普金斯大学建立实验室以来，他几乎每天都在思考这些神经元。

他实际上很有趣，很放松，很随和。"雷切尔·沃尔夫森（Rachel Wolfson）说。曾经是金蒂的博士后研究员，现在也在哈佛医学院领导自己的实验室。"他经常边工作边吹哨子。“这并不意味着他心不在焉——相反，他把自己的好奇心和惊讶力集中在研究上，这使得他能够牢牢把握核心问题。如果你问他一个难题，他总能想到最完美的实验来解决它。

当金蒂决定加入触觉神经科学领域时，他首先想知道感觉神经元是如何发育的。但他很快意识到，他不知道这些“不成熟”的神经元最终会发展成什么样子——它们在成熟动物体内会形成什么样的回路和终端结构。为了找到答案，他需要一种方法来逐一可视化每种神经元类型。

基因工程技术很快给了他解决问题的钥匙。在神经元发育的前十年，金蒂收集了一整套能够识别不同触觉神经元类型的特异性基因。从2007年开始，他开始用基因改造老鼠来控制特定的触觉神经元。在这些新鼠品种中，研究人员可以通过各种方式控制某一类触觉神经元，例如使用化学标签使其发光，或者用尽所有手段激活或关闭其功能。

切斯勒说，这些研究的影响就像你只能听一首交响乐，但现在你可以看到你演奏的每一件乐器，你可以自己演奏它们。每个小鼠品种就像是乐队某一部分的聚光灯——弦乐、木管、铜管、打击乐各自清晰可见。"你可以拿起小提琴，看看它是怎么运转的。”切斯勒说，“你也可以学习音乐，或者改造这个乐器，看看它会对音乐产生什么影响。”

金蒂在获得这些新型小鼠品种后，首先研究的目的是拥有毛皮这个“地下世界”。相比之下，由于梅克尔复合体和迈斯纳小斯纳等众所周知的触感结构密集分布，所以没有毛皮皮肤的研究比较充分，身体。而且对于那些让我们感觉到头发弯曲或拉动时所依赖的神经结构，人们知道的很少。

尽管我们通常感觉到皮肤是光滑的，事实上，除手掌、脚底、嘴唇、乳头和一些生殖器官区域外，大多数身体都覆盖着头发。其中绒毛柔软，颜色较浅，可以帮助汗液挥发和降温；保护头发比较粗，可以防止摩擦和抓挠造成的伤害。金蒂发现不同种类的头发也是“触觉传感器”。

感受器是皮肤中的主要感受器。

他的团队利用老鼠品种和其他基因工程方法，给三种已知对触摸敏感但外周结构不清晰的感觉神经元贴上了明亮的标签。在显微镜的帮助下，这些神经元像彩灯一样在老鼠有毛的背部皮肤中发出红绿色的光，外周结构清晰可见。研究者们观察到了一种梳状结构，像皇冠一样围绕着毛囊。由于其尖端呈披针状，他们将这种结构命名为披针状末梢。

令人吃惊的是，这三种神经元都可以形成披针末梢，但是它们各自负责不同种类的毛发。。老鼠的毛发分为三类：保护毛发，以及类似于人绒毛的锥形毛发和锯齿毛。金蒂团队发现，粗壮快速的神经元会围绕毛囊保护毛和锯齿毛，使老鼠能够快速识别接触的位置和方法；而传导速度慢的纤细神经元靶向锥形毛和锯齿毛。后来金蒂还发现，这些神经元形成了一个单侧的冠状结构(就像箍冠一样)，可以传达毛发被特定方向划伤或拉扯的信息。而且锥形毛和锯齿毛也是感知细致、传导缓慢神经元的目标。过去，人们认为这些神经元会引起瘙痒，但现在他们发现它们与愉快的触觉感觉有关，所以有时被称为“触摸感受器”（caress sensors）。最近，金蒂实验室还发现，这种神经元是狗在被水打湿时会抖动身体的原因。

在2011年，金蒂团队的研究成果首次揭示了头发是如何带来如此丰富的触觉感受的。他说：“这是一个壮举。“戴安娜·包蒂斯塔，加州大学伯克利分校的神经科学家。（ Diana Bautista，没有参与这项研究)评论道：“这一系统的复杂性令人震惊：不同种类的神经元以优雅有序的方式控制皮肤。但是那些神经元图像同样令人惊叹，就像第一次看到地球从太空拍摄一样。”

美妙震动

金蒂继续深入绘制皮肤触觉传感器的详细地图。在2015年的一项研究中(当时他的实验室已经搬到了哈佛医学院)，他发现了一种像套索一样盘绕毛囊的新型快速传导神经元。20世纪60年代，第一次发现这些神经元的生理学家曾经认为它们是疼痛传感器。但是金蒂发现，事实上，这些神经元也能感知到大规模皮肤(如手背)上的柔软摩擦，所以它们被称为环形外周。（circumferential endings）。他们善于探索缓慢而广泛的触摸动作，这种能力来自于180个“支系”，每个支系都有自己的毛囊。

近几年，他也对性触感进行了深入探究。（sexual touch）神经系统。除梅克尔细胞等结构外，最初的解剖学家，在生殖器官中，我们仍然观察到一些球形结构，形状类似于手迈斯纳体。这些被称为克劳斯体的结构也存在于嘴唇、乳头、肛门，甚至眼球和手关节。。科学家们长期怀疑它们与性有关，但是它们的功能还不清楚，有些人甚至猜测它们是温度感受器。

金蒂及其合作伙伴在2024年6月发表的一项研究中发现，克劳斯小体是由轴突尾端组成的两种快速传导神经元。。研究人员证实，通过激活或去除小鼠中的这些神经元，它们可以诱发性唤起。和迈斯纳小体一样，克劳斯小体对振动高度敏感。金蒂解释说:“你可能会说，‘为什么是振动？’当皮肤摩擦皮肤时，会产生轻微的振动。这些体非常擅长捕捉这种振动。”克劳斯体对40到80HZ的频率最敏感。这种情况正好是常见的振动成人玩具工作频率。

然而，金蒂最喜欢的触觉神经元是帕奇尼神经元，它形成了一个洋葱状的体。在人类和灵长类动物中，这些体位于无毛皮肤和有毛皮肤的深层，特别集中在关节周围(在老鼠中，它们大多分布在手腕、脚踝和脚趾周围)。就像迈斯纳和克劳斯体一样，帕奇尼小体对振动也很敏感，但是它们的灵敏度要高得多-可以达到1000HZ。。金蒂回忆起最初的问题:“在这样的工作频段里，什么样的物品在振动？火车的轰鸣声？大提琴的回声？还是暴雨的敲打？”他知道大象的脚和鼻子可以感知几公里外其他大象的步伐和叫声，帕奇尼体密布在这个部位。他开始怀疑，或许这些小体就是“地震感受器”。

为了验证这一假设，金蒂团队记录了帕奇尼神经元在清醒小鼠中的电信号。当研究人员在老鼠旁边重重地敲打地面时，这些神经元被激活了；如果他们在几米外敲地，神经元仍然会放电；即使是用手轻轻敲地，也能让他们做出反应。

更令人惊讶的是，当研究人员跟踪这些神经元的信号传递到大脑的路径时，他们发现他们并没有像普通的触觉信号一样走常规路线——也就是说，他们通过脑干传递到丘脑，然后到达身体感觉的皮层。相反，正如他的团队在2024年报道的那样，大多数帕奇尼神经元的信号都进入了大脑区域——下丘脑。。

金蒂将帕奇尼小体描述为“分布在全身的小型人工耳蜗”。他的团队也发现，一旦激活了这些小体，大脑对声音的反应就会增加。"机械振动会使听觉线索更加明显."这可能解释了为什麽我们在听歌的时候，常常不仅会在心里“感受”音乐，还会产生强烈的身体共鸣。。

万千壮丽

近五年来，金蒂和其他科学家对数以千计的单个触觉神经元进行了遗传分析。按照这些神经元表达基因进行分类，目前，金蒂团队已经识别出18种不同类型。，也许还有更多——由于目前细胞筛分技术的分辨率有限，准确的数量仍然难以确定。这些类型包括他研究的六七种“轻触”神经元，以及六种反应强烈、机械刺激强的神经元(其中一些还反应温度或化学刺激)、一种特殊的感知灼痛神经元，一种感知寒冷的神经元，三种或三种以上感知身体位置的神经元，以及一些目前功能尚不清楚的类型。

当更多的触觉神经元被分析时，数字可能会继续增加。而且，即使轴突尾端结构不同，这些神经元也能进一步细分。例如，一种可以在无毛皮肤中形成迈斯纳小体和感应振动的神经元，也可以在有毛皮肤中形成针状末梢，用于检测毛发的移动。。金蒂队还发现，在2023年的一项研究中，这种神经元甚至支配结肠，它的轴突在肠道中支系，盘绕运动神经元，使我们能感知肠道扩张。因此，他得出结论，如果同时考虑基因和形态的差异，“也可以说实际上有五六十种不同的触觉神经元类型。我们不知道究竟还有多少需要探索。。”

金蒂将继续探索它们。现在，他仍然在思考十几年前就开始提问的基本问题：这种触觉神经元各自通向哪里？它们的末梢结构是怎样的？它们如何捕捉物理世界的多样性？“我们现在对皮肤中的‘谁是谁’及其反应特征有了相当清晰的认识。”金蒂说。但是心、肺、喉、食管、胃、肠、肾呢？是什么神经元让肌肉感到酸痛和疲劳，引起偏头痛，还是让母亲的乳房在宝宝被允许的时候分泌乳汁？

金蒂也想知道，如何将这些神经元连接到大脑并产生感知？。数百万神经末梢感受到的压力和振动是如何变成对“拥抱”的感知的？我们如何感知潮湿、油腻和弹性？“想象一下你在挤压一个气球，”他说。“显然，不会只有一种感觉，神经元可以独立编码“挤压感”。”

这项研究不仅改变了我们对单一触觉感受器的认识，而且颠覆了我们对如何传递信息的理解。直到最近，经典理论感觉触感信号就像打电话一样，沿着固定的线路一路传递到大脑的身体感觉皮层，这个大脑区域处理各种感觉信息。所以，所有触感世界的高级特征都被认为是皮层的‘出现特征’。但是，他和其他研究人员的成果促进了这一理论的范式转变。现在很明显，在进入大脑认知区之前，大量的触感信息已经在脊髓和脑干处理过了。，换言之，触感信息神经生物处理过程比我们过去所想的要早。

假如你问金蒂这些内容到底有什么实际用途，他会列出常见的应用方向：更好的止痛药，改善感觉障碍的治疗方法，如自闭症，更逼真的仿生义肢。但真正驱使他前进的是更抽象的动力:敬畏。他的研究让他对这种我们习惯的感觉有了更深的感受——触感是如此细致多维，至今仍经常带来惊喜。

不久前，他去听波士顿交响乐团的演出。他说：“我把手指放在椅子上，闭上眼睛，静静地感受音乐。