Новое исследование показывает, что люди различают тонкие текстуры, такие как шелк или атлас, по вибрациям, которые улавливаются двумя отдельными наборами нервных рецепторов в коже и передаются в мозг.
Предыдущие исследования показали, что грубые текстуры, такие как точечные рисунки Брайля, кодируются рецепторами, которые плотно упакованы в кончик пальца приматов. Пространственное расположение ответов этих рецепторов соответствует пространственному расположению поверхностных элементов текстуры. Однако большинство натуральных текстур слишком тонкие, чтобы их можно было воспринимать таким образом. Новое исследование, опубликованное ранее в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, впервые показывает, что два других набора рецепторов передают информацию о тонких текстурах, реагируя на высокочастотные колебания, производимые кожей при ее сканировании. поверхность.
"Грубые текстуры отражаются в пространственном паттерне ответов одного набора рецепторов, но это лишь малая часть истории," сказал старший автор исследования Слиман Бенсмайя, доктор философии, доцент кафедры биологии и анатомии организмов Чикагского университета. "Большая часть того, что мы считаем естественными текстурами, представлена во временных паттернах активации в двух других группах рецепторов."
В большинстве исследований, изучающих нейронную основу восприятия текстуры, использовались грубые материалы, такие как решетки и узоры Брайля, которые активируют набор рецепторов в коже, называемых афферентами медленно адаптирующегося типа 1 (SA1).
В экспериментах, проведенных в этом исследовании, Бенсмайя и его коллеги использовали барабан, покрытый полосами такой грубой текстуры, а также несколько материалов с более тонкой текстурой, таких как наждачная бумага, ткани и пластик. Затем барабан перемещал текстуры по кончикам пальцев макак-резус, чья соматосенсорная система похожа на человеческую, в то время как исследователи записывали нейронные реакции.
В то время как грубые текстуры давали знакомый отклик SA1, афференты SA1 вообще не срабатывали для большинства более тонких текстур. Вместо этого два набора афферентов, которые ранее не участвовали в ощущении текстуры, быстро адаптирующиеся (RA) и пачинианские (PC) волокна, реагировали во временном паттерне, который следовал за колебаниями, производимыми в коже, путем сканирования поверхности.
"Если бы вы полагались только на афференты SA1 для восприятия текстуры, вы не смогли бы различать большинство текстур. Невозможно отличить шелк от атласа или джинсовую ткань от войлока и вельвета," Bensmaia сказал.
До сих пор считалось, что быстро адаптирующиеся афференты играют роль в обнаружении, когда объект ускользает из рук. Считалось, что афференты Пачинана обнаруживают вибрации, подобные тем, которые ощущаются после удара молотком по чему-либо.
В дополнение к приписыванию этим рецепторам новой роли прикосновения, исследование подчеркивает, что прикосновение использует два режима работы: один основан на пространственных паттернах активации, другой – на временных паттернах. Эти два режима сосуществуют и взаимодействуют.
Исследование имеет важное значение для области нейропротезирования, которая направлена на разработку устройств, которые могут заменить моторные, сенсорные или когнитивные функции, которые могли быть повреждены в результате травмы или заболевания. Для получения реалистичных тактильных ощущений необходимо задействовать оба режима. Это верно независимо от того, является ли цель вызвать восприятие текстуры или любые другие искусственные тактильные ощущения.
"Мы показали, что все три набора афферентов способствуют восприятию текстуры," Bensmaia сказал. "Фактически, сигналы от всех трех популяций объединены, чтобы достичь кульминации в любом виде тактильного восприятия."