為什么我們能感受溫度和觸覺

■文/趙言昌

2021年的諾貝爾生理學或醫學獎結果揭曉，獲獎者是美國科學家戴維·朱利葉斯（左）和阿德姆·帕塔普蒂安（右），因為他們發現了溫度和觸覺的受體。那么，溫度和觸覺的受體是什么？為何如此重要呢？

笛卡爾的猜測

溫覺，就是感受冷、熱的能力；而觸覺，指我們感受觸碰等機械刺激的能力。這兩種能力，既不像閱讀那樣需要學習才能掌握，又不像視覺、聽覺有失去的可能。你可能見過失明、失聰的人，但你見過不能感受冷、熱的人嗎？

正因為如此，在很長一段時間里，人們根本沒有思考過溫覺，甚至懷疑溫覺的準確性。比如，古希臘的蘇格拉底認為，我們感受到的東西好比火把下的光影，只是一種幻覺罷了。

但是，誰能否認溫覺的重要性呢？如果沒有它，我們天冷的時候不會加衣，天熱的時候不會納涼，哪怕被火焰灼燒，也不知道疼，不懂得避開。所以，慢慢地，有人開始思考這個問題。

17世紀，法國哲學家笛卡爾提出了一個假說：我們的身體里有一些細細的線，它們的一頭連著皮膚，另一頭連著大腦。當我們觸碰火焰時，線便順勢收緊，拉動大腦里的警鈴：“保持距離，以免受傷！”

不得不說，這是一個非常容易理解的模型。問題在于：那些線在哪里?它們為何會收縮呢？

厄蘭格的驗證

以今天的眼光看，笛卡爾受到了時代的限制。幾百年前的人們不知道什么叫作神經系統，因而很難用實驗驗證自己的假說。

受到限制的，其實不止他一個。20世紀初，美國科學家約瑟夫·厄蘭格準備研究神經，卻被儀器問題難住了。實驗室里的儀器分辨率不足，只能一次觀察一大堆神經，而厄蘭格感興趣的是單個神經細胞的狀態。當時有家公司倒是有現成的儀器，可惜人家不賣。

無奈之下，他只好客串一回工程師，動手改進現有的儀器。這一改進，就改出了一個諾貝爾獎來——厄蘭格發現，神經以電流的形式傳遞信號，而且不同的神經有著不同的導電特性，有的導電快，有的導電慢。

從某種意義上說，厄蘭格證實了笛卡爾的猜測。在皮膚和大腦之間，確實有一些線，它們也的確會傳遞信號。只不過，這些線不是縫衣線，而是神經細胞，其傳遞信號的方式也不是依靠牽拉，而是依靠電流。

這又引出了一個問題：電流是從哪里來的呢？

笛卡爾的假設

薩克曼的發明

厄蘭格和他的實驗器材

找一根銅線，將7號電池與小燈泡連接起來，后者會發出亮光。也就是說，電荷在電路里的流動，形成了電流。

科學家發現，我們的神經細胞也帶有電荷，而且十分專一——細胞膜外側是鈉離子，內側是鉀離子。因此，從理論上說，只要鈉離子或者鉀離子穿越細胞膜，流動起來，就會形成電流。

這可真是奇怪！想一想腌黃瓜，將新鮮的黃瓜丟入鹽水里，過不了多久，黃瓜便會縮小，吃起來也有咸味。這說明，水分從黃瓜內部流到了外部，食鹽里的鈉離子則進入黃瓜內。

膜片鉗

我們的細胞為什么能把鈉離子擋在外面呢？無數科學家為此撓破頭皮，一直到20世紀70年代，德國科學家伯特·薩克曼發明了一種新的裝置：膜片鉗。

膜片鉗的使用方式與顯微鏡有點像。使用顯微鏡時，我們首先要從研究目標上切下一小塊，制成標本，然后將標本放到顯微鏡下，依靠顯微鏡的放大能力進行觀察。膜片鉗可以看作一把很小的鉗子，科學家用它揪住細胞的一角，而后放大這一角的電流，觀察其中的規律。

結果呢？科學家發現，細胞膜上有許多“小門”，它們十分挑剔，有的只對鈉離子開放，有的只對鉀離子開放，因而形成了鈉離子聚集在細胞膜外的獨特現象。

朱利葉斯的突破

這些“小門”，今天稱之為離子通道，有著極其重要的生理學意義。所以，薩克曼也拿到了一個諾貝爾獎。

有了膜片鉗之后，科學家發現了各種各樣的離子通道。等到20世紀90年代，戴維·朱利葉斯開始猜測，冷、熱感覺會不會跟離子通道有關呢？

離子通道，說白了，是一種特殊的蛋白質。爸爸媽媽整天說：“要多吃一點兒蛋白質?！逼鋵?，不管什么樣的蛋白質，都會被消化系統拆解為氨基酸，被吸收到我們體內。隨后，這些氨基酸會在基因的指揮下，重新組成人體需要的各種蛋白質。

戴維·朱利葉斯

阿德姆·帕塔普蒂安

哈洛

考慮到這個過程，朱利葉斯決定從遺傳基因入手。他篩選出數以百萬計的遺傳基因片段，讓它們合成各種各樣的蛋白質，隨后用辣椒素刺激它們。辣椒素來自辣椒——你肯定吃過辣椒，那玩意兒不僅吃著辣，抹到皮膚上也十分不舒服，對不對？

朱利葉斯發現，有些基因編碼的蛋白質對辣椒素十分敏感。進一步的研究顯示，這種蛋白質其實是一種新型的離子通道：TRPV1。

TRPV1十分特別，它會被溫度、辣椒素等因素激活，進而引起特定離子的跨膜運動。接下來，就是剛才講過的了，離子的跨膜運動引起電流，電流沿著神經細胞傳導，一直進入大腦里，引起對應的感覺。

這就……結束了？

在此之后，朱利葉斯和帕塔普蒂安各自獨立地發現了TRPM8。其作用恰恰與TRPV1相反，它會被冷和薄荷激活，進而產生寒冷的感覺。這就是為什么花露水可以帶來清涼感，因為花露水里含有薄荷。

好了，問題解決了，不是嗎？

其實還沒有。一方面，離子通道仍然藏著許多秘密，比如說TPRC1似乎與哮喘有關，其機制仍然需要更多的探索；另一方面，溫度感知不僅對生存至關重要，而且似乎參與我們的精神世界。

20世紀中葉，美國心理學家哈洛用鐵絲、毛巾、硬紙板等東西，為小猴子制作了兩位“母親”。其中一位藏有奶瓶，另一位腹內空空，卻十分溫暖。以常理而言，小猴子會選擇前者，“人是鐵飯是鋼”嘛！出乎意料的是，它們更愿意在后者身邊待著。類似的現象，在我們身上也存在。比如，我們會用“熱情”“冰冷”來形容一個人，而母親通常是“溫暖的”。

為什么呢?溫度對我們的精神世界有著怎樣的作用？也許，這又是一場百年接力的探索吧!