一盤西瓜,一盤苦瓜,你選擇吃哪個?我相信絕大多數(shù)人都會毫不猶豫地拿起西瓜,大快朵頤。
甜與苦,是兩種極端的味覺體驗。潛意識中,甜總讓我們想到糖,是能量的來源,不由得多吃一口;而苦則可能與毒素相關,讓人避之不及。這種與生俱來的“趨利避害”在長久的演化中產(chǎn)生,并深植于我們的基因當中。
味覺感受究竟是如何傳到我們的大腦,我們又是如何在大腦的指導下產(chǎn)生喜歡或是厭惡的呢?
味覺門戶——味蕾
這要從味覺傳輸?shù)钠鹗颊菊f起。
食物進入口腔后,首先接觸的就是舌頭。舌頭表面并不光滑,而是由成千上萬個小突起——舌乳頭構成。部分舌乳頭中有形狀像洋蔥一樣的味蕾,里面含有50~100個味覺受體細胞和它們的支持細胞。味覺受體細胞表面不同的受體或離子通道使得它們可以感受到不同的基本味道(酸、甜、苦、咸、鮮),而且每一種味覺受體細胞僅能感受到其中一種味道。
舌和味蕾的結構圖 | 參考文獻[5],作者漢化
或許你曾見過舌頭味覺地圖,上邊標注著舌頭尖部感受甜,根部感受苦味,舌頭兩側則感受酸味和咸味。然而多年的研究積累證明,這張“經(jīng)典”的味覺地圖是錯誤的,由于每個味蕾中雜居著不同種類的味覺受體細胞,這就使得舌頭的每個部位其實都可以感受到不同的味覺[1]。
當食物中含有風味的化學物質與味覺受體細胞上的受體結合以后,味覺信號就會變身電信號,通過與味覺受體細胞相連的神經(jīng)傳入,經(jīng)過幾個信號中轉站,最終到達大腦。
味覺信號的傳輸路線 | 參考文獻[6],作者漢化
味覺傳輸專線
既然味蕾中同時存在多種味覺受體細胞,那么在信號上傳途中,各種味道也擁有自己的專屬通道嗎?
經(jīng)過大量實驗后,科學家們發(fā)現(xiàn),不同味覺信號的確擁有著自己的專屬傳輸通道;不同種類的神經(jīng)纖維對不同的味覺產(chǎn)生最佳響應,比如有對甜味最敏感的“甜味信號最佳輸送纖維”、對咸味最敏感的“咸味信號最佳輸送纖維”等等。他們還發(fā)現(xiàn)神經(jīng)信號的第一個中轉站——神經(jīng)節(jié),超過半數(shù)也是不同味道的專屬中轉站[2]。
拿甜味來舉例,甜味物質被味蕾中的甜味味覺受體細胞感受到,通過相連的甜味專屬傳入神經(jīng)將信號傳到甜味神經(jīng)節(jié)。
接下來,這些來自外周、不同味覺產(chǎn)生的神經(jīng)信號就要進入中樞神經(jīng)系統(tǒng),它們在位于腦干的第二個信號中轉站——掌管味覺的孤束核匯總,再經(jīng)過一級神經(jīng)元的中轉,最終抵達大腦的味覺皮質。不同味道在味覺皮質也有自己的專屬熱點:2011年,美國哥倫比亞大學的查爾斯·扎克(Charles S.Zuker)教授團隊的科學家們發(fā)現(xiàn)給予小鼠不同的味覺刺激后,可以在大腦皮質中找到不同的活躍熱點,而它們彼此間是獨立的。
就像下圖中的甜味皮層熱點區(qū)域,遍布了大量被甜味激活的神經(jīng)元(綠色),但在同一塊區(qū)域,僅有極少數(shù)的神經(jīng)元會被苦味(紅色)和酸味(藍色)激活。同樣,在鮮味皮層熱點也鮮有甜味和咸味神經(jīng)元(橙色)的出現(xiàn),甜味和苦味神經(jīng)元也很少出現(xiàn)在咸味皮層熱點。
各種味道在味覺皮層具有專屬熱點 | 參考文獻[3],作者漢化
而味覺在孤束核的傳導卻仍是團迷。
2021年1月,查爾斯·扎克教授團隊發(fā)表在《細胞》雜志上的一項研究,為我們揭開了其中的奧秘[4]。
科學家們給予小鼠不同的味覺刺激,并記錄下孤束核神經(jīng)元的活動,發(fā)現(xiàn)對五種基本味道應答的神經(jīng)元在孤束核都能找到。其中一種神經(jīng)元表達生長抑素(Sst),對苦味產(chǎn)生應答;而另一種表達鈣結合蛋白2(Calb2)的神經(jīng)元則對甜味情有獨鐘。
這兩種神經(jīng)元將不同的味覺信號發(fā)送至大腦,大腦就會產(chǎn)生相應的好惡,從而影響我們對不同味道食物的態(tài)度。在動物實驗中,小鼠在遇到甜水時,會不停地舔舐實驗水槽,而嘗到苦味物質后,舔舐的次數(shù)則大大降低??茖W家們發(fā)現(xiàn),如果直接激活Sst神經(jīng)元,小鼠就像真的喝到了苦水一樣不再舔水槽;而選擇性地去除這種神經(jīng)元,小鼠則不會再躲避苦水了,甚至主動地喝起來。當科學家們直接激活小鼠的Calb2神經(jīng)元,它們舔著白開水也如飲蜜糖;而失去這種神經(jīng)元的小鼠即使面對甜水,也完全喪失了興趣。
快樂小甜水 | Pixabay
甜苦之爭
有意思的是,實驗中給予小鼠苦味和甜味混合水的時候,苦味可以壓倒甜味,引起小鼠厭惡的表現(xiàn)。這又是為什么呢?
科學家們發(fā)現(xiàn),苦味能讓小鼠對甜味的感受能力減弱,而發(fā)出這個指令正是苦味信號上傳的終點——大腦的苦味皮層。在大腦接收到苦味信號之后,它會反饋給孤束核,促進激活苦味Sst神經(jīng)元,抑制甜味Calb2神經(jīng)元。這就導致,小鼠在同時嘗到苦味和甜味的時候,即使甜水的濃度與單獨吃甜時相同,它實際能感受到的甜度已經(jīng)大大降低了,而感受到的苦味卻得到了完整的保留。
這種自上而下的指揮系統(tǒng)幫助小鼠躲避苦味甜味混合水?;蛟S在野外,這種深植在神經(jīng)系統(tǒng)當中天生的反應,也能幫助動物們有效地甄別出有毒食物,避免誤食。
下一次,再遇到一塊甜到發(fā)齁的甜點,或許配上一杯咖啡或濃茶是個不錯的選擇。因為在飲品苦味的作用下,大腦能幫我們降低甜品的甜度。
參考文獻
[1]https://theconversation.com/that-neat-and-tidy-map-of-tastes-on-the-tongue-you-learned-in-school-is-all-wrong-44217
[2]Ohla, Kathrin, et al. "Recognizing taste: Coding patterns along the neural axis in mammals." Chemical senses 44.4 (2019): 237-247.
[3]Chen, X., Gabitto, M., Peng, Y., Ryba, N. J., & Zuker, C. S. (2011). A gustotopic map of taste qualities in the mammalian brain. Science, 333(6047), 1262-1266.
[4]Jin, H., Fishman, Z. H., Ye, M., Wang, L., & Zuker, C. S. (2021). Top-Down Control of Sweet and Bitter Taste in the Mammalian Brain. Cell, 184(1), 257-271.
[5]舌乳頭圖源:By OpenStax https://cnx.org/contents/FPtK1zmh@8.25:fEI3C8Ot@10/Preface, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30147989;味蕾圖源:By NEUROtiker - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4145397
[6]Bonny, J. M., Sinding, C., & Thomas-Danguin, T. (2017). Functional MRI and sensory perception of food. Modern Magnetic Resonance. Cham: Springer International Publishing, 1-20.
作者:郭懌暄
編輯:悲催的鉈寶寶 酥魚
排版:洗碗
來源:我是科學家iScientist
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