为什么我们能感受温度和触觉

■文/赵言昌

2021年的诺贝尔生理学或医学奖结果揭晓，获奖者是美国科学家戴维·朱利叶斯（左）和阿德姆·帕塔普蒂安（右），因为他们发现了温度和触觉的受体。那么，温度和触觉的受体是什么？为何如此重要呢？

笛卡尔的猜测

温觉，就是感受冷、热的能力；而触觉，指我们感受触碰等机械刺激的能力。这两种能力，既不像阅读那样需要学习才能掌握，又不像视觉、听觉有失去的可能。你可能见过失明、失聪的人，但你见过不能感受冷、热的人吗？

正因为如此，在很长一段时间里，人们根本没有思考过温觉，甚至怀疑温觉的准确性。比如，古希腊的苏格拉底认为，我们感受到的东西好比火把下的光影，只是一种幻觉罢了。

但是，谁能否认温觉的重要性呢？如果没有它，我们天冷的时候不会加衣，天热的时候不会纳凉，哪怕被火焰灼烧，也不知道疼，不懂得避开。所以，慢慢地，有人开始思考这个问题。

17世纪，法国哲学家笛卡尔提出了一个假说：我们的身体里有一些细细的线，它们的一头连着皮肤，另一头连着大脑。当我们触碰火焰时，线便顺势收紧，拉动大脑里的警铃：“保持距离，以免受伤！”

不得不说，这是一个非常容易理解的模型。问题在于：那些线在哪里?它们为何会收缩呢？

厄兰格的验证

以今天的眼光看，笛卡尔受到了时代的限制。几百年前的人们不知道什么叫作神经系统，因而很难用实验验证自己的假说。

受到限制的，其实不止他一个。20世纪初，美国科学家约瑟夫·厄兰格准备研究神经，却被仪器问题难住了。实验室里的仪器分辨率不足，只能一次观察一大堆神经，而厄兰格感兴趣的是单个神经细胞的状态。当时有家公司倒是有现成的仪器，可惜人家不卖。

无奈之下，他只好客串一回工程师，动手改进现有的仪器。这一改进，就改出了一个诺贝尔奖来——厄兰格发现，神经以电流的形式传递信号，而且不同的神经有着不同的导电特性，有的导电快，有的导电慢。

从某种意义上说，厄兰格证实了笛卡尔的猜测。在皮肤和大脑之间，确实有一些线，它们也的确会传递信号。只不过，这些线不是缝衣线，而是神经细胞，其传递信号的方式也不是依靠牵拉，而是依靠电流。

这又引出了一个问题：电流是从哪里来的呢？

笛卡尔的假设

萨克曼的发明

厄兰格和他的实验器材

找一根铜线，将7号电池与小灯泡连接起来，后者会发出亮光。也就是说，电荷在电路里的流动，形成了电流。

科学家发现，我们的神经细胞也带有电荷，而且十分专一——细胞膜外侧是钠离子，内侧是钾离子。因此，从理论上说，只要钠离子或者钾离子穿越细胞膜，流动起来，就会形成电流。

这可真是奇怪！想一想腌黄瓜，将新鲜的黄瓜丢入盐水里，过不了多久，黄瓜便会缩小，吃起来也有咸味。这说明，水分从黄瓜内部流到了外部，食盐里的钠离子则进入黄瓜内。

膜片钳

我们的细胞为什么能把钠离子挡在外面呢？无数科学家为此挠破头皮，一直到20世纪70年代，德国科学家伯特·萨克曼发明了一种新的装置：膜片钳。

膜片钳的使用方式与显微镜有点像。使用显微镜时，我们首先要从研究目标上切下一小块，制成标本，然后将标本放到显微镜下，依靠显微镜的放大能力进行观察。膜片钳可以看作一把很小的钳子，科学家用它揪住细胞的一角，而后放大这一角的电流，观察其中的规律。

结果呢？科学家发现，细胞膜上有许多“小门”，它们十分挑剔，有的只对钠离子开放，有的只对钾离子开放，因而形成了钠离子聚集在细胞膜外的独特现象。

朱利叶斯的突破

这些“小门”，今天称之为离子通道，有着极其重要的生理学意义。所以，萨克曼也拿到了一个诺贝尔奖。

有了膜片钳之后，科学家发现了各种各样的离子通道。等到20世纪90年代，戴维·朱利叶斯开始猜测，冷、热感觉会不会跟离子通道有关呢？

离子通道，说白了，是一种特殊的蛋白质。爸爸妈妈整天说：“要多吃一点儿蛋白质。”其实，不管什么样的蛋白质，都会被消化系统拆解为氨基酸，被吸收到我们体内。随后，这些氨基酸会在基因的指挥下，重新组成人体需要的各种蛋白质。

戴维·朱利叶斯

阿德姆·帕塔普蒂安

哈洛

考虑到这个过程，朱利叶斯决定从遗传基因入手。他筛选出数以百万计的遗传基因片段，让它们合成各种各样的蛋白质，随后用辣椒素刺激它们。辣椒素来自辣椒——你肯定吃过辣椒，那玩意儿不仅吃着辣，抹到皮肤上也十分不舒服，对不对？

朱利叶斯发现，有些基因编码的蛋白质对辣椒素十分敏感。进一步的研究显示，这种蛋白质其实是一种新型的离子通道：TRPV1。

TRPV1十分特别，它会被温度、辣椒素等因素激活，进而引起特定离子的跨膜运动。接下来，就是刚才讲过的了，离子的跨膜运动引起电流，电流沿着神经细胞传导，一直进入大脑里，引起对应的感觉。

这就……结束了？

在此之后，朱利叶斯和帕塔普蒂安各自独立地发现了TRPM8。其作用恰恰与TRPV1相反，它会被冷和薄荷激活，进而产生寒冷的感觉。这就是为什么花露水可以带来清凉感，因为花露水里含有薄荷。

好了，问题解决了，不是吗？

其实还没有。一方面，离子通道仍然藏着许多秘密，比如说TPRC1似乎与哮喘有关，其机制仍然需要更多的探索；另一方面，温度感知不仅对生存至关重要，而且似乎参与我们的精神世界。

20世纪中叶，美国心理学家哈洛用铁丝、毛巾、硬纸板等东西，为小猴子制作了两位“母亲”。其中一位藏有奶瓶，另一位腹内空空，却十分温暖。以常理而言，小猴子会选择前者，“人是铁饭是钢”嘛！出乎意料的是，它们更愿意在后者身边待着。类似的现象，在我们身上也存在。比如，我们会用“热情”“冰冷”来形容一个人，而母亲通常是“温暖的”。

为什么呢?温度对我们的精神世界有着怎样的作用？也许，这又是一场百年接力的探索吧!