狗身體濕透后為什么會甩水？哈佛醫(yī)學院揭示“濕狗抖水”行為背后的神經(jīng)機制

在日常生活中，我們常常能看到狗狗從水中出來后會快速抖動身體，將身上的水甩掉，貓咪也會有類似的行為。這種可愛且有趣的“濕狗抖水”行為，不僅出現(xiàn)在狗狗和貓咪身上，在眾多毛發(fā)哺乳動物中都廣泛存在。當動物的背部毛發(fā)皮膚接觸到水或其他刺激物時，往往就會觸發(fā)這一快速振動身體的動作。

實際上，這是一種具有重要進化意義的行為，能夠幫助動物去除背部毛發(fā)皮膚上的水和刺激物，保持身體的干爽與舒適，是動物們在長期進化過程中形成的一種本能反應。不過，動物們?yōu)槭裁磿羞@樣的行為？它們的身體是怎么知道要抖水的呢？

近日，發(fā)表于《科學》雜志的一項研究中，來自哈佛醫(yī)學院的研究團隊針對于哺乳動物中常見的“濕狗抖水”行為展開了探究，發(fā)現(xiàn)這背后竟然隱藏著相當巧妙復雜的神經(jīng)機制。不僅如此，研究人員通過綜合運用多種先進技術手段，包括基因操作、電生理記錄、鈣成像以及光遺傳技術等，詳細解析了從皮膚感覺神經(jīng)元到大腦中樞的信號傳遞通路，最終解釋了這一機制是如何運行的。

研究人員首先嘗試了各種各樣的方法刺激小鼠，如讓小鼠在水里游泳、往小鼠身上噴水、在小鼠脖子上涂油滴、用風吹、用細毛觸碰，甚至給小鼠脖子打針。結果發(fā)現(xiàn)，這些刺激都能讓小鼠做出抖水的動作。

那么，小鼠為什么會因為這些刺激而抖水呢？是因為感覺到了機械刺激，還是別的原因呢？于是，他們通過基因操作特異性地刪除了小鼠身體上頸區(qū)以下背根神經(jīng)節(jié)（DRG）神經(jīng)元中的機械敏感離子通道Piezo2。實驗結果顯示，Piezo2突變體小鼠在面對頸部油滴或水浴刺激時，幾乎完全喪失了抖水行為。但是如果通過腹腔注射TRPM8冷敏感離子通道的激動劑icilin（給予其機械刺激），卻能在突變體和對照小鼠中同樣有效地誘發(fā)這一行為。這說明，小鼠抖水主要是因為感覺到了機械刺激，而且該刺激正是通過Piezo2通道來傳遞信號。

那么，機械刺激是如何進一步引發(fā)濕狗搖晃行為的呢？

事實上，哺乳動物的毛發(fā)皮膚由多種不同類型的初級體感神經(jīng)元支配，這些神經(jīng)元負責檢測和編碼各種環(huán)境刺激。為了找出介導機械誘發(fā)抖水行為的關鍵機械感覺神經(jīng)元，研究人員進行了體內(nèi)DRG鈣成像實驗。

他們聚焦于6種不同類型的DRG機械感覺神經(jīng)元，在將油滴應用于大腿毛發(fā)皮膚后，觀察這些神經(jīng)元的反應。結果發(fā)現(xiàn)，有3種神經(jīng)細胞（C-纖維LTMRs、Aδ-LTMRs和AβSA1-LTMRs）對油滴的反應很強烈，另外3種（AβRA-LTMRs和兩種C-纖維高閾值機械感受器）則沒什么反應。這就說明，前面那3種神經(jīng)細胞（即C-纖維LTMRs、Aδ-LTMRs和AβSA1-LTMRs）很可能就是讓小鼠抖水的“開關”。

為了確定到底是哪種神經(jīng)細胞能讓小鼠抖水，研究人員進一步采用了光遺傳技術，即在不同亞型的LTMRs中表達光激活陽離子通道ReaChR，并通過光照頸部或背部皮膚來激活這些神經(jīng)元，同時觀察小鼠的行為反應。

令人驚奇的是，當光照到C-LTMRs神經(jīng)細胞的時候，小鼠就開始抖水了，且與油滴誘發(fā)的反應類似。但是光照到其他幾種LTMRs神經(jīng)細胞的時候，小鼠卻沒有反應。這些結果充分表明，C-LTMRs在抖水行為的誘發(fā)中起著至關重要的作用。在人類中，這些受體與愉悅的觸覺有關，例如輕柔的擁抱或撫慰的撫摸。但在老鼠和其他動物中，它們起著保護作用：提醒它們皮膚上有東西，無論是水、灰塵還是寄生蟲。

那C-LTMRs神經(jīng)細胞又是如何讓小鼠的身體做出抖水動作的呢？

研究人員猜測，C-LTMRs神經(jīng)細胞可能會通過一個名為脊髓-臂旁（SPB）的通路，將信號從脊髓傳到大腦的一個地方（外側臂旁核），從而讓小鼠抖水。為了證明這個想法，研究人員再次進行了試驗。一方面，他們發(fā)現(xiàn)激活C-LTMRs神經(jīng)細胞能讓SPB通路里的神經(jīng)細胞產(chǎn)生反應，這就說明這兩個地方相連。不僅如此，當他們利用特殊的方法阻止了SPB通路傳遞信號時，結果小鼠抖水的次數(shù)就大大減少了。這就證明了，C-LTMRs神經(jīng)細胞的確是通過SPB通路誘發(fā)小鼠抖水行為發(fā)生。

可以看到，在抖水行為背后，CLTMR-SPB通路在這個行為中起著至關重要的作用，該研究不僅讓我們對動物的行為機制有了更深入的了解，也為研究其他類似的行為和神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供了新思路。