新测绘的神经回路揭示了皮肤感知低温并将该信息传递至大脑的机制，在脊髓中发现了一个意料之外的信号放大器，为解析寒冷相关疼痛提供了新见解。
这项被认为是首次发现的成果揭示，低温感知拥有其专属通路，表明进化过程为高温和低温分别创建了不同的神经回路。该研究的通讯作者段波（Bo Duan）表示，这为保障精准的温度感知及对环境变化作出恰当行为反应提供了一种精妙的解决方案。
"皮肤是人体最大的器官。它帮助我们感知环境，区分不同的刺激，"密歇根大学分子、细胞与发育生物学副教授段波解释道。"关于其运作机制仍存在许多有趣问题，但我们现在明确了其感知低温的一条通路。这是首个从皮肤到大脑的完整神经通路被清晰界定的温度感知回路。"
段波指出，这项工作深化了我们对基础生物学的理解，使我们更接近于解释人类如何进化出栖息于安全温度并规避极端危险的能力。同时，其医学应用价值也有望在未来帮助改善人类生活质量。
段波举例说明，超过70%接受过化疗的患者会经历由低温引发的疼痛。新研究发现，负责感知无害低温的神经回路并不介导这种类型的冷痛。然而，通过理解在正常条件下低温感知回路如何正确运作，研究人员现在更有机会发现疾病或损伤状态下何处出现异常。这也可能有助于开发靶向疗法，在恢复健康感觉的同时不损害正常的温度感知能力。
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。
冷却放大器的发现
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，观察小鼠如何将低温感觉从皮肤传递至大脑。
这是该团队过去应用于其他感知研究的方法。在博士后研究员Hankyu Lee和博士生Chia Chun Hor与Lorraine Horwitz的带领下，团队本次将研究重点转向温度感知。
"这些技术曾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，我们发现了这条极其有趣、高度专一的低温感知通路。"
低温信号始于皮肤——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。当这些传感器启动时，会激活初级感觉神经元，将低温信号传递至脊髓。研究团队在此发现，信号由特化的中间神经元放大，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的分子温度计（其部分研究成果曾助力加州科学家获得2021年诺贝尔生理学或医学奖），但脊髓中的信号放大器却是未知的关键要素。团队发现，当放大器功能被抑制时，低温信号会湮没在神经噪声中。
段波指出，虽然研究在小鼠中进行，但基因测序显示该回路每个组成元件在人类中同样存在。因此，当我们于炎炎夏日步入空调房感受到的清凉快意，很可能要归功于同一条神经通路。
展望未来，该团队致力于鉴定介导急性冷痛的相关通路。
"我认为疼痛感知机制将更为复杂，"段波表示。"当我们处于更危险的情境时，可能有多种通路参与其中。"
他的团队还关注大脑如何处理这些不同的皮肤信号，以及人类如何进化出不仅能区分它们，还能将情感与之关联以进行自我保护的能力。事实上，正是这类问题最初激发了段波的研究兴趣，而密歇根州的环境不断提醒着他这一点。
"夏季，我喜欢沿密歇根湖散步，让和风轻拂脸颊。那种清凉舒适的感觉非常美妙，"段波说。"但冬季对我来说实在难熬。"