科学探索|解读2021诺贝尔生理学或医学奖：神经系统如何感知温度和压力解读2021诺贝尔生理学或医学奖

2021年诺贝尔生理学或医学奖揭晓：David Julius和Ardem Patapoutian两人获奖，获奖理由：发现温度和触觉感受器。人体对热、冷和触觉的感知能力对我们的生存至关重要，并且支撑着我们与周围世界的互动。在日常生活中，我们常认为这些感觉是理所当然的，但与此相关的神经冲动是如何产生，从而使温度和压力可以被感知的呢？今年的两位诺贝尔奖得主解决了这个问题。

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David Julius利用辣椒素（一种从辣椒中提取的刺激性化合物，能产生灼烧感）来识别皮肤神经末梢上对热做出反应的感受器。Ardem Patapoutian利用压力敏感细胞发现了一种对皮肤和内部器官的机械刺激作出反应的新型感受器。这些突破性的发现促进了科学界展开大量的研究活动，使我们对神经系统如何感知热、冷和机械刺激的了解更加深入。两位获奖者指出，当我们尝试理解感官与环境之间复杂的相互作用时，有些关键的环节被忽视了。
我们是如何感知世界的？
我们是如何感知身边环境的？这是人类面临的最大的谜团之一。数千年来，我们的感觉机制一直令人们好奇不已。例如，眼睛是如何探测到光线的？声波是如何影响内耳的？不同的化学物质又是如何与我们口鼻中的感受器发生相互作用、从而产生嗅觉和味觉的？除此之外，我们还有其它感知身边世界的方式。想象一下在炎热的夏天光脚走过草坪时的感觉。你可以感受到太阳的热度、微风的吹拂、以及脚下的每一片草叶。这些对温度、触觉和动作的感知对我们不断适应周边环境的能力至关重要。
17世纪，哲学家笛卡尔提出，我们的各部分皮肤可能是通过某种“细线”与大脑相连的。假如脚碰到了火苗，就会通过这种方式向大脑发送一个机械信号。科学家后来发现，具有特定功能的感觉神经元可以察觉到环境中的变化。1944年，Joseph Erlanger和Herbert Gasser因发现可以对不同刺激做出反应的感觉神经纤维（如会产生痛觉的触碰和不会产生痛觉的触碰）而获得了诺贝尔生理学奖或医学奖。自此之后，科学家发现，神经细胞在探测和传导不同类型的刺激时的分工高度分化，使我们可以精确感知周围环境。例如，我们可以通过指尖感受出不同表面质感的区别，还可以分辨出令人舒适的温暖和痛苦难忍的高温。
在David Julius和 Ardem Patapoutian做出此次发现之前，神经系统感知和解读周边环境的方式对我们而言一直是个未解之谜：温度和力学刺激究竟是如何转化为神经系统的电脉冲的？

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插图描述了在笛卡尔的想象中，高温是如何向大脑发送机械信号的。
热的科学研究！
二十世纪年代后期，美国加州大学旧金山分校的David Julius通过分析化合物辣椒素如何引起我们接触辣椒时的灼烧感，看到了重大进步的可能性。人们已经知道，辣椒素可以激活引起疼痛感的神经细胞，但是这种化学物质如何真正发挥该功能仍是一个未解之谜。Julius和他的同事创建了一个包含数百万个DNA片段的库，对应于在感觉神经元中表达的基因，这些基因可以回应疼痛、热和触摸。Julius和他的同事假设，该DNA片段库或可包含可编码能够与辣椒素反应的蛋白质的DNA片段。在通常不与辣椒素反应的培养细胞中，他们表达了来自该合集的个别基因。经过艰苦的搜索之后，他们确定了一个能够使细胞对辣椒素敏感的基因。感应辣椒素的基因终于被发现！进一步的实验表明，鉴定出的基因编码了一个新的离子通道蛋白，这个新发现的辣椒素受体后来被命名为TRP1 。当Julius研究蛋白质对热的反应能力时，他意识到，他发现了一个热敏受体，该受体会在高温导致疼痛的时候被激活。