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為什麼搔癢讓我們發笑?科學家搔癢大鼠解開千年謎題

編譯/Gilver

什麼!幫老鼠搔癢也能寫成一篇期刊文章,還是刊載在無數科學家眼紅的《科學》(Science)期刊上?

是的你沒看錯,確實就是幫老鼠搔癢。科學家發現,大鼠在搔癢得宜的情形下,會發出大鼠版的高頻「笑聲」,同時大腦的神經元也隨之活化,指引他們找出了怕癢的神經中樞。而且,這套研究模式還提供了神經學及心理學研究一把鑰匙,通往未來研究神經迴路和反饋情緒的新途徑。

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搔癢對於親暱的人來說,是個能夠快速讓他大笑的方法!Photo credit: Dorothy Moerlein@Flickr

搔癢癢,學問大

你身邊一定有幾位特別怕癢的朋友吧!無論是嬰兒、青少年或成人,甚至是貓狗一類的小動物,只要你技術夠好,大多都能夠用搔癢(tickle)取悅他們,甚至讓他們笑著求饒。搔癢雖然聽起來是個稀鬆平常的事情,卻是個充滿許多有趣科學問題的行為:

為什麼搔癢會讓我們發笑?為什麼搔癢還要看心情?為什麼有些人超怕癢,有的人再怎麼搔他們都不動如山?為什麼身體有些部位特別怕癢?為什麼我們無法搔自己癢?搔癢的發笑和我們感到開心而笑有什麼不一樣?

這些關於搔癢的問題,科學家其實已經好奇很久了,其中甚至包括一些鼎鼎大名的人物,像是兩千年前的亞里斯多德(Aristotle),以及年代離我們稍微比較近的培根(Francis Bacon)和達爾文(Charles Darwin)。雖然許多人都有類似的疑惑,但具體的科學研究方法卻遲到千年,直到 2016 年 11 月的《科學》期刊才終於跟大家見面——方法就是,建立一套大鼠的研究機制。

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哈哈,哈哈哈,不要這樣嘛!討厭啦~~(設計對白)Photo credit: Heidi Terese@Flickr

嚴格來說,研究搔癢和人類為什麼怕癢並不是件吃飽沒事幹才去做的研究題目,它可是神經學和心理學的重要基礎研究——因為精神分裂症(或稱為「思覺失調」,schizophrenia)的患者,就能夠替自己搔癢癢。本篇研究作者之一、同時也是搔大鼠癢癢的行家,德國洪堡大學的神經學家石山晉平(Shimpei Ishiyama)更指出,搔癢和我們之所以能夠嬉戲、並且為此感到愉悅的原因相互關聯。

「神經學家很著迷於像是憂鬱、焦慮的研究,正面情緒的研究還真少見!」石山博士說道。

搔大鼠癢癢,牠們也會「笑」

其實大鼠一開始並不被認為是個研究搔癢機制的好動物,但現在已經有許多其他研究支持。石山博士和另一位共同作者麥克.布萊希特(Michael Brecht)的研究發現,大鼠在搔癢得宜的情形下,會發出大鼠版的「笑聲」——頻率高達 50 kHz 的短促尖叫,同時活化腦部神經元,進而指引出鼠腦中「搔癢中樞」的位置,找出怕癢原因和搔癢相關機制的切入點。

石山博士挑選比較喜歡玩樂的年輕雄鼠下手,花了一兩週讓牠們習慣被搔背和搔肚子。當這些大鼠被搔癢時,會發出人耳所聽不見的超聲波叫聲,這種叫聲被認為相當於人類被搔癢時所發出的笑聲。「這很像是你在搔癢小孩或貓狗。」過了一段時間,這些被搔癢的大鼠們不僅會反覆回到牠們被搔癢的地方討摸,還會追著石山博士的手跑,彷彿這隻大大的手掌是牠們的玩伴。

在搔癢玩樂的過程中,研究團隊發現這些大鼠腦中與行為反饋機制密切相關的關鍵物質──多巴胺(dopamine)──被觸發了。不僅如此,大鼠還會表現出經典的正向情緒反應──稱之為「雀躍」(joy jumps),這種雙腳騰空的跳躍在狗、狐狸、小羊、天竺鼠和嬰兒都有觀察過。

  • 來聽聽大鼠怎麼叫、科學家又是怎麼跟大鼠玩的吧!

體感皮質區可能不只是怕癢中樞,還能觸發笑聲!

在過去以人類為對象的搔癢研究中,認為搔癢反應的調控機制包括了數個腦區,其中一個重要的腦區叫做「體感皮質區」(somatosensory cortex),它負責全身上下各體表區域(像是臉部、軀幹、四肢)的知覺。

體感皮質區示意圖。紅色為對應腦區,灰色立體圖示為其對應的身體部位,詳細內容可參考本連結。Source: Wikipedia commons

體感皮質區示意圖。紅色為對應腦區,灰色立體圖示為其對應的身體部位,詳細說明內容請點按此參考連結網址。Source: Wikipedia commons

當然,這些大鼠也有對應軀幹、四肢、頭和尾巴的體感皮質區。一旦這些大鼠經過「搔癢受訓」,科學家就會將電極植入牠們的體感皮質區,以記錄搔癢期間這些神經細胞有何反應。令人驚訝的是,這些細胞產生動作電位的頻率(firing rate)不僅在「搔癢」這個物理性刺激的動作發生時增加,還會在大鼠追著手跑、發出笑聲的時候也觀察到產生動作電位的頻率變得密集。

更有趣的是,當研究團隊以少量的電流再次刺激這些細胞,大鼠們便發出了和被搔癢或是追著手玩時同樣的愉悅聲音。「這是相當重要且明確的證據,顯示這些細胞應該就是怕癢中樞。」石山博士說。石山博士認為這挑戰了傳統的觀念,也就是體感皮質區只處理感知訊息,像是察覺到「啊我被搔癢了」,而不觸發其他行為——現在看起來就連「癢到笑」都能夠透過刺激該腦區觸發。

搔癢,也是很看心情的!

除了找到搔癢中樞,石山博士還有一個有趣的發現:搔癢也是很看心情的。「達爾文也觀察到兒童被陌生人搔癢時,比起笑,更傾向放聲尖叫。」石山博士說。

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如果有陌生人突然要來搔你癢,相信你應該是先尖叫逃跑,而不是等著被他弄得不要不要的吧。Photo credit: Franck Paul @ Flickr

為了測試大鼠是否也會如此,研究團隊利用大鼠喜好在夜間活動的特性,將牠們放置在照射強光的平台上,讓牠們產生焦慮感,看牠們在焦慮時是否比較不怕癢。結果顯示,這些焦慮的大鼠明顯地較不怕癢,而且先前那些在搔癢和電擊刺激下活躍的腦部活動都被抑制了。也就是說,搔癢也是很看對象的!

關於搔癢,還有很多我們不知道的事

德國佛萊堡大學的神經學家 Elise Wattendorf 認為,這篇研究指出體感皮質神經元和其他怕癢相關的腦區之間——從觸發笑聲的運動神經元,到辨別搔癢是來自朋友或陌生人的社交調適神經元——它們之間的固有連結,必定在早期就形成了,而這篇研究的貢獻相當傑出。

雖然這篇研究乍看之下只是研究搔癢老鼠,但它卻挑戰了過往對於體感皮質神經元的認識,甚至可能暗示著搔癢和情緒、乃至社交之間的關聯。科學家終於在搔癢研究的迷霧之中找到了指引,或許在未來,千年前的搔癢疑惑就能在大鼠的身上找到答案,也因此我們千萬不能小看基礎科學研究的重要性啊!

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資料來源

原始研究

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關於作者

畢業於人人唱衰的生科系,但堅信生命會自己找出路,走過的路都是養份,重要的是過程。目前在生態演化研究所並且不務正業,以G編的行動代號擔任 PanSci 實習編輯。