研究人员过去认为，个体的初级触觉敏感，对特定类型的触觉反应灵敏。现在，西北大学的一项研究发现，触觉敏感的神经元以更混乱和混乱的方式传递触觉。在这项研究中，研究小组开发了一种新技术，在同时记录大鼠大脑中第一阶段触觉敏感神经元的同时，在三维刺激大鼠的胡须。研究人员发现，这些神经元不是对不同类型的触觉做出反应，而是最先接收到早期触觉信号的神经元，它们对多种类型的触觉和不同程度的触觉有不同程度的反应。
这项研究8月9号在Proceedings of the National Academy of Sciences上发表。西北大学的米特拉·哈特曼(Mitra Hartmann)是该研究的资深作者之一，他说：“许多人过去认为，每个神经元都被精确地调整到触觉刺激的某些方面。”“我们完全没有发现这一点。一些神经元对刺激的某些特征的反应比其他神经元更多，因此存在某种程度的调谐。但这些神经元对施加在胡须上的不同力和力矩的许多组合都有反应。”论文的第一作者尼古拉斯·布什补充说：“当我们比较所有记录在案的神经元时，我们发现它们对刺激的反应是相互重叠的，但并不完美。”“这和画家的调色板很相似：我们希望能找到一些'原色’，其中一个神经元可能是少数几种不同的类型之一。但我们发现'调色板’已经混合在一起了。每个神经元与所有其他神经元略有不同，但它们共同覆盖了整个光谱。”哈特曼是西北大学麦考密克工程学院的生物医学和机械工程教授，她是机器人和生物系统中心的成员。布什曾是哈特曼实验室的博士生，现在是西雅图儿童研究所的博士后研究员。萨拉·索拉(SaraSolla)是该研究的另一位资深作者，她是美国西北大学范伯格医学院(NorthwesternUniversityFeinberg)的生理学教授。只需刷一刷胡须，老鼠就能从它们的环境中提取出详细的信息，包括物体的距离、方向、形状和纹理。这种敏锐的能力使大鼠的感觉系统成为研究力学(移动须)和感觉输入(向大脑发送的触摸信号)之间关系的理想选择。但是，尽管使用触须系统来探索触觉的奥秘很受欢迎，但许多长期存在的问题依然存在。虽然大脑的大区域致力于处理触觉信号，但第一次获得触觉信息的初级感觉神经元的数量相对较少，也不为人所了解。布什说：“这是一个'信息瓶颈’。”“我们想知道，尽管存在这一瓶颈，感知触觉的神经元如何能够获取和表示复杂的信息。”虽然先前的研究已经探讨了神经元如何对受刺激的触须产生反应，但这些研究无法真实地复制自然触觉。例如，在许多研究中，研究人员将麻醉大鼠的胡须剪短到大约1厘米长，然后精确地来回移动胡须，一次移动微米。哈特曼说：“这并不能充分体现胡须的灵活性。”“这不是老鼠在自然环境中的活动方式。它是一种精确的刺激，能给出精确的反应，但它过于局限和简化。”然而，在西北大学的研究中，研究人员保持了胡须的完整状态，并通过一系列的运动、方向、速度和力量，以及整个胡须的长度来手动刺激它。
研究人员使用植入的电极来测量接受触摸信号的神经元的电活动，他们量化了这些神经元对广泛的机械信号的反应，这更接近一只真正的大鼠在自然环境中的感受。最终，他们发现所有神经元--尽管有些比其他神经元更多--对所有不同类型的刺激都有反应。布什说：“这一发现表明，触觉可能具有非常复杂的触觉功能，因为在感官获取的第一阶段，在信息进入大脑更高的加工中心之前，它不会丢弃或过滤大量信息。”“相反，这些早期的感觉神经元传递着一种高保真--但”混乱“或”凌乱“--表象。大脑必须--而且很明显--有能力梳理这些混乱，并将其与所有其他可用来解释触觉的信息相协调。”接下来，哈特曼和她的团队计划将这一新发现与WHISKiT结合起来。WHISKiT是第一次对老鼠的晶须系统进行三维模拟，该系统是最近在她的实验室开发的。哈特曼说：“我们可以使用WHISKiT模型来模拟自然搅拌行为中会发生的机械信号，然后模拟第一阶段接触神经元群体对这些机械信号的反应。”“模拟场景将基于我们在这项最新研究中发现的结果。”
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