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我們習(xí)以為常的各種感觀，依托的是上億年進(jìn)化而來的極其精妙復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng) 。但是精密系統(tǒng)也有容易被突破的軟肋——一個(gè)人只要掌握了神經(jīng)系統(tǒng)工作的原理，想要騙過大腦也并不是一件很難的事情。視覺欺騙是比較常見的例子。當(dāng)下流行的VR就是通過渲染出虛擬三維環(huán)境的投影，結(jié)合機(jī)械振動(dòng)與環(huán)境聲音，瞞天過海，給人身臨其境的感受。那么視覺以外，人體的其它感覺能不能被欺騙呢？zui近《自然·神經(jīng)科學(xué)》的一項(xiàng)研究， 通過光遺傳學(xué)技術(shù)，成功欺騙了小鼠，讓小鼠把光線當(dāng)成了水。

要理解哺乳動(dòng)物如何感受“喝水”這一行為，我們要先從“品味”講起。

我們感知的食物的”味道”，是味覺和嗅覺的共同作用。 味覺來自于味覺感受細(xì)胞（Taste Receptor Cells, TRC），這些細(xì)胞聚集成簇，形成一團(tuán)團(tuán)被稱為”味蕾”（taste bud）的結(jié)構(gòu)。 每一個(gè)味蕾中，都有不同類型的味覺感受細(xì)胞，這些細(xì)胞具有不同的味覺受體，可以響應(yīng)食物的不同味道。目前總共發(fā)現(xiàn)了5種不同的味覺，分別為酸、甜、苦、咸和鮮味（就是味精味）。 當(dāng)食物中帶有不同味道的分子（或者離子）與相應(yīng)的味覺受體結(jié)合時(shí)，這些味覺受體就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)被稱為”動(dòng)作電位”的電信號(hào)。這個(gè)信號(hào)會(huì)被傳導(dǎo)至與味覺感受細(xì)胞相連的感覺神經(jīng)元，經(jīng)過幾級(jí)神經(jīng)元的接力，zui終會(huì)激活大腦味覺感受皮層的神經(jīng)元，讓我們產(chǎn)生味覺。

小鼠舌的味蕾被染色成了藍(lán)色，圖中每一個(gè)小藍(lán)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)味蕾。人的舌表面也有類似的味蕾分布。圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]

在化學(xué)上，水是”無色無味無嗅”的液體，似乎不會(huì)觸發(fā)任何一種味覺感受細(xì)胞。但是，水是生存必需的成分之一，在干旱缺水環(huán)境中，“意識(shí)到自己喝到了水”這件事情對(duì)于生物的生存至關(guān)重要。為了理解哺乳動(dòng)物是如何感受到水，加州理工學(xué)院的Yuki Oka實(shí)驗(yàn)室就用小鼠做了一系列實(shí)驗(yàn)，看看小鼠能不能分辨水和其他類似的液體。

實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)，小鼠喝水的時(shí)候，響應(yīng)味覺的感覺神經(jīng)元被激活了；而如果給小鼠喝同樣是無色無味的硅油（常見的醫(yī)用潤滑劑），這些感覺神經(jīng)元就沒有什么響應(yīng)——這就是說，小鼠似乎能夠分辨出水的味道！難道我們一直以來對(duì)于水“無味”的描述都是錯(cuò)誤的嗎？進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小鼠其實(shí)并不能直接嘗出水的味道，它們只是感覺到了自己的唾液和水的差異——唾液中含有少量的碳酸氫鹽，呈弱堿性；而天然水因?yàn)槿芙饬宋⒘慷趸嫉木壒?，呈中性，或弱酸性。飲水后，口腔中的唾液被水替代，?dǎo)致口腔酸堿度（pH）下降，進(jìn)而激活感受酸味的味覺受體，讓小鼠得知自己喝到了水。

味蕾中的味覺感受細(xì)胞激活感覺神經(jīng)元，經(jīng)過面神經(jīng)（前2/3舌）、舌咽神經(jīng)（后1/3舌）或者迷走神經(jīng)（軟腭和會(huì)厭）傳入延髓，再幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)到達(dá)大腦味覺中樞產(chǎn)生味覺。圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]

既然飲水激活了小鼠味蕾里面的酸味感受細(xì)胞，那么小鼠對(duì)于“水”的感覺，就是”酸味”的感覺了。但是，這個(gè)結(jié)論*背離了我們的生活經(jīng)驗(yàn)——我們喝水的時(shí)候，似乎從來不會(huì)感覺到嘴里有酸味；而我們喝有酸味的飲料，比如橙汁和酸奶的時(shí)候，也從來不會(huì)把這些東西誤認(rèn)為是水。

實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)，對(duì)“水”的感覺雖然使用的是酸味受體，但是和平時(shí)的酸味有所不同——小鼠對(duì)于“水”的判定是相對(duì)的。只有當(dāng)口腔呈弱堿性，即pH高于7的時(shí)候，小鼠才會(huì)對(duì)水有味覺響應(yīng)；當(dāng)小鼠的口腔為弱酸性pH為6.5時(shí)，對(duì)水就失去了響應(yīng)。如果給小鼠喝弱堿性的水，味覺的感覺神經(jīng)元也沒有響應(yīng)。我們喝的有酸味的飲品，pH大都是低于6的，口腔被迅速酸化，因此感覺和飲水*不同。值得一提的是，現(xiàn)在流行的弱堿性水也不會(huì)激活這些味覺感受細(xì)胞，所以弱堿性水沒有”水”味，不過我們依然可以根據(jù)水的溫度、觸感等其他感覺來感受到”喝水”。

既然飲水的感覺是大腦對(duì)口腔pH變化的感知，那么給大腦傳遞口腔pH變酸的信號(hào)，不就可以直接模擬出飲水的感覺了嗎？Yuki Oka實(shí)驗(yàn)室利用光遺傳學(xué)技術(shù)（optogenetics）操控小鼠的味覺，驗(yàn)證了這個(gè)猜想。

在對(duì)照組正常小鼠的眼里，藍(lán)光就是藍(lán)光，并沒什么特別的。來源：參考文獻(xiàn)[3]

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，小鼠口腔中的酸味感受細(xì)胞被轉(zhuǎn)基因表達(dá)了光敏通道。光敏通道是一類表達(dá)在細(xì)胞表面的光控離子通道，在被特定波長的光線照射后，通道開放，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的變化，從而激活所在的細(xì)胞產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。漫長的神經(jīng)通路并不能夠區(qū)分這個(gè)電信號(hào)是來自特定分子對(duì)味覺受體的刺激，還是來自光對(duì)光敏通道的刺激。經(jīng)過神經(jīng)元之間的層層傳導(dǎo)，光線照射所引發(fā)的“李鬼”信號(hào)zui終會(huì)激活大腦味覺感受皮層的神經(jīng)元，讓小鼠產(chǎn)生味覺。 由于這個(gè)轉(zhuǎn)基因光敏通道僅在酸味細(xì)胞中表達(dá)，通過特定光線激活產(chǎn)生的“味覺”信號(hào)就會(huì)被小鼠的大腦翻譯為“酸味”了。

這批轉(zhuǎn)基因小鼠的悲慘命運(yùn)就不難想象了——“光控”小鼠在口渴的時(shí)候，如果不小心走入了藍(lán)光（即激活光敏通道所需波長的光線）照射的區(qū)域，就會(huì)把藍(lán)光當(dāng)做水流，對(duì)著光線忘情而投入地舔起來，好像在藍(lán)光里喝到了瓊漿玉露；而作為對(duì)照的非轉(zhuǎn)基因鼠則能夠“保持理智”，并不對(duì)藍(lán)光有更多的好奇，口渴時(shí)也不會(huì)在藍(lán)光里多做逗留。

轉(zhuǎn)基因小鼠會(huì)誤把藍(lán)光當(dāng)作水。來源：參考文獻(xiàn)[3]

欺騙大腦就是這么簡單。如果以后的虛擬現(xiàn)實(shí)不僅僅能模擬視覺和觸覺，還能模擬嗅覺和味覺，讓人自虛空之中也能如臨其境地朵頤與暢飲——你期待嗎？(編輯：明天）

參考文獻(xiàn)：

1. Hall, J. M., Bell, M. L., & Finger, T. E. (2003). Disruption of sonic hedgehog signaling alters growth and patterning of lingual taste papillae. Developmental biology.
2. Anatomy and physiology of the sense of Taste, The Sense of Taste and wine, available at https://wine4soul.com/tag/sense-of-taste/, last visit: 2017-07-02
3. Zocchi, D., Wennemuth, G., and Oka, Y. (2017) "The cellular mechanism for water detection in the mammalian taste system." Nature neuroscience.