Nature：新研究确定将舌头引导到触觉目标的神经通路

阅读早间新闻时嚼面包圈，开车时说话，移开卡在两颗牙齿之间的食物：在这些和其他任务中，舌头和大脑在没有意识的情况下协调复杂的动作，但大脑中的确切途径在很大程度上尚未被探索。

如今，在一项新的研究中，来自康奈尔大学的研究人员确定了小鼠用来将舌头引导到触觉目标——上丘（superior colliculus）的神经通路，其中上丘是灵长类动物（包括人类）用来将目光引导到视觉目标的大脑区域。人类很可能使用相同的神经通路进行触觉引导的舌头控制。相关研究结果于2025年1月1日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“A collicular map for touch-guided tongue control”。

论文通讯作者、康奈尔大学艺术与科学学院神经生物学与行为系教授Jesse Goldberg说， “运动控制的本质是实时监测行为，以进行所谓的在线调整。这些调整是非常自动的，但在各种疾病中都会出错。”

Goldberg说，“如果你从人类舌头上去除触觉反馈，言语就会变得含糊不清，吞咽也会变得混乱。事实上，帕金森病、肌张力障碍或肌萎缩侧索硬化症等神经系统疾病的头号死亡原因实际上是吸入性肺炎。因为舌头控制不佳，你不能很好地处理食物和水，不小心吸入了它们。”

Goldberg说，识别这种神经通路代表了治疗神经系统疾病的进展。论文第一作者是康奈尔大学艺术与科学学院神经生物学与行为研究员Brendan Ito和神经生物学与行为博士生Yongjie Gao。

触摸制导的重新引导不依赖于水的分配

Ito说，大脑的大部分时间都用于在线运动控制任务，比如咀嚼和不看就伸手去拿杯子。但触觉反馈，包括来自舌头的反馈，在很大程度上尚未被探索，因为很难观察到。包括高速摄像头和机器学习在内的新技术使得科学家们能够建立新的联系。

几年前，包括Ito和Goldberg在内的康奈尔大学研究人员开发了一种研究小鼠现场运动控制的技术，该技术通过关注小鼠舔喷水口时的舌头来实现（Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-03561-9）。在2021年的一项研究中，Ito注意到，小鼠使用了如此微妙的触觉反馈事件——轻轻刷一下舌头的侧面——当他在毫秒级的时间尺度上观察它们时，它们的舌头似乎在智能地移动。

Ito说，“小鼠会一次又一次地舔舐，每次舔舐六到八下。在这些较新的实验中，我们将喷水口移动到它们的左侧或右侧。小鼠看不到喷水口，因此它们必须依靠猜测，以及猜测结束时的触觉反馈，以确定喷水口在空间中的位置。”

通过使用微小的舌头触觉反馈，小鼠会重新调整下一次舔舐的方向以找到喷水口，类似于一个人用小指抓住杯子的方式。Ito及其团队通过使用深度学习算法来分析以每毫秒两幅图像拍摄的数小时视频片段，从而确定了这一点。

下一个问题就是小鼠的大脑是如何解决这个问题的？

Ito说，使用光遗传学（用光灭活特定的大脑区域），他们惊讶地发现，大脑的额叶皮层区域——以小鼠的舌头控制而闻名——根本不需要重新引导舌头来应对触摸。相反，“我们发现的热点，即这些触觉反馈校正真正需要的区域，是上丘，其中上丘以参与视觉引导的眼球运动而闻名”，比如转头看鸟。

Ito说，上丘表面有一张视野图。这一新发现表明，它也包含了舌头表面的地图。

Goldberg说，“这不是直觉。当你移动舌头时，你不会认为你是在重新利用视觉引导眼球运动的回路。但事实证明，在小鼠中，这是一个非常保守的大脑结构。通常在小鼠中发现的这种水平的东西也会延伸到人类身上。”

这一发现还为研究语音（触摸引导舌头控制的另一种复杂用途）以及人工智能机器人开辟了研究渠道，而人工智能机器人的发展受到简单人类或动物手势的巨大计算复杂性的阻碍。

受到这项研究的启发，来自约翰霍普金斯大学的一个研究小组目前正在狨猴身上测试这种联系，看看它是否会在灵长类动物身上延续。Goldberg实验室的研究支持专家Brian Kardon也为这项研究做出了贡献。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Tejapratap Bollu et al. Cortex-dependent corrections as the tongue reaches for and misses targets. Nature, 2025, doi:10.1038/s41586-021-03561-9.