Vår fantastiske følesans, forklart av en nobelprisvinner

समस्या दूर करण्यासाठी आमचे इन्स्ट्रुमेंट वापरुन पहा

Hvordan føler du deg – bokstavelig talt? Nobelprisvinneren Ardem Patapoutian forklarer den taktile vitenskapen om sensasjon.

To personer sitter på en sofa med hendene i kontakt. Davin G Photography/Getty Images

Før 2010 visste forskerne svært lite om hvordan følelsen av berøring begynner sin reise inn i en persons bevissthet. De visste at nerveender hjelper til med å bringe budskapet fra ulike deler av kroppen til hjernen. Men de visste ikke hva slags reseptor på nerveenden som får meldingen til å brenne - for eksempel når en person berører en isbit eller legger en hånd på en varm komfyr. Man kan si at forskere forsto ledningene, men ikke lysbryteren.

Så kom Ardem Patapoutian .

I 2010, Patapoutian og hans kolleger ved Scripps Research Institute oppdaget proteinene som fungerer som to typer brytere - proteiner kalt Piezo1 og Piezo2 (piezo er gresk for verbet å trykke). Denne uken, Patapoutian delte en nobelpris med David Julius, som på samme måte oppdaget hvordan opplevelser av varme og kulde kommer inn i vår bevissthet.

Hos pattedyr som mennesker overfører piezo-reseptorer mekaniske sensasjoner til nervesystemet. Når celler som inneholder disse piezo-reseptorene strekkes, åpner reseptorene seg, slipper inn ioner (ladede partikler) og setter i gang en elektrisk puls.

Men hver type reseptor har en litt annen bruk. Piezo1 er en del av kroppens innebygde blodtrykksovervåkingssystem, så vel som andre interne systemer som er avhengige av trykkføling. Piezo2, på den annen side, er den viktigste mekanosensoren for berøring og propriosepsjon, fortalte Patapoutian meg i 2019.

Det vil si, uten Piezo2 kunne vi ikke føle en annen persons hånd gresse vår egen.

Propriosepsjon, som også er avhengig av Piezo2, er mindre kjent enn berøringssansen, men det blir noen ganger referert til som kroppens sjette sans. Det er vår følelse av hvor kroppene våre er i tredimensjonalt rom.

NobelPrize.org

Det er lettere å forklare propriosepsjon med en demonstrasjon. Hvis du setter en kopp ut foran deg og deretter lukker øynene, kan du fortsatt finne koppen med hånden. Propriosepsjon er det som styrer din intuisjon om hvor langt du skal bevege hånden og i hvilken retning.

Det er virkelig fascinerende at vi ikke er klar over det, sa Patapoutian om propriosepsjon under et 2019-intervju med Vox. Når jeg holder forelesninger, selv for studenter eller hovedfagsstudenter, spør jeg noen ganger: Hvor mange kjenner til propriosepsjon? Selv spesialiserte biologer vet ofte ikke noe om det.

Jeg snakket med Patapoutian for en historie om folk som er savnet Piezo2-reseptorer i kroppen på grunn av en genetisk arv. Når de lukker øynene, er det som om jeg er fortapt, fortalte en av dem. Med lukkede øyne kan de ikke strekke seg etter koppen foran seg. De aner ikke hvor det er. De aner ikke hvor armene deres er i verdensrommet.

Patapoutian hjalp meg å forstå at den menneskelige berøringssansen inneholder mengder – og til i dag forstår ikke forskere det helt. Men etter hvert som forskere lærer mer om berøringsreseptorer, finner de også ut hvordan de kan ta seg av en kropp som har det vondt.

Denne samtalen, som fant sted i 2019, er redigert for lengde og klarhet.

Brian Resnick

Hva er berøringssansen?

Ardem Patapoutian

Vi tenker på de fem sansene: syn, lukte, smak, hørsel og berøring. Hvis du virkelig begynner å grave dypt inn i kontakten, er det så annerledes enn resten av sansene.

Når du snakker om berøring, er det så mange modaliteter for det: Det er forskjellige fysiske krefter vi føler, som temperatur og mekanisk kraft. Det er kløe. Det er dette [spekteret] av behagelig berøring til skadelig til smertefull.

Det er et veldig komplekst system. Avgrensningen av når behagelig berøring slutter og smertefull berøring starter, er faktisk veldig fleksibel. Hvis du for eksempel blir solbrent, blir den samme mengden berøring som kunne vært behagelig smertefull.

Alt jeg snakket om er følelse på huden.

Igjen, hvis du legger på toppen av det propriosepsjon og indre organfølelse, er det en veldig komplisert følelse som vi egentlig ikke forstår. Det er ingen fullstendig, godt omforent terminologi engang for å beskrive klart hva vi mener med berøring og somatosensasjon.

Brian Resnick

Hvordan er propriosepsjon relatert til berøring?

Ardem Patapoutian

Propriosepsjon er avhengig av at sansesystemet ditt oppdager muskelstrekk. Når den muskelen blir strukket, kan disse nerveendene som er viklet rundt den føle det. Piezo2 sitter faktisk rett ved endene av disse nervene, der [de] vikler seg rundt muskelen.

Når du lukker øynene og berører nesen, hvordan gjør du dette? Hva er informasjonen du baserer dette på? Det handler om å lære, etter hvert som du vokser opp, å føle hvor mye hver av disse musklene blir strukket når du gjør disse komplekse bevegelsene av hånden din. Fra det vet du nøyaktig hvor ting er.

Noen ganger kaller folk det muskelminne. Det er faktisk for det meste disse proprioseptive nevronene som gir deg denne forståelsen av hvor lemmene dine er sammenlignet med kroppen din - ganske enkelt fra å oppdage hvor mye sener og muskler strekkes.

Brian Resnick

Berøring og propriosepsjon bruker samme reseptor: Piezo2. Men alle de andre følelsene du beskrev - temperatur, kløe, smerte - kommer alle inn i oss gjennom forskjellige reseptorer? Er det slik at alle disse forskjellige typene berøringsfølelser har et annet spesifikt molekyl som er ansvarlig for dem?

Ardem Patapoutian

Absolutt, molekylene er forskjellige. Det finnes temperatursensorer i svært forskjellige temperaturområder. Kulde, varme, varme er alle forskjellige.

Fra 2000 til 2010 studerte laboratoriet mitt temperaturfølelse. Vi identifiserte for eksempel den første kaldaktiverte ionekanalen. Det endte opp med å også være reseptoren for mentol. Hver gang du bruker en av disse tyggegummiene eller tannkremene som gir den avkjølende følelsen i munnen, kaprer den den kaldaktiverte kanalen.

Brian Resnick

Er målet å prøve å finne sensoren som er ansvarlig for hver sensasjon?

Ardem Patapoutian

Ja. Det som ser ut til å ha fungert er å starte med en veldig reduksjonistisk tilnærming, i betydningen å finne sensoren.

Brian Resnick

Er noen av disse sensorene fortsatt unnvikende?

Ardem Patapoutian

Absolutt. Uten Piezo2 har du ikke berøring, du har ikke propriosepsjon. Imidlertid er akutt berøring - hammeren som treffer fingeren din, en slags følelse - identiteten til disse ionekanalene som står for akutt smerte er fortsatt ukjent.

Brian Resnick

Jeg vet ikke om dette kommer mer inn i filosofi enn vitenskap, men er vi bare summen av alle disse inputene?

Ardem Patapoutian

Jeg tror det klare man må innse er at sensorisk biologi ikke forteller oss om virkeligheten. Det er representerer virkelighet.

[Virkelighet er] veldig relatert til disse sansene. Men det er det jeg vil understreke - det er en slags tilnærming. Vi tolker verden i henhold til hvilke sansesystemer vi har.

Hjelp oss å utforske det ukjente

Hva med vår verden har alltid gjort deg nysgjerrig? Fyll ut dette kort Google-skjema , og vi kan se nærmere på spørsmålene dine for en fremtidig episode av Uforklarlig , vår nye podcast om de mest fascinerende ubesvarte spørsmålene innen vitenskap.

Brian Resnick

Jeg tenker på propriosepsjon. Jeg så noen uten Piezo2-reseptorer prøve å berøre en ball på et bord foran henne med lukkede øyne. Og hun klarte det ikke. Jeg spurte henne, hvordan føles det når øynene dine er lukket? Og hun sa: Det er som om jeg er fortapt.

Så prøvde jeg å tenke hva jeg føler når jeg lukker øynene og kan fornemme plasseringen av gjenstander rundt meg. Og jeg har ikke et ord for det.

Ardem Patapoutian

Det er bevissthet. Det er det jeg stadig går tilbake til.

Brian Resnick

Er det bare ren bevissthet? Er det bare bevissthet?

Ardem Patapoutian

Jeg tror jeg ville fått problemer hvis jeg ringte propriosepsjonsbevissthet. Men jeg tror faktisk, på det mest grunnleggende nivået, krever et fysisk aspekt av bevisstheten propriosepsjon.