当你阅读这篇文章时，你皮肤上的触觉感受器正在感知你所处的环境。你的衣服和珠宝，你坐的椅子，你使用的电脑键盘或移动设备，甚至你的手指无意识地互相触摸——每一次触摸都会激活神经细胞的集合。但是，除非刺激是特别意想不到的或需要帮助你定位自己的动作，你的大脑会忽略许多这些输入。
现在，索尔克的研究人员已经发现哺乳动物大脑中一小块区域的神经元是如何帮助过滤分散或干扰信号的——特别是来自手的信号——来协调灵巧的动作。他们的研究结果发表在2021年10月14日的《科学》(Science)杂志上，可能对大脑如何过滤其他感官信息也有借鉴意义。
“这些发现不仅有助于更好地理解我们的神经系统是如何与世界互动的，还有助于教会我们如何制造更好的假肢和机器人，以及如何在疾病或受伤后更有效地修复神经回路。”索尔克大学分子神经生物学实验室助理教授、威廉·斯坎德林发展委员会主席艾曼·阿齐姆说。
科学家们早就知道，从投掷球到演奏乐器，要协调灵巧的动作，需要手的输入。在一个经典的实验中，志愿者的指尖被麻醉，他们发现很难拿起并点燃一根火柴。
阿齐姆说:“有一种普遍的误解，认为大脑发送一个信号，然后你就执行相应的动作。”“但在现实中，大脑会不断整合有关四肢和手指状态的反馈信息，并相应地调整输出。”
如果大脑对来自身体的每一个信号都做出反应，它很快就会被淹没——就像某些感觉处理障碍发生的情况一样。阿齐姆和他的同事们想要确切地确定一个健康的大脑是如何选择并考虑到哪些触觉信号来协调像操纵物体这样的灵巧动作的。
他们在小鼠身上使用了多种工具，研究了脑干中一个叫做楔形核的小区域内的细胞，这个区域是手信号进入大脑的第一个区域。虽然我们知道感觉信息通过楔形核，但研究小组发现，该区域的一组神经元实际上控制着从手传递到大脑其他部位的信息的多少。通过操纵这些回路，或多或少地通过触觉反馈，阿齐姆的团队可以影响老鼠如何执行灵活的任务，如拉绳子或学习分辨纹理，从而获得奖励。
“楔形核通常被认为是一个中继站，就像信息只是通过它一样，”工作人员詹姆斯·康纳说，他是这篇新论文的第一作者。“但事实证明，感官信息实际上是在这个结构中被调节的。”
Conner和Azim继续展示了老鼠大脑皮层的不同部分——负责更复杂的适应性行为的区域——是如何反过来控制楔形神经细胞来决定它们过滤来自手部的感觉信息的强度的。
今天，尽管经过了几十年的研究，大多数假肢和机器人仍在努力实现手指灵活和精确的手部动作。阿齐姆和康纳说，他们的工作有助于设计更好的流程，将人造手指的感觉信息整合到这些系统中，以提高它们的灵巧度。它还可能有助于理解感觉处理障碍，或在感觉信息流失去平衡时排除大脑中的问题。
“感官系统已经进化到具有非常高的敏感性，以便最大限度地对外部威胁做出保护性反应。但我们自己的行为可以激活这些感觉系统，从而产生反馈信号，可能会破坏我们的预期行为，”康纳说。
阿齐姆说:“我们经常被来自世界的信息轰炸，大脑需要一些方法来决定哪些信息可以传递，哪些不可以。”“不仅仅是触觉反馈，还有视觉、嗅觉和听觉、温度和疼痛——我们在这个回路中所学到的知识可能也适用于大脑如何调节这些类型的反馈。”
