你的指尖也有“记忆”

　　

科学家们详细描述了指尖触觉神经元对外力的反应是如何受到指尖对先前外力的机械记忆的影响的。

今天发表在《eLife Reviewed Preprint》上的这项研究，提供了编辑们所说的关于指尖粘弹性如何影响触觉神经元传递给大脑的信息的基本发现。粘弹性是指指尖对施加的力的随时间变化的机械反应。研究结果强调，这些神经元不仅表明当前指尖的力，而且还表明指尖对先前负载的粘弹性记忆。有关皮肤最近物理状态的触觉信息可能有助于大脑制定准确的运动命令，以控制手进行物体操作和触觉任务。

我们用手完成的日常任务，如烹饪、清洁或抓取和运输物体，都需要对外部物体精确而快速地反复施加力。为了有效地完成这些任务，大脑依赖于触觉神经元提供的作用在指尖上的力的信息。然而，这些神经元并不直接发出接触力的信号;相反，它们传递了外力对皮肤造成变形的信息。

该研究的第一作者、英国谢菲尔德大学心理学系高级讲师Hannes Saal解释说:“人类指尖的粘弹性意味着，作用在指尖上的力所引起的任何变形都比力本身持续的时间长。因此，先前力的残余变形将影响指尖在受到新力时的机械反应。然而，这种物理记忆在多大程度上影响了自然使用手时触觉神经元的信号还没有得到很好的理解。”

为了研究这个问题，萨尔和他的同事们研究了当施加新的力时，以前指尖的力是如何影响一级触觉神经元的反应的。他们使用了一个定制的机器人，用模仿自然物体相互作用时通常遇到的力来刺激指尖。他们使用插入人类志愿者周围神经的特殊设计电极，记录了近200个单个神经元的冲动反应。神经元分为快速适应型1 (FA-1)、慢适应型1 (SA-1)和慢适应型2 (SA-2)。

不同方向的力快速连续地作用于指尖。通过比较在刺激序列中指尖的变形和引起的神经反应，在刺激序列的方向顺序保持不变的序列和顺序系统变化的序列中，研究小组分析了前一个力刺激对随后一个力刺激的反应的影响。

首先，他们注意到，改变加载历史会导致指尖变形的更大变化，从而证实了指尖的粘弹性记忆。然后，他们检查了这种变形变异性的增加是否反映在神经元的反应中。他们发现，与固定的方向顺序相比，当方向顺序发生变化时，施加力时的放电速率在FA-1和SA-1神经元中表现出大约两倍的变异性，在SA-2神经元中表现出大约70%的变异性。这表明指尖的粘弹性记忆影响了触觉神经元的反应。神经元类型之间效应大小的差异可能源于1型神经元主要感知皮肤表层结构中的机械事件，而2型神经元主要感知深层组织中的紧张状态。

接下来，研究小组调查了神经元反应变异性的增加是否与指尖的粘弹性记忆有关。为此，他们量化了传递给大脑的关于力方向的信息，包括当前的和前一个。他们发现，当前一个刺激系统地变化时，与前一个刺激保持一致时相比，有关当前力方向的信息减少了。有趣的是，他们还观察到每种类型中单个神经元的行为存在相当大的差异:一些神经元主要发出有关当前力方向的信息，另一些神经元同时发出当前和先前方向的信息，还有一些主要发出先前方向的信息。此外，他们还发现，即使在没有外界刺激的情况下，许多SA-2神经元也很活跃，即使在指尖加载之间，SA-2神经元也能发出有关指尖粘弹性变形状态的信号。

这种反应的多样性表明，总的来说，一级触觉神经元将有关指尖粘弹性状态的丰富信息传递给大脑，其中包含了对过去刺激的记忆。研究报告的合著者、悉尼新南威尔士大学副教授Ingvars Birznieks说:“SA-2神经元的功能之一可能是发出指尖整体粘弹性状态的信号，这可能会更准确地解释1型神经元的输入，这一想法让我非常着迷。”

作者指出，目前还没有系统的研究表明粘弹性对触觉感知的影响是否会影响手动任务的表现，因此尚不清楚粘弹性是否会限制表现，或者关于过去刺激的神经信息是否被大脑以某种能力使用。此外，正如eLife公开评论中提出的那样，该研究可以从对皮肤变形和神经元放电之间联系的更直接的检查中获益，这是作者目前正在解决的一个方面。

“我们的研究结果表明，触觉神经元群向大脑提供了关于指尖粘弹性变形状态的连续信息流，”资深作者、瑞典尤梅夫大学综合与医学生物学教授Roland Johansson总结道。“在计划和评估基于触觉的行动时，大脑利用这些信息来估计指尖的状态是合理的。在未来的研究中调查这一想法具有有趣的潜力。”

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