物理学家预测触觉力学

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一种弹性元件在触摸敏感神经元的膜上打开离子通道，以响应戳或释放，但通过放松以关闭通道来适应稳定状态。

触觉在我们与皮肤之外的世界的大部分互动中起着中介作用。

通过将物体撞击皮肤的机械能转化为神经系统内的电信号，各种各样的结构或感受器可以感知从微风的微弱拂过到割伤的剧痛等各种事件。

他们究竟是如何做到这一点的还没有完全弄清楚。加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)定量生物学项目的物理学教授马西莫·维尔加索拉(Massimo Vergassola)对其中一个系统特别感兴趣。

在QBio项目的一次演讲中，斯坦福大学的Miriam Goodman描述了扁形线虫(秀丽隐杆线虫)中一个触摸敏感神经元的反应，秀丽隐杆线虫是一种经常使用的具有良好神经系统的模式生物。

用小玻璃珠戳虫子会在触觉感受器神经元中产生电流，如果玻璃珠留在原位，电流就会减弱。这并不罕见;这是神经系统忽略不太可能需要我们注意的不变情况的一种常见方式。但当珠子被移除时，这个触觉受体神经元也产生了相同水平的电流。

Vergassola是一位理论物理学家，他对生物如何使用感觉系统来导航世界很感兴趣，他想知道对称神经反应背后的物理系统是什么。他和研究生亚历山德罗·桑泽尼开发了一个物理模型，解释了这种感觉系统的观察和预测的附加特性。

Vergassola说:“我们的方程能够预测在实验中传递的刺激集合的神经反应。”他们的模型包括一种弹性元件，它可以拉伸打开神经细胞膜上的通道，允许带电荷的离子流动，但随后放松关闭通道，即使受体继续受到压迫。压力的释放会再次使弹性元件向相反的方向拉伸，重新打开通道，再次允许电流流动。

他们与斯坦福大学的同事一起，在本周的《美国国家科学院院刊》网络版上报告了他们的模型和实验结果。

这些方程还预测，缓慢的poke不会记录太多电流，因为适应——在这种情况下，弹性元件的粘性松弛——会与poke保持同步。实验证明了这一点，该系统作为一个“带通滤波器”，优先响应发生在特定频率范围内的刺激。

通过对有内脏的蠕虫和正常蠕虫的比较，研究人员发现，引起这种特殊类型的触摸感受器反应的关键因素是压痕的程度，而不是戳的力度。

弹性因素可能还有待鉴定，但Vergassola指出，哺乳动物内耳中的毛细胞束之间有细而有弹性的系索，类似地调节了对持续刺激的适应。

斯坦福大学的合著者包括艾米·伊斯特伍德、布莱恩·佩佐德、Sung-Jin Park、贝丝·普鲁特和米里亚姆·古德曼。桑策尼现在就职于米兰大学。朴教授现在在哈佛大学。

国家卫生研究院和国家科学基金会支持这项工作。