私たちはしばしば、輝かしい景色、感動的な音、刺激的な匂いなど、私たちの周りの世界を高く評価しています。これらはすべて、重要な刺激や環境の変化を示しています。しかし、体性感覚と呼ばれる知覚の一形態である、熱、冷たさ、触覚を感知する能力など、私たちの生存にとってそれほど重要ではない感覚は、当然のことと見なされることがよくあります。それらのおかげで、私たちは太陽の暖かさ、そよ風が肌にやさしく撫でるのを感じ、自分の体の位置や動きを感じることができます。実際、これらすべての感覚を可能にする体性感覚ニューロンは、哺乳類で最大の感覚系を構成しています。
科学者たちは、体性感覚が発生するためには、温度と接触を検出できる分子受容体がいくつかの細胞に存在し、それらの刺激を電気的および化学的信号に変換して神経系が処理できるようにする必要があることを知っていました.これらの受容体のいくつかの発見により、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の生理学者であるデイビッド・ジュリアスと、ラホーヤにあるスクリプス研究所の分子生物学者および神経科学者であるアルデム・パタポウティアンは、2021 年のノーベル生理学・医学賞を受賞しました。 .
ジュリアスと彼の同僚は、熱と痛みの受容体に関する質問から始めました。答えを見つけるために、彼らはカプサイシンに目を向けました。カプサイシンは、唐辛子やその他の辛い食べ物を食べると、灼熱感や時には痛みを伴う感覚を引き起こす化合物です.発汗を含む化学物質に対する私たちの生理学的反応に基づいて、カプサイシンは神経系に体温の変化を記録するように誘導しているように見えました.その方法を解明するために、ジュリアスと彼のチームは、何百万もの DNA 断片をスクリーニングして、通常はまったく反応しない細胞内で化合物への反応を誘発できる遺伝子を探しました。ノーベル賞委員会が「リスクの高いプロジェクト」と呼んだ骨の折れる調査の後、研究者たちは、細胞がカプサイシンを感知できるようにする遺伝子を特定しました。これは、後に TRPV1 と呼ばれる新しいイオン チャネル タンパク質をコードしており、Julius と彼のチームは、痛みを伴う高温によって活性化される可能性があることを発見しました。
彼らの発見は、高温と低温の両方の温度に敏感な他のいくつかの受容体の同定への扉を開きました.たとえば、TRPM8 は低温に反応する皮膚の受容体です。刺激としてメントールを使用した実験を通じて発見されました。 (Julius と Patapoutian の研究室は、2002 年に独自に TRPM8 を発見しました。)
クォンタ マガジン ジュリアスとパタポウティアンが今日表彰されている暑さと寒さの体性感覚に関する研究については以前より詳細に取り上げています.
しかし、体性感覚は温度の知覚だけに関するものではありません。また、触覚や機械的圧力の知覚にも関与しています。温度は、細胞の生理学的変化を追跡するイオン チャネル受容体によって変換される可能性がありますが、接触には、機械的刺激に反応するセンサーが必要なようです。機械的センサーはバクテリアで確認されていましたが、20 年前には脊椎動物では見られませんでした。
圧力の変化に反応する細胞を特定した後、彼らはその感受性を促進するイオンチャネル受容体をコードする可能性のある72の潜在的な遺伝子を特定しました。それらの遺伝子のうち、彼らが見つけたのはたった 1 つ — 彼らがテストした最後の候補 — でした。これは、機械的な力によって活性化される可能性のある新しいイオン チャネル タンパク質 Piezo1 をコードしていました。
Patapoutian と彼のチームは、そのタンパク質ファミリーの別の受容体である Piezo2 が、触覚の知覚と体の動きの感知において重要な役割を果たしていることを実証しました。それ以来、さらなる研究により、Piezo1 と Piezo2 の両方が、呼吸や血圧を含む他のさまざまな内部プロセスの調節に必要であることが示されています.
科学者たちは、ジュリアスとパタポウティアンの研究に基づいて研究を続けており、外部と内部の両方の環境を私たちがどのように感じているかを解明するだけでなく、慢性疼痛を含むさまざまな状態の薬や治療法を開発することを期待しています.
体性感覚とは?
視覚、聴覚、嗅覚、味覚、触覚の五感についてよく話します。しかし、感覚のカテゴリーとして、触覚は非常に広いので、実際には複数のものとして扱われるべきです.触覚は体と脳の体性感覚システムの 1 つの構成要素にすぎず、温度、痛み、体位、自己運動の知覚も含まれます。
暑さや寒さを感じる能力、触れるだけで物を認識する能力、痛みに反応する能力、梁の上でバランスを取る能力など、これらはすべて体性感覚の傘下にあります。体性感覚系は、血圧、呼吸、排尿、骨のリモデリングなど、多くの重要な内部生理学的プロセスの調節にも役立ちます.
体性感覚は他の感覚とどう違うのですか?
他の感覚の受容体の大部分は、特殊な感覚器官に見られます。視覚は目の網膜、聴覚は耳の蝸牛、嗅覚は鼻、味覚は舌です。しかし、体性感覚受容体は体全体に見られます:皮膚、筋肉、内臓、骨、関節、その他のシステムです。
体性感覚システムをさらに複雑にしているのは、強度が段階的であるが、時にはその効果がはっきりと区別される感覚を区別する必要があることです.さらに、これらのしきい値は状況によって変化する可能性があります。日焼けした場合、軽いタッチは不快または痛みを感じる可能性があり、同じ刺激に対する私たちの経験は、さまざまな社会的設定で同様に変化する可能性があります.体性感覚システムは、何が起こっているのか、どのように反応するのかを正しく解釈するために、さまざまな信号を統合する必要があります。
体性感覚受容体はどのように機能しますか?
Julius と Patapoutian の研究が示しているように、体性感覚受容体はイオンチャネルです。ある程度の温度や物理的な力、または化合物によって刺激されると、チャネルが開き、荷電粒子が神経細胞に流れ込み、神経細胞が電気信号の形で体性感覚情報を伝達できるようになります。
体性感覚の 1 つのカテゴリ内でも、さまざまな受容体がさまざまな刺激セットに反応します。特定の範囲の温度に対して異なる受容体があります。鋭い痛みと鈍い痛みの受容体。穏やかなタッチまたは急速な振動またはしっかりとした圧力。さらに、筋肉や腱がどのように収縮したり伸びたりするかを調整する人もいます。
体性感覚の印象は、体内の他のプロセスにどのように影響しますか?
体性感覚受容体からのさまざまな情報の流れは、末梢神経に沿って、脊髄と脳幹を通って視床に中継され、最終的には体性感覚皮質に中継され、そこで私たちが経験する複雑な知覚に統合されます。
体性感覚信号は、さまざまな内部生理学的プロセスの調節に関与していますが、脳にもフィードバックして、知覚と認知に影響を与えます。たとえば、心拍に関する情報は、脳が血圧レベルを調整するのに役立つだけではないことを研究者は発見しました。また、脳が恐怖を含む外的および感情的な刺激を処理する方法にも影響し、したがって、私たちが周囲の世界をどのように認識して反応するかにも影響します.肺、腸、その他の臓器からの信号についても同じことが言えます。信号は両方向に重大な影響を及ぼします。一部の研究者は現在、体性感覚信号が意識的な自我の感覚の根底にある可能性があるかを調査しています.
痛みはどうですか?
さまざまな種類の体性感覚情報はすべて、日々の活動と生存に不可欠ですが、痛みへの関与は重要性が際立っています。すぐに注意を引き、外部と内部の両方の潜在的な危険を警告するのは痛みの仕事です.自由神経終末は、炎症を起こした組織や損傷した組織から放出される化学物質、または私たちが痛みを感じる極端なレベルの機械的力に反応します.さまざまな受容体が痛みの種類を区別します:鋭いまたはつまむ、鈍いまたはうずく.
しかし、体性感覚情報が正常に処理されない場合、特定の刺激に対する過敏症や、慢性的な痛みにさえつながる可能性があります。研究者たちは、ジュリアスとパタポウティアンが特定したような受容体を標的とすることで、そのような状態の治療法と治療法を開発したいと考えています.
編集者注:David Julius は
