关于外部刺激与个人记忆之间联系的新研究，可能对理解如何治疗神经系统疾病具有关键意义。
神经生物学家陈杰瑞（Jerry Chen）研究了小鼠大脑，发现触觉与记忆之间存在直接联系。
这一发现有助于治疗中风等神经系统疾病，并有助于理解自闭症谱系障碍。
新研究揭示了大脑如何结合外部信息与内在记忆，从而形成触觉感知。
这项研究可能帮助科学家理解如何更好地治疗中风和自闭症谱系障碍。
当你触碰某物时，无论是踩在沙滩上，还是抚摸狗的背部，各种感觉都会迅速传入大脑。你能感受到脚下沙粒的粗糙颗粒，也能感受到手上狗毛的蓬松柔软。
但你也会将自身的一部分带入这种感受之中：除了来自沙滩或小狗的外部刺激，还有过往时刻的记忆——暑假里擦去脚趾间沙子的情景，或是与一只令人十分想念的家庭宠物依偎在一起的场景。我们都会认同某种感觉是粗糙还是柔软，但对这种感觉的解读却可能略有不同。
“当我们感知周围环境时，实际上同时在做两件事，”波士顿大学神经生物学家陈杰瑞（Jerry Chen）说道，他是认知功能领域的专家。“我们在接收所有感官信息，即世界上所有的物理要素；与此同时，我们也在运用自身的各种推断方式，对所感知之物进行主观解释。”
在一项发表于《科学》（Science）杂志的新研究中，陈杰瑞阐明了这一过程。通过观察小鼠大脑，陈杰瑞及其研究团队在初级体感皮层中发现了一个回路——该脑区接收与触觉、温度和疼痛相关的信号——这一回路专门负责处理触觉信息。他表示，该回路帮助大脑判断如何平衡来自身体外部的刺激与既有知识。
这项研究可能对我们理解一系列神经系统疾病和神经精神疾病具有重要意义，这些疾病会改变感觉知觉，其中包括从中风到自闭症谱系障碍等。陈杰瑞是生物学助理教授，他表示，对大脑回路认识的提升，可能为更具针对性的治疗和干预铺平道路。
作为深入研究大脑运作机制的一部分，研究人员开发了一种观察和监测细胞的新方法：一个能够激发大脑活动、显示放电细胞分子组成并协助计算全部数据的平台。借助该平台，陈杰瑞得以观察皮层中不同神经元在动物触碰物体时如何反应和相互交流，以及当环境中的某些因素发生变化时，这些神经元又如何做出适应。
陈杰瑞及其团队以艾伦研究所（Allen Institute）的小鼠大脑图谱作为本项目的起点。该图谱是一个对不同类型脑细胞的目录。陈杰瑞表示，该图谱非常有助于精确定位神经元的位置和类别，但它并不能真正告诉研究人员太多关于神经元功能的信息。而他们的研究发现则为此补充了更多细节和色彩。
“这是对各部分如何相互配合的另一层理解，”陈杰瑞说。“最重要的是，我们将图谱与功能定义结合了起来——这真正将为我们理解大脑打开许多新途径。”
在此，陈杰瑞阐述了他的研究发现，以及这些发现在增进我们对大脑的认识和改善大脑保健方面的潜在价值：
你的研究发现揭示了什么？
当你感知周围世界时，大脑一方面会处理构成场景的各种刺激，另一方面也会根据过去所学的信息进行补充，以帮助你理解所感知到的事物。
举例来说，假设你在包里翻找，摸索寻找车钥匙。大脑已经学会了钥匙的触感，因此当你触摸不同纹理或形状的物体时，它会填补相关信息，以引导你的搜索。然而，有时你触碰到某物，比如一个锋利的边缘，它会格外醒目，告诉你方向正确，或许你已经找到了钥匙。我们的研究发现，本质上存在一个由目录中特定细胞组成的专用回路，我们称之为枢纽细胞。这些细胞帮助向大脑发出警示，表明你遇到了一个需要进一步探究的显著特征。
这些枢纽细胞的哪些方面让你感到意外？
我们已确定枢纽细胞对特征检测十分重要，而当环境发生变化时，它们的反应也颇为有趣。已知有一组特定基因对学习和适应能力至关重要，并且会根据环境变化而上升或下降。我们发现，这些基因在枢纽细胞中始终处于开启状态，这与一些现有原理相悖。当环境发生变化时，这些细胞会通过尝试补偿这些变化来做出反应。学习和适应能力，我们发现这些基因在枢纽细胞中始终开启，这与当前的一些原理相悖。当环境发生变化时，这些细胞会尝试补偿这些变化。
你的研究发现有何重要意义？
我们的研究发现与一系列神经系统疾病相关，例如中风，以及神经精神疾病，例如自闭症谱系障碍，这些疾病会改变个体的感知能力。与其将大脑视为同质化的组织，了解哪些特定细胞类型最为相关，将使我们能够开发出高度针对性的治疗方法。
这标志着在直接治疗特定症状的根本原因方面取得了令人振奋的进展，同时也有可能避免其他疗法和干预措施带来的不良副作用。当前脑部疾病疗法面临的一大难题是，它们不仅会影响目标回路，还会影响那些并不希望被干扰的其他回路。由于我们能够从基因层面对这些特定回路进行调控，这意味着未来有可能设计出仅作用于这些回路的靶向疗法。
在本研究中，你们是如何使用艾伦脑科学研究所的图谱的？
该图谱仅描述了神经元的分子组成，但并不一定说明神经元的功能或其所执行的计算。我的研究团队开发的技术利用了图谱提供的这一新信息，并增添了另一层信息，即细胞的活动模式。这使我们能够聚焦于图谱中的细胞，并以全面的方式研究其功能。因此，我们将其命名为“活动与细胞类型标记全面读取”（Comprehensive Readout of Activity and Cell type MarKers，简称CRACK），这一名称也是对“破解神经回路”（cracking neural circuits）的双关语。我们将CRACK平台应用于研究皮层中与触觉感知相关的特定部位。我们观察了图谱中的不同神经元在动物触碰其环境中的物体时如何处理信息并与其他神经元相互交流。我们还观察了当环境发生变化时，这些神经元如何适应。
我们的CRACK技术将为图谱2.0铺平道路，使研究人员能够收集大脑中所有细胞的分子信息和功能信息。人们可以开始应用该平台来理解小鼠大脑不同部位的工作方式。我们目前正转向研究与感觉记忆相关的另一大脑区域。
我们的总体目标是理解人类大脑，因此，目前在小鼠大脑中进行的大量图谱绘制工作，实际上只是为生成类似人类大脑图谱所做的试点。
是什么促使你想要研究这一问题？
我们实验室致力于研究知觉和认知的神经基础。大脑是人体中最复杂的器官。其复杂性部分体现在：大脑中数十亿个神经元并非完全相同。其中存在数十万种不同类型的神经元，分别承担不同功能并执行不同的计算。要真正理解大脑如何运作，我们需要将大脑解构为其各个组成部分，然后探讨这些组成部分如何在行为过程中相互作用。
你接下来希望研究什么？
基于我们的新技术和研究发现，我们正朝着多个方向推进。由目录中特定细胞类型组成的、用于神经元可塑性的专用回路这一概念——也就是我们研究中的意外发现——尤其引人关注。这是我们正在跟进的一个方向：我们特别关注大脑其他部位是否存在类似的回路，以及它们在学习、记忆过程中及随时间推移的运作方式。
本研究获得了美国国家卫生研究院新创新者奖、推进创新神经技术的大脑研究计划（BRAIN Initiative）以及美国国家精神卫生研究所的支持。
