Les neurologistes montrent comment le cerveau répond à la texture

Les neurones répondent à un grand choix de caractéristiques d'une surface, produisant une représentation haut-dimensionnelle de texture dans le cerveau

Nos mains et bouts du doigt sont étonnamment sensibles à la texture. Nous pouvons facilement discerner le papier sablé grossier de la glace lisse, mais nous captons également des différences plus subtiles en travers d'un large éventail de textures, comme la finition lisse de la soie ou le doux donnent du coton.

Des informations sur la texture sont transmises des détecteurs dans la peau et par les nerfs au cortex somatosensoriel, la partie du cerveau responsable d'interpréter le sens du contact. La recherche neuve par des neurologistes à l'Université de Chicago prouve que pendant que les neurones dans la présente partie du cerveau traitent cette information, ils chacun répondent différemment aux caractéristiques variées d'une surface, produisant une représentation haut-dimensionnelle de texture dans le cerveau.

Les « objectifs peuvent avoir des textures que nous pouvons décrire en termes simples comme brut ou le doux ou dur. Mais ils peuvent également être veloutés ou cotonneux ou à fourrure, » a dit Sliman Bensmaia, PhD, professeur agrégé de biologie organismal et anatomie à UChicago et à auteur supérieur de l'étude. « La variété de différents adjectifs que vous pouvez employer pour décrire des points culminants de texture juste que c'est un espace sensoriel riche. Ainsi, il semble raisonnable que vous devez avoir un espace neural riche dans le cerveau pour interpréter cela aussi. »

L'étude était cette semaine publiée dans les démarches de l'académie nationale des sciences (PNAS). Bensmaia est un principal expert sur la façon dont le cerveau et le système nerveux interprètent le sens du contact, y compris la texture. Dans une étude 2013 de PNAS, son laboratoire montré comment les différents genres de fibres nerveuses répondent à différents aspects de texture. Quelques nerfs répondent principalement aux éléments spatiaux des textures grossières, comme les cahots augmentés d'une lettre de braille qui produisent une configuration une fois pressants contre la peau. D'autres répondent aux vibrations produites quand la peau frotte en travers des textures fines, comme les tissus, qui représentent l'immense majorité de textures que nous rencontrons dans le monde réel.

Dans cette étude, Bensmaia et ses collègues ont utilisé un à cylindre rotatif couvert de filets des textures grossières et fines variées, telles que le papier sablé, les tissus et les plastiques. Le tambour a alors fait fonctionner les textures en travers des bouts du doigt des singes de macaque de rhésus, dont le système somatosensoriel est assimilé aux êtres humains, alors que les chercheurs enregistraient les réactions dans le nerf.

Pour l'étude neuve, abouti par le chercheur post-doctoral Justin Lieber, PhD, les chercheurs ont enregistré les réactions correspondantes aux mêmes textures directement du cerveau, utilisant des électrodes implantées dans le cortex somatosensoriel des singes.

La caractéristique neuve prouve que les neurones répondent d'une voie hautement idiosyncratique à différents aspects de texture. Quelques neurones répondent aux caractéristiques grossières d'une texture. D'autres répondent aux caractéristiques fines, à certaines configurations d'indentation dans la peau, ou à un certain nombre de combinaisons dans l'intervalle. Bensmaia et Lieber ont recensé au moins 20 configurations différentes de réaction.

« Certains d'entre eux plan sur des choses que nous comprenons, comme la rugosité ou la configuration spatiale d'une texture, » Bensmaia a dit. « Mais d'autre part ce devient des combinaisons de vibration de peau accouplées avec des configurations de déformation de peau, les choses qui sont résumé et plus dur à décrire. »

Mais ces caractéristiques plus abstraites de texture sont ce qui peut effectuer la différence en pouvant distinguer les draps avec le filetage différent compte. Les chercheurs ont enregistré des réactions à 55 textures différentes, et Bensmaia dit qu'il peut dire lesquels a été employé juste en regardant la configuration de l'activité qu'elle a produite dans le cerveau.

Le « velours va exciter une sous-population des neurones davantage que des des autres, et le papier sablé va exciter une autre population superposante, » il a dit. « Ainsi, c'est cette variété dans la réaction qui tient compte de la richesse de la sensation. »

Bensmaia et Nicho Hatsopoulos, PhD, professeur de biologie et d'anatomie organismal, qui étudie comment le cerveau dirige le mouvement dans les membres, ont également frayé un chemin la recherche pour établir les membres prothétiques robotisés controlés par le cerveau. Ces dispositifs fonctionnent à côté d'implanter des choix d'électrodes dans le cortex et les régions du cerveau somatosensoriels qui règlent le mouvement. Les électrodes captent l'activité dans des neurones comme le patient pense à déménager leur propre arme pour diriger l'arme robotisée pour déménager en conséquence. La main prothétique est équipée des détecteurs pour trouver des sensations de contact, telles qu'appuyer sur différents bouts du doigt, qui produit consécutivement des signes électriques qui stimulent les régions du cerveau appropriées.

Théoriquement, les mêmes techniques pourraient recréer des sensations de texture par un neuroprosthetic, mais Bensmaia précise que l'étude neuve montre pourquoi ceci pourrait être une tâche provocante. Les neurones qui correspondent à chaque bout du doigt sont plac dans les endroits bien définis du cortex somatosensoriel, ainsi dans lui est plus facile de stimuler l'endroit approprié pour un contact donné. Mais les neurones dans tout le cortex somatosensoriel répondent aux entrées de texture, et ils sont mélangés ensemble. Il n'y a aucune région définie des neurones qui répondent au papier sablé ou au clavier en plastique d'un ordinateur portable, par exemple.

« Il va être assez provocant pour pouvoir produire des sensations de texture par l'électrostimulation, parce que vous n'avez pas ces groupes monolithiques de neurones fonctionnant ensemble, » il a dit. « Il est très hétérogène, qui pourrait le rendre difficile à mettre en application en prosthétique. Mais c'est également comment nous obtenons cette sensation riche de texture en premier lieu. »

Source : https://www.uchicagomedicine.org/forefront/neurosciences-articles/2019/february/how-the-brain-responds-to-texture