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2021年10月4日，2021年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎公布現場

2021年10月4日，瑞典卡羅琳醫(yī)學院宣布，將2021年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎頒給了美國的兩位科學家—戴維·朱利葉斯（David Julius）和阿德姆·帕塔普蒂安（Ardem Patapoutian），以獎勵他們對溫度感知與觸覺之受體的發(fā)現。

那么，兩位科學家研究的溫度感知與觸覺之受體究竟是什么，讓他們可以獲得如此高的榮譽？

要回答這個問題，我們需要先弄清楚人體的感官究竟是怎么產生的。

人的大腦類似于電腦的核心處理器，它處于頭顱之中，對外界的任何信息都不能第一時間獲悉。它必須通過眾多的神經連接到感覺器官，才能獲取外部信息。

例如，我們通過眼睛、耳朵、鼻子、舌頭以及皮膚，分別獲取視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺以及溫度感知等信息。

17世紀，法國哲學家笛卡爾猜想，我們身體內一定是有什么線性結構把皮膚和我們的大腦連接在一起—當我們的手腳碰到火焰的時候，它就會發(fā)送相應的信號，讓我們產生痛覺。

不得不說，笛卡爾的直覺相當敏銳。200多年后的19世紀末，西班牙神經組織學家圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾，通過高爾基染色法成功發(fā)現了神經元的完整結構，從而揭示了人體的組織和器官的確是通過神經纖維這種線性結構和大腦鏈接起來的。

而和圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾生活在同一時代的俄國生理學家巴甫洛夫，同樣在19世紀末，通過對狗進行的一系列實驗，發(fā)現了著名的神經反射活動，奠基了高級神經活動生理學。

雖然巴甫洛夫之后，人們已經知道了大腦獲取和發(fā)送信息，都是通過感受器轉化成電信號，然后傳導給大腦，但對外界的各種信息是如何轉化成神經信號的，人們卻知之甚少。

直到幾十年后，相關的研究才有所進展。1944年，美國科學家厄爾蘭格（Joseph Erlanger）和加塞（Herbert S. Gasser）因發(fā)現單一神經纖維的高度機能分化，共獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。不同類型神經纖維的發(fā)現，對人類感覺的傳播機制有著一定的啟示作用。

戴維使用辣椒素來鑒定TRPV

阿德姆解釋“機械刺激如何轉化為觸覺和壓感”

今年的諾貝爾獎研究解釋了熱、冷和觸摸如何在神經系統(tǒng)中引發(fā)信號

突破：破譯感官神經機制

本質上，人體獲取外部信息，和電腦十分相似，都是需要先把聲、光、熱等信號，通過傳感器（感受器）轉化成電磁信號，然后傳輸到處理器（高級中樞）進行分析，才能獲取外部信息。

從某種意義上來說，就像電腦傳感器的基本感知功能分成熱敏元件、光敏元件、氣敏元件等十大類型，人體要傳輸視、聽、嗅、味、觸等感覺，就必須有相應的受體來進行轉化。

例如，眼睛中的視桿細胞和視錐細胞，便是依靠不同的光受體蛋白來感知不同的光覺和色覺。

然而和電腦不同的是，人體感受器內，需要經歷復雜的生化反應，才能把光、聲、氣味分子、壓力、溫度等物理化學信號轉化成電信號。

通俗來講，一般會發(fā)生如下過程：當受到外界信號的刺激時，相應的受體蛋白的結構就會發(fā)生改變;隨著信號刺激的消失，受體蛋白的結構又會恢復。在不斷改變和恢復的過程中，產生的衍生物會進一步發(fā)生一系列的生化反應，然后激活離子通道，改變感受器的細胞膜電位，引起神經脈沖。

這些受體蛋白，很像離子通道的開關。它們產生的脈沖信號，和外界刺激是一一對應的，就像網絡光纜中傳導的音視信號一樣，包含了我們感受到的任何信息。

這些信息通過神經纖維到達大腦后，經過相應的感覺中樞分析處理，于是我們的感官就誕生了。

由于細胞內的生化反應相當復雜，要了解具體的感官到神經信號的轉變機制是相當困難的，所以，哪怕經過了長達50年的不斷突破，我們依舊沒有徹底破譯所有的感官神經機制。

最開始的突破是在1969年，英國愛丁堡大學的研究人員科曾斯（Cosens）和曼寧（Manning），利用甲基磺酸乙酯對果蠅進行人工誘變，發(fā)現了一個具有異常趨光性和視網膜電位的突變個體。

他們在對這種黑腹果蠅突變體進行研究后發(fā)現，通過連續(xù)光刺激，果蠅的光感受器細胞只會出現短暫的視網膜負電位變化，而通常情況下會出現長期的膜電位變化。

雖然科曾斯等人認為，果蠅的變異基因表達了一種光受體，但他們并沒有條件進行進一步的研究。

直到1975年，隨著電生理技術的發(fā)展，美國加州大學伯克利分校的克雷格·蒙特爾（Craig Montell）教授，發(fā)現這是一種離子通道蛋白突變所引起的現象，并率先克隆出了相關基因。

由于突變體對光反應產生的電位變化是瞬時的，所以他把這一種蛋白通道命名為“瞬時受體電位”，簡稱TRP。