Учеными был проведен интересный эксперимент, для которого взяли вращающийся барабан, покрытый полосками различных тканей, наждачной бумаги и рисунков для измерения того, как кожа и нервная система реагируют на текстуру.
Наши руки и кончики пальцев удивительно чувствительны к текстуре. Мы легко можем отличить наждачную бумагу от гладкого стекла, но мы также улавливаем и более тонкие различия в широком диапазоне текстур, такие как гладкий блеск шелка или мягкий оттенок хлопка.
Информация о текстуре передается от датчиков в коже и через нервы в соматосенсорную кору - ту часть мозга, которая отвечает за интерпретацию осязания. Новые исследования, проведенные неврологами в Чикагском университете, показывают, что нейроны в этой части мозга обрабатывают эту информацию, каждая из них по-своему реагирует на различные особенности поверхности, создавая объемное представление о текстуре в мозгу.
"Объекты могут иметь текстуру, которую мы можем описать простыми словами, например, грубая, мягкая или твердая. Но они также могут быть бархатистыми, хлопчатобумажными или пушистыми", - сказал Слиман Бенсмайя, доктор философии, доцент кафедры биологии и анатомии организма в Университете Чикаго и автор исследования. "Разнообразие прилагательных, которые вы можете использовать для описания текстуры, лишь подчеркивает, что это богатое сенсорное пространство. Значит, у вас должно быть богатое нейронное пространство в мозгу, чтобы интерпретировать это".
В этом исследовании Бенсмайя и его коллеги использовали вращающийся барабан, покрытый полосками различной грубой и тонкой текстуры, такой как наждачная бумага, ткани и пластмассы. Затем они провели кончиками пальцев обезьян по барабану, соматосенсорная система обезьях похожа на человеческую, и в то время как исследователи фиксировали реакции на нервные окончания.
Как вы измеряете ощущение прикосновения?
Для нового исследования под руководством доктора наук Джастина Либера, PhD, исследователи записали соответствующие ответы на те же текстуры непосредственно из головного мозга, используя электроды, вживленные в соматосенсорную кору головного мозга обезьян.
Новые данные показывают, что нейроны реагируют на различные аспекты текстуры весьма своеобразным образом. Некоторые нейроны реагируют на грубые признаки текстуры. Другие реагируют на мелкие признаки, определенные вмятины в коже или любое количество комбинаций в промежутках между ними. Бенсмайя и Либер выявили по меньшей мере 20 различных моделей реагирования.
Исследователи записали ответы на 55 различных текстур, и Бенсмайя говорит, что он может сказать, какой из них был использован, просто глядя на модель деятельности, которая была создана в мозгу.
"Бархат будет волновать одну субпопуляцию нейронов больше, чем другую, а наждачная бумага - другую перекрывающуюся популяцию", - сказал он. "Значит, именно это разнообразие в реакции позволяет получить богатство ощущений."
Разнообразие прилагательных, которые вы можете использовать для описания текстуры, лишь подчеркивает, что это богатое сенсорное пространство.
Наряду с Нико Хатсопулосом, доктором наук, профессором биологии и анатомии организма, который изучает, как мозг направляет движение конечностей, Бенсмайя также стала инициатором исследований по созданию роботизированных протезов для конечностей, управляемых мозгом. Эти устройства работают путем имплантации массивов электродов в соматосенсорную кору и участки мозга, которые контролируют движение. Электроды улавливают активность в нейронах, когда пациент думает о перемещении собственной руки, чтобы направить роботизированную руку на соответствующее движение. Протез руки оснащен датчиками для обнаружения ощущений прикосновения, например, при нажатии на кончики отдельных пальцев, которые в свою очередь генерируют электрические сигналы, стимулирующие соответствующие участки головного мозга.
Теоретически, те же методы могут воссоздать ощущения текстуры с помощью нейропротеза, но Бенсмайя отмечает, что новое исследование показывает, почему это может быть сложной задачей. Нейроны, соответствующие каждому кончику пальца, расположены в четко определенных областях соматосенсорной коры головного мозга, поэтому легче стимулировать подходящее место для данного прикосновения. Но нейроны по всей соматосенсорной коре реагируют на изменения текстуры, и они смешиваются вместе. Определенной области нейронов, реагирующих, например, на наждачную бумагу или пластиковую клавиатуру ноутбука, не существует.
"Будет довольно сложно создать ощущение текстуры с помощью электрической стимуляции, потому что у вас нет монолитных групп нейронов, работающих вместе", - сказал он. "Он очень неоднороден, что может затруднить его применение в протезировании. Но именно так мы получаем это ощущение богатства текстуры".