Science | 为什么狗狗身上湿的时候会甩毛，神经科学家揭示哺乳动物甩水行为的秘密

文摘 2024-11-10 23:45 浙江

你见过狗狗洗澡后甩动身体的样子吗？

这种快速抖动不仅能甩掉身上的水珠，还能驱赶跳蚤等讨厌的"不速之客"。有趣的是，这种行为不只是狗狗的专利，几乎所有毛茸茸的哺乳动物，从猫咪到老虎，从小鼠到熊，都会这样做。这种行为在进化过程中得以保存，显然具有重要的生存价值。

当水滴、昆虫或其他刺激物落在动物背部时，由于位置特殊，它们既不能用爪子抓，也够不着用嘴舔，只能通过这种快速抖动来清除困扰。一直以来，这种看似简单的行为背后的神经机制却是个谜。

哈佛大学医学院等研究团队在 Science 期刊发表了一篇题为《体感：C-LTMR通过脊髓-臂旁通路诱发湿狗抖动反应》的研究论文。研究人员发现了哺乳动物甩动身体以清除水分和刺激物的神经机制，这种行为是由一种特殊的神经元（C-LTMR）通过脊髓-臂旁通路来控制的。也就是说，研究人员发现了一种特殊的触觉神经元，就像是皮肤上的"哨兵"，能够精确感知这些微小的刺激，并通过特定的神经通路指挥全身快速抖动。

研究团队采用了多种现代神经科学技术，包括基因编辑小鼠模型、钙离子成像、光遗传学刺激、电生理记录等方法。他们首先在小鼠背部投放水滴或油滴来诱发抖动行为，然后通过基因编辑特异性地操控不同类型的感觉神经元，并结合电生理记录来研究神经通路的连接。

精确的动作模式

研究团队首先详细记录了小鼠的抖动行为特征。当在颈部投放油滴时，小鼠会在约10秒内做出反应。这种抖动行为在第一分钟最为频繁，随后逐渐减少。每次抖动的频率高度一致，平均为19.12 Hz（标准差1.12），每次抖动包含3.10次（标准差0.31）完整的来回转动。有趣的是，这种反应在颈部比在背部更明显，而在大腿部位则完全观察不到这种行为。

机械感受通道的关键作用

为了确定触发这种行为的感觉类型，研究人员使用了Cdx2Cre;Piezo2fl/fl基因敲除小鼠。这些小鼠缺乏机械敏感离子通道Piezo2。结果显示，在这些基因敲除小鼠中，无论是水滴还是油滴都无法诱发抖动行为。然而，当注射冷感受体TRPM8的激动剂icilin时，这些小鼠仍然能够产生正常的抖动反应。这说明Piezo2通道特异性地介导了机械刺激引起的抖动行为。

感觉神经元的选择性激活

通过在体钙离子成像技术，研究人员观察了六种不同类型感觉神经元对油滴刺激的反应。结果发现，C-LTMR、Ad-LTMR和Ab SA1-LTMR这三类神经元对油滴刺激表现出明显的反应，而Ab RA-LTMR、MRGPRB4+和MRGPRD+神经元几乎没有反应。特别是，C-LTMR神经元表现出最持续和稳定的反应。

C-LTMR的因果关系验证

研究人员使用光遗传学技术，选择性地激活不同类型的感觉神经元。结果显示，只有激活C-LTMR神经元能够可靠地诱发抖动行为。更进一步，研究人员使用TAFA4-DTA小鼠特异性地消除了约92%的C-LTMR神经元，这导致油滴诱发的抖动行为减少了约50%。这些结果直接证明了C-LTMR神经元在这一行为中的关键作用。

神经通路的精确定位

最后，研究人员通过电生理记录发现，C-LTMR神经元与脊髓投射神经元（SPN）之间存在突触连接。当使用miniSOG蛋白抑制SPN在臂旁核的突触传递时，油滴诱发的抖动行为减少了约58%。同样，当用光遗传学方法抑制臂旁核时，不仅油滴诱发的抖动行为减弱，C-LTMR的光遗传激活诱发的抖动行为也被抑制。这些结果证实了C-LTMR-脊髓-臂旁核通路在控制抖动行为中的重要作用。

行为的特异性验证

值得注意的是，研究人员还进行了一系列对照实验。他们发现TAFA4-DTA小鼠在运动能力、平衡能力、冷感知、机械痛阈值等方面都表现正常。这说明C-LTMR神经元和相关通路特异性地控制抖动行为，而不影响其他感觉运动功能。

总结

这项研究首次阐明了哺乳动物甩动身体这一进化保守行为的神经机制，证实了C-LTMR神经元通过脊髓-臂旁通路控制这一行为。这一发现不仅解释了动物们为什么会本能地甩动身体来清除水分和刺激物，也为理解类似的防御性行为提供了重要的科学依据。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8834

撰文｜Coral

责编｜Asher

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