Декодирование механизмов, с помощью которых индивидуальные качества сенсорных стимулов извлекаются с периферии и пердаются, чтобы после интеграции и преобразования в ЦНС сделать возможной визуализацию организации проекций первичных сенсорных нейронов. Мы использовали комбинацию молекулярно-генетического мечеия и подходы по соматотопическому ретроградному отслеживанию, чтобы сделать видимымой организацию окончаний периферических и центральных аксонов для физиологически отличающихся субтипов LTMR, которые обеспечивают ощущение прикосновения. Наши находки подтвердили модель, согласно которой индивидуальные свойства сложных тактильных стимулов извлекались с помощью трех функционально отличающихся типов волосяных фолликулов и передавались с помощью активностей уникальных комбинаций Aβ-, Aδ- и C-LTMRs в дорсальные рога столбов LTMR, гда эти особенности презентировались, интегрировались и преобразовались для отправки в головной мозг.

Подобно первичным сенсорным нейронам из др. сенсорных систем, таких как обонятельные рецепторные нейроны обонятельной системы и слуховые рецепторы системы слуха, кожные LTMRs соматосенсорной системы вели себя сбалансировано, чтобы извлекать индивидуальные качества сложных стимулов от внешнего мира. До сих пор, несмотря на интенсивные исследования в последнее время, эти уникальные функции и относительная организация подтипов периферических окончаний LTMR , особенно в коже, покрытой волосами, оставались в основном неизветными.

Мы установили, что периферические окончания каждого субтипа LTMR ассоциируют с одним или двумя из трех типов волосяных фолликулов волосистой части кожи туловища и проксимальных частей конечностей. Более того, аксоны отобранных субтипов LTMR интимно ассоциируют один с другим, образуя сплетенные проекции и взаимно проникающие (как пальцы) копьевидные окончания, которы иннервируют один и тот же волосяной фолликул. Напротив, каждый из трех типов волосяных фолликулов получает уникальную и инвариантную комбинацию окончаний LTMR. В самом деле, фолликулы остевых волос уникально ассоциированы с комбинацией Aβ RA-LTMR и Aβ SA1-LTMRs; волоски Awl/auchene иннервируются трижды Aβ RA-LTMRs, Aδ-LTMRs, and C-LTMRs; а фолликулы волосков Zigzag иннервируются C-LTMRs и Aδ-LTMRs. Эти находки согласуются с классическими нейрофизиологическими измерениями у кошек и кроликов, показавшие, что Aβ RA-LTMRs и Aδ-LTMRs могут быть по-разному активированы путем отклонения определенных фолликулярных типов волосков (Brown and Iggo, 1967; Burgess et al., 1968).

Кроме того, поскольку три типа волосяных фолликулов обладают разными формами, размерами и клеточным составом, то они, скорее всего, обладают разными свойствами тонкой настройки девиаций и вибраций. Так, наши находки показали, что остевые, awl/auchene и зигзагообразные волоски физиологически являются разными механосенсорными концевыми органами. Мы показали, что это является комбинацией из: (1) относительного количества уникальных пространственных распределений и различных морфологических и девиационных свойств трех типов волосяных фолликулов; (2) уникальных комбинаций субтипов окончаний LTMR, ассоциированных с каждым из трех типов волосяных фолликулов; и (3) разных чувствительностей, скоростей проведения, паттернов последовательностей пиков (spike) и свойст адаптации из 4-х основных классов ассоциированных с фолликулами LTMRs, которые позволяют механосенсорной системе волосистой части кожи извлекать и передавать в ЦНС сложные комбинации качеств, которые и предопределяют прикосновения.

Удивительная организация периферичкских окончаний LTMR выявляет фундаментальные свойства соматосенсорной системы и подкрепляет интегральную модель механочувствительности. Эта интегральная модель демонстрирует, что индивидуальные механические свойства из сложных тактильных стимулов используют разные комбинации из трех типов волосяных фолликулов и тем самым по-разному активируют уникальные комбинации LTMRs, с которыми эти фолликулы ассоциируют. Мы полагаем, что определенные механические стимулы, такие как порхание крыльев насекомых, дождевые капли или световой контакт сквозь листву, могут преимущественно стимулировать длинные остевые волоски и тем самым Aβ RA-LTMRs. С др. стороны, поглаживание шерсти кормящими матерями могут преимущественно активировать Aδ-LTMRs и C-LTMRs, ассоциировнные с малыми, многочисленными фолликулами загзаообразных волосков. Вмятина на волосковой части кжи тупым предметом может активировать Aβ SA1-LTMRs, а также др. LTMRs, ассоциированные с волосяными фолликулами вмятой и окружающей кожи. Т.о., ключевым признаком этой интгральной модели является то, что большое число потенциальных комбинаций отклонений или вибраций трех типов волосяных фолликулов с или без одновременного вдавления кожи, вносит вклад в соматосенсорную систему с помощью обширного набора потенциальных ансамблей активностей LTMR, которые д. кодировать свойства или качества, которые определяют определенные тактильные стимулы.

Как индивидуальные свойства или качества касаний представляются и перерабатываются внутри ЦНС, чтобы сгенерировать уникальное восприятие? Мы наблюдали, что центральные проекции Aβ-LTMRs, Aδ-LTMRs и C-LTMRs, которые иннервируют общие периферические единицы LTMR располагаются в виде столба в дорсальном роге спинного мозга. Мы полагаем, что столбы дорсальных рогов из LTMR являются инициальными и вообще принципиальными местами интеграции ЦНС и процессинга нейральных сигналов, которые представляют давление на кожу и относительное перемещение каждого из типов волосяных фолликулов в небольшой области кожи. Примечательно, что отличающим свойством Aβ-, Aδ- и C-LTMRs является их очень отличающиеся скорости проведения потенциала действия, которые у мышей колеблются в пределах от более 10 m/sдля Aβ RA- и SA-LTMRs до менее 1 m/s для C-LTMRs.

Т.о., тактильные стимулы, скорее всего, кодируются временно скоординированными ансамблями Aβ RA-, Aβ SA-, Aδ- и C-LTMR активностей, которые конвергируют в столбы дорсальных рогов LTMR, где эти активности интегрируются и преобразовываются. Исходные импульсы от столбов LTMR передаются посредством проекций нейронов дорсальных рогов, которые представляют собой постсинаптический путь дорсального столба и спиноцервикальный тракт в головной мозг, по-видимому, испытывают дальнешую интеграцию с механосенсорной информацией, переносимой с помощью прямого пути дорсального столба и др. сенсорными импульсами (Brown, 1981b; Brown and Franz, 1969; Brown et al., 1987; Cliffer and Giesler, 1989; Giesler and Cliffer, 1985; Giesler et al., 1984). Развитие столь изящной организации периферических единиц LTMR и LTMR столбов дорсальных рогов, также как степень, механизмы и функции интеграции и преобразования стимулов Aβ RA-LTMR, Aβ SA-LTMR, Aδ-LTMR и C-LTMR внутри столбов LTMR, является интригующим вопросом для дальнейших исследований.