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沉默“第六感”人体在黑暗中定位四肢的神秘能力



我们才刚刚开始了解它。 Sana是一位31岁的法国小姑娘,有着棕色的卷发,被绑在美国国立卫生研究院临床中心的椅子上。在她面前,一张桌子。在她周围,有12个红外热像仪跟踪她的一举一动。测试即将开始。在桌子上,一个黑色的圆柱体直立。上面放着银色的塑料球。挑战就在这里:要求她触摸鼻子,然后触摸她前面的球。简单。她摸摸鼻子。她碰球。

现在是困难的部分。实验室技术员告诉她闭上眼睛。他将她的手指放在球上,然后将其移回她的鼻子。他放开手,让Sana自己做,同时闭上眼睛。突然,好像球的位置从她的脑海中消失了。她摸索着,手臂向左右摆动。当她设法触球时,似乎是意外。她努力寻找自己的鼻子,完全失踪了好几次。她说:“这就像我迷路了。” 闭上眼睛时,她不知道自己的身体在太空中的位置。

自己尝试此任务。在您面前放一个水杯。睁开眼睛,触摸几次。然后闭上眼睛尝试找到它。您仍然可以。当我们闭上眼睛时,我们对世界的感觉以及我们身体在其中的位置不会消失。看不见的印象依然存在。这种感觉被称为本体感受(proriocept)(读作“ pro-pre-o-ception”)。它意识到我们的四肢在哪里以及我们的身体在太空中的位置。像其他感觉一样(视觉,听觉等),它可以帮助我们的大脑导航世界。科学家有时将其称为我们的“第六感”。

本体感受与其他本体感受在关键方面不同:除非在极少数情况下,它永远不会关闭。当我们遮住耳朵时,我们知道沉默是什么,当我们闭上眼睛时,我们知道黑暗是什么。萨那(Sana)是全世界为数不多的知道本体感受关闭时的感觉的人之一。另一个是她的姐姐索森(Sausen),今年36岁,她也在八月份的国立卫生研究院(NIH)接受测试。她也很难在黑暗中找到鼻子。

“在家里,”索森说,如果电源断开并且她站了起来,“我跌倒了。”这种感觉很难想象,也很难描述。 “就好像您蒙住了眼罩,有人翻过你几次,然后要求您朝一个方向走。最初的几秒钟,您不知道要走什么方向。”纯粹的迷失方向。出于隐私原因,我不使用其姓氏的姐妹们也有另一种好奇心:他们感觉不到他们所碰到的很多东西。索森说:“即使睁开眼睛,当我触摸小球时,我也感觉不到。”

在所有的感官中,触觉和本体感觉可以说是最不了解的。但是在过去的十年中,神经科学家取得了巨大的突破,揭示了触摸和本体感受是如何工作的。这导致了充满希望的见解,可以为被截肢者提供更好的治疗疼痛和更好的假体的方法。它也使我们对成为人类并通过身体体验世界意味着什么有了更完整的理解。

萨那(Sana),索森(Sausen)和一些类似的病人是研究触摸和本体感受的科学家的理想对象。他们的肌肉或大脑没有异常之处。他们只是错过了一个微小的但非常重要的东西:一种分子大小的受体,充当物理力量进入神经系统并提升意识意识的门。该受体称为“ Piezo2”,它是在10年前发现的。缺失的分子基本上使它们没有本体感受系统的“眼睛”。这也使他们的皮肤无法感觉到某些特定的感觉。

在这段视频中,一名蒙着双眼2受体生下来的女人(既没有萨纳也没有Sausen)在被蒙住眼睛时找不到在她面前的物体,该视频最初与《新英格兰医学杂志》的一项研究一起发表。这位妇女是NIH发现并测试的首批无Piezo2的患者之一。新英格兰医学杂志这些患者是罕见的-美国国立卫生研究院的团队和他们在世界各地的同事们只认18例,与前两个文件在新英格兰医学杂志在2016年他们是相当于”标识第一盲人的,或第一NIH的神经科学家亚历山大·切斯勒(Alexander Chesler)曾与萨那(Sana),索森(Sausen)等人合作,他说。“根据我们当时对分子的了解,这里有些人是盲人的。 ”

这种状况的影响会使人们难以控制自己的身体,尤其是在他们的视线被遮挡时。这种罕见的遗传疾病的症状常常被误诊,或者多年未被诊断。通过研究它们,神经科学家可以探究触摸和本体感受系统的基本功能,还可以了解大脑的出色适应能力。微小分子的强大力量卡斯滕·伯内曼(CarstenBönnemann)是神经医学奥秘的侦探。当孩子患有难以诊断的神经系统疾病时,他扑进来试图破案。 “我们正在寻找莫名其妙的东西,”美国国家神经疾病和中风研究所的儿科神经病学家博恩曼说。

2015年,一个这样的谜团将他带到加拿大卡尔加里,对一名18岁的女性患有奇怪的疾病进行了检查。她可以走路-她在7岁左右就学会了学习-但只有当她看着自己的脚时才可以走路。如果她站着闭上眼睛,她就会倒在地上。就像她的视力包含打开一个秘密开关并控制她凝视的身体部位的力量。在她的视线之外,她的身体无法控制。

“当我检查她时,我意识到她没有……本体感觉,”伯恩曼说。当她闭上眼睛时,她没有感觉到医生会轻轻地上下移动手指。但是意识的缺失不仅仅是在她的手指关节中。她的肘部,肩膀,臀部和身体的任何关节都没有动感。尽管本体感觉通常不在我们的意识中,但是本体感觉仍然起着至关重要的作用。霍华德·休斯医学院的神经科学家亚当·汉特曼(Adam Hantman)说:“如果要以协调的方式运动,就必须时刻知道自己的身体在哪里。” “你可以看着你的四肢,但这意味着你不能看其他东西。”本体感受使我们的眼睛能够关注身体外部发生的事情。

为了做出诊断,Bönnemann的小组对女孩的整个基因组进行了测序,并发现了编码触摸感应器Piezo2的基因的突变。在2015年,piezo2在科学领域仍然是新事物。在此之前,科学家很久以来就已经知道,各种特殊的神经都致力于感知外界。如果神经是将信息从世界传递到我们的大脑的导线,那么这些受体就是开关-生物机器中的第一个齿轮-是产生电信号的开关。

Piezo2的划时代发现发生在斯克里普斯研究所(Scripps Research Institute),研究人员花费了数年的时间用微小的玻璃探针探测细胞。 (当戳戳时,压电受体会产生很小的电流。压电是希腊语中“按下”的意思。)研究人员发现了两个受体-Piezo1和Piezo2。当包含这些受体的细胞被拉伸时,受体会打开,让离子进入并引发电脉冲。 Piezo1与人体内置的血压监测系统以及其他依赖压力感应的内部系统有关。进一步的研究表明,Piezo2是一种对触觉和本体感觉都至关重要的分子,这是机械力开始进入我们意识的通道。

2015年,科学家才刚刚开始弄清Piezo2在小鼠中的作用,更不用说人类了。 Bönnemann必须进行研究,他回到马里兰州贝塞斯达的NIH,并通过电子邮件发送给Chesler,后者正在研究其基因被修饰为缺乏压电2的小鼠。伯内曼(Bönnemann)向他发送了有关该患者的电子邮件,以及另一名-圣地亚哥的一个8岁女孩-他们确定患有这种突变。切斯勒说:“这使我基本上从椅子上掉下来,跑到他的办公室。” “我从来没有机会问过我的老鼠,只是描述他们的生活,经历和询问问题。”

我们神秘的触感解释萨纳(Sana)和索森(Sausen)与伯纳曼(Bönnemann)的第一位患者一样,都是先天遗传突变,使他们的piezo2基因失效。这样一来,他们的本体感受,触觉和动作都会给他们带来终生的伤害。两个女人都可以自己走路,但要使用电动轮椅出行。两者都独立生活。萨娜(Sana)是一名临床心理学家,索森(Sausen)领导了一个残疾儿童营地。

他们对本体感受的生活一无所知,这使他们很难形容自己所缺乏的东西。萨娜说:“我之间没有很好的比较,因为我一直都是这样。”在病史文献中少数几例没有本体感觉的人中,最著名的是英国人伊恩·沃特曼(Ian Waterman),他的神经元感觉到触摸和本体感觉受到感染的损害。尽管他仍然可以移动自己的身体,但脖子上没有任何感觉或本体感觉。神经学家乔纳森·科尔( Jonathan Cole )在沃特曼(Waterman)的医学传记中写道,这是“无肢的边缘” 。

沃特曼显然有神经损伤。但是直到大约一年前,Sana和Sausen才真正知道他们出了什么问题。然后,他们测试了他们的piezo2基因突变呈阳性,这使他们进入了Bonneman和Chesler正在进行的关于压电2在人体中如何起作用的研究。到目前为止,研究人员已经看到了十几名患有非功能性压电2受体的患者。触摸是一种非常复杂的感觉,因为它有多种形式,每种形式都依赖于神经和受体的略有不同的系统。

仅仅欣赏我们能感觉到的所有事物就能唤起敬畏感。切斯勒说:“如果我们中的一个人悄悄地在你身后移动一根头发,你会立刻知道的。” “这是最神奇的生物机器之一。”在许多方面,我们从身体获得的感官信息比我们从眼睛,耳朵和嘴巴获得的信息多得多。

例如,冷热感觉作用于与轻触感觉不同的神经,并使用不同的受体(其中一些也是最近才发现的)。疼痛,瘙痒和压力也很明显。也有一些取决于上下文的触摸感觉。想一想,穿上一件T恤的时间越长,您身上的T恤轻触的感觉会如何逐渐消失。或在晒伤期间,如何突然穿这种T恤变得难以忍受。

没有piezo2,姐妹们不会感觉到轻柔的触感,尤其是在手和手指上。索森告诉我,当她把手伸进钱包时,“我会以为我拿着东西而将手从书包中拿出,而我的手却是空的,”她说。她感觉不到物体,也不知道她的手在哪里。因此,当她不直接查看一本钱包时,它可能也是一个黑洞。

但是姐妹们会感到冷热。他们会感到压力。而且他们也不免痛苦。特别是,他们会感到敏锐的感觉。索森(Sausen)作为业余爱好(“减轻压力”)进行了锐利射击,并为武器的扳机配备了一块硬边矩形部件。当她将手指伸入边缘时,可以感觉到。

这种类型的捏痛必须通过非压电2的受体开始进入神经系统。切斯勒说:“因此,当您被挤压时,那种感觉,我们在分子水平上并不了解激活神经元的过程。” 真令人惊讶2019年,踩乐高积木的急性疼痛如何确切进入我们的神经系统仍然是一个科学谜团。

他们可以感觉到那种疼痛,但不能感觉到另一种所谓的触觉性异常性疼痛。那是通常令人愉悦的轻触感变得痛苦的时候。 (在实验室中,研究人员通过用辣椒素(辣椒中的辛辣化学物质)摩擦皮肤来产生触觉性异常性疼痛。)

另一个谜:当抚摸着头发的皮肤时,就像在手臂上一样,患者会感觉到。但奇怪的是,他们似乎无法感觉到个人的头发运动。切斯勒说:“我们不知道他们是怎么做到的。” 就是说:神经科学完全不了解这种感觉是如何在体内产生的。

正是这些见解可以导致这项研究的一些实际成果:即,新的治疗疼痛的方法。科学家希望通过识别将物理感觉带入我们体内的受体,他们可以学习增强它们,也许在引起疼痛时将其关闭。

切斯勒说:“那是疼痛研究的梦想。” “我们能摆脱这些看待疼痛的真正粗略方法,而是从更机械的角度来理解它吗?”例如,如果您不知道引起剧烈疼痛的受体,则无法设计出能够转变为疼痛的药物。它关了。本体感受的奥秘触摸很复杂。本体感受可能更是如此。但是,在研究过程中,研究人员可能会发现远远超出人体的发现和应用。

在我们所有肌肉的最深处,都有称为肌肉纺锤的纤维:这是一束纤维和神经,记录着肌肉的伸展。是的,在肌肉纺锤的神经末梢,您会发现压电2。当肌肉拉伸时,其他人收缩,然后压电2将所有这些信息传输到脊髓,以确定您的四肢在哪里。

令人惊讶的是,您体内的每条肌肉始终都在发送此信息。您的神经系统以某种方式处理了海量数据,而我们没有任何有意识的工作。怎么可能有意识?您会因信息过载而发疯。

只是想想坐直需要什么。背部的所有肌肉都必须传达正确的信息,以便使脊柱的所有骨骼保持一致。无压电的患者没有。他们有脊柱侧弯的姿势,因为他们的背部没有肌肉告诉大脑如何调整脊柱。 (有人告诉我,其中许多患者在出生前在子宫内位置也不佳,或者出生时髋关节移位,这就是本体感觉的基本原理。)
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