新绘制的神经回路揭示了皮肤感知低温并将信息传递至大脑的机制，该研究在脊髓中发现了一种意外的信号放大器，为解析寒冷相关疼痛提供了新见解。
这项据信属首次发现的成果揭示，低温感知拥有其独立的神经通路，表明进化过程为高温和低温分别创建了不同的神经回路。该研究的高级作者段波（Bo Duan）表示，这为保障精准的热感知及对环境变化产生恰当行为反应提供了精妙的解决方案。
"皮肤是人体最大的器官。它帮助我们探测环境并区分不同刺激，"密歇根大学分子、细胞与发育生物学副教授段波表示。"关于其运作机制仍存在许多有趣疑问，但目前我们已掌握其感知低温的一条通路。这是首个温度感觉神经回路，其从皮肤到大脑的完整通路已被明确解析。"
段波指出，此项工作深化了我们对基础生物学的理解，并让我们更接近解释人类如何进化出栖息于安全温度并规避极端温度的机制。同时该研究具有医学应用潜力，未来可帮助改善人类生活质量。
段波举例说明，超过70%接受化疗的患者会经历低温引发的疼痛。新研究发现，负责感知无害低温的神经回路并不介导这类冷痛。但通过理解正常条件下低温传感回路如何运作，研究者现在更有机会揭示疾病或损伤状态下的异常机制。这也有助于开发靶向疗法，既能恢复健康感觉又不损害正常温度感知。
本研究由美国国立卫生研究院资助，并与密歇根大学生命科学研究所的Shawn Xu及其研究团队合作完成。
低温信号放大器的发现
在发表于《自然·通讯》期刊的研究中，段波团队运用先进成像技术和电生理学方法，观测小鼠如何将低温感觉从皮肤传递至大脑。
这是该团队此前应用于其他感觉研究的方法。在博士后研究员Hankyu Lee与博士研究生Chia Chun Hor和Lorraine Horwitz的带领下，团队将研究重点转向温度感知。
"这些工具此前已帮助我们鉴定出化学性瘙痒和机械性瘙痒的神经通路，"段波表示。"通过团队协作，我们发现了这条极为有趣且高度专一的低温感觉通路。"
低温信号起始于皮肤——这里分布着能检测约15至25摄氏度（相当于59至77华氏度）特定温度范围的分子传感器。当这些传感器激活时，会刺激初级感觉神经元，将低温信号传递至脊髓。研究团队在此发现，信号被特殊中间神经元放大，继而激活连接大脑的投射神经元。
研究人员此前已知晓皮肤分子温度计的存在（该发现曾助力加利福尼亚研究人员获得2021年诺贝尔生理学或医学奖），但脊髓中的放大器却是未知的关键组分。团队发现，当放大器功能被抑制时，低温信号会在背景噪声中丢失。
段波指出，尽管研究在小鼠中进行，但基因测序显示该回路每个组分在人体内均存在。因此炎夏步入空调房时的清凉感受，很可能归功于人类相同的神经通路。
接下来，团队计划解析与急性冷痛相关的神经通路。
"我认为痛觉感知机制将更为复杂，"段波表示。"当处于危险环境时，可能会有多条通路参与其中。"
其团队还关注大脑如何处理各类皮肤信号，以及人类如何进化出不仅能区分这些信号，还能将其与情绪关联以实现自我保护的能力。事实上，正是这类疑问最初激发了段波的研究兴趣——在密歇根州工作的经历让他持续思考这些问题。
"夏日里，我喜爱沿密歇根湖漫步，让微风轻拂脸庞——那凉爽舒适的感觉妙不可言，"段波说道。"但冬季对我来说实在难熬。"