引言
犬类在被淋湿后通过迅猛地甩动身体来清除皮毛上的水珠，这种看似简单的行为背后却蕴藏着极为复杂的神经机制。这种现象并不仅限于狗，包括鼠类、猫科动物、松鼠、狮子、老虎和熊等毛发浓密的哺乳动物也表现出类似的甩水行为。这些甩水动作不仅能够帮助动物去除水分，还可以清除附着于皮肤表面的昆虫或其他刺激物。11月7日Science杂志的研究报道“C-LTMRs evoke wet dog shakes via the spinoparabrachial pathway”，深入探讨了这种行为背后的神经科学基础，分析了其生物学意义及其未来可能的研究方向。
湿狗甩水行为的触发是由一种名为低阈值机械感受器（C-fibre low-threshold mechanoreceptors, C-LTMRs）的触觉受体所介导，这些受体紧密包围在哺乳动物的毛囊周围。C-LTMRs是一种高度敏感的触觉受体，在人类中与愉悦触感相关，例如温柔的拥抱或轻柔的抚摸。然而，在鼠类和其他非人类哺乳动物中，这些感受器则具有保护功能，能够在皮肤受到刺激（如水滴、泥土或寄生虫）时提供快速的反应。
当外部刺激引起皮肤毛发的弯曲时，C-LTMRs会被激活，从而引发类似湿狗甩水的快速运动反应。贝勒医学院（Baylor College of Medicine）的神经科学家Kara Marshall指出，这些受体通过扩展皮肤的感知范围，使得动物能够对皮肤上方的环境变化做出敏捷的反应，从而有效保护自身。这种机制的精细化反应对动物在野外环境中的生存极为重要，因为它们需要快速识别并应对外部的各种潜在威胁。
在实验中，研究者通过在实验室小鼠的颈背上滴加向日葵油来模拟湿狗甩水的情境。结果显示，几乎所有的小鼠在十秒内就迅速甩掉了油滴，表明这一行为是一种快速且本能的反应机制。为了验证C-LTMRs在此行为中的具体作用，研究人员对部分小鼠进行了基因改造，敲除其大部分C-LTMRs。改造后的小鼠在滴入油滴后的甩动频率相比未改造的对照组减少了50%。这一结果清晰地表明，C-LTMRs在湿狗甩水行为中发挥了关键作用。
这一发现使我们对触觉系统的复杂性有了更深入的理解。C-LTMRs不仅仅是简单的触觉感受器，而是可以将感知信息转化为特定的行为反应。这一机制能够在动物受到环境刺激时迅速激活，并调控复杂的运动反应，这对保持个体的健康和生存至关重要。例如，当毛发上的水分过多时，动物的体温调节可能会受到影响，快速甩水可以有效减少体温流失，从而保证动物的正常体温维持。
神经回路的解码为了进一步探讨C-LTMRs如何将触觉信号传递至中枢神经系统并协调湿狗甩水行为，研究者对其涉及的神经回路进行了详细追踪。实验结果表明，C-LTMRs的信号首先传递至脊髓内的一组特定神经元，随后连接至大脑中的旁臂核（parabrachial nucleus），这一核团在痛觉、温度和触觉的处理过程中具有重要作用。旁臂核通过处理来自不同感觉输入的信息，整合并产生适当的运动响应。
为了验证这一神经传导路径，研究者采用了光遗传学（optogenetics）技术，通过基因工程改造神经元使其能够在光照刺激下开关，从而干预脊髓神经元的活动。研究结果显示，相较于对照组，经过干预的小鼠甩动频率降低了58%。当研究者阻断旁臂核的活动时，甩水行为同样显著减少。尽管如此，这些小鼠在正常的抓挠、梳理和移动方面并未出现异常，表明该神经回路特异性地参与了湿狗甩水行为的调控，而非一般的触觉或运动行为。
这一发现对于神经科学领域的意义在于，它揭示了特定感觉输入如何通过特定的神经回路触发特定的行为反应。旁臂核作为大脑与脊髓之间的重要枢纽，通过对触觉信号的处理和整合，能够迅速激活特定的运动反应。这种信号传递的精准性和特异性使得动物能够在环境刺激下迅速采取保护性行为。
行为与神经机制的联系湿狗甩水行为的研究揭示了一种高度协调的运动反应机制，这种反应在许多哺乳动物中都是普遍存在的。该行为背后的神经回路特异性为进一步探究神经系统如何控制复杂的行为提供了重要线索。正如香港浸会大学的神经科学家Thomas Knöpfel所指出，湿狗甩水行为为研究大脑如何发出控制复杂运动的指令提供了宝贵的研究范例。
令人惊讶的是，一些动物的甩水行为可以被致幻药物诱发。研究表明，这些药物通过作用于5-羟色胺（serotonin）受体，引发类似的甩水反应。5-羟色胺受体在愉悦触觉感受中也扮演了重要角色，这一现象为未来研究触觉与其他感觉体验之间的关系提供了新的研究方向。通过对这些神经受体及其相关通路的研究，研究人员有望揭示触觉、情绪与药物作用之间复杂而多样的关系。
这种研究不仅有助于我们理解触觉如何引发特定的行为，还为探索情绪和触觉之间的关系提供了重要线索。例如，5-羟色胺受体的激活在愉悦感知中起到关键作用，而这种愉悦感知可能与动物的特定行为模式相关。因此，触觉刺激如何通过影响神经系统中的化学递质来影响动物的行为反应，成为了未来研究的重要方向。
C-LTMRs的进一步研究方向除了对甩水行为的探索，C-LTMRs的研究还有助于理解其他相关行为和疾病。研究者推测，C-LTMRs的过度活跃可能与猫的“皮肤抽搐综合征”（twitch-skin syndrome）有关，该病症表现为皮肤的突然抽搐。这一研究对于人类皮肤的过敏反应和敏感性问题也可能具有启示意义。
实验中，研究人员发现C-LTMRs的激活能够迅速引发甩水反应，这种反应对于动物的生存具有重要的适应价值。通过迅速甩掉皮肤上的水滴或寄生虫，动物可以有效减少体温的流失，降低感染的风险。
C-LTMRs的研究不仅在理解动物应对环境刺激的机制方面有重要意义，还可能在医学领域产生广泛的应用。例如，对于那些因神经损伤而导致触觉丧失的患者，理解低阈值机械感受器的功能可能有助于开发新的治疗方法。此外，触觉如何通过不同的神经回路被加工的研究，也为开发具有触觉反馈功能的仿生技术或人工智能感知系统提供了重要的理论基础。
在仿生学和机器人技术领域，触觉反馈对于机器人与人类环境的交互至关重要。通过模仿C-LTMRs的工作原理，研究人员可以开发出具有高度灵敏触觉感知能力的仿生设备，使得这些设备在处理物体或与人类互动时能够更加自然和精准。例如，在医疗机器人领域，具有触觉反馈的机器人能够更加安全地执行外科手术，而不会对患者造成不必要的伤害。理解C-LTMRs及其神经回路的工作方式，为开发这类先进的仿生技术提供了可能。
参考文献
Zhang, D., Turecek, J., Choi, S., Delisle, M., Pamplona, C. L., Meltzer, S., & Ginty, D. D. (2024). C-LTMRs evoke wet dog shakes via the spinoparabrachial pathway. Science, 386(6722), 686-692. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8834https://www.nature.com/articles/d41586-024-03657-y责编|探索君
排版|探索君
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