I neuroscenziati mostrano come il cervello risponde a tessitura

I neuroni rispondono a varie funzionalità di una superficie, creanti una rappresentazione alto-dimensionale di tessitura nel cervello

Le nostre mani e punte delle dita sono stupefacente sensibili a tessitura. Possiamo distinguere facilmente la carta vetrata grezza da vetro liscio, ma egualmente prendiamo le differenze più sottili attraverso una vasta gamma di tessiture, come lo splendore destro di seta o l'elasticità morbida di cotone.

Le informazioni su tessitura sono trasmesse dai sensori nell'interfaccia e tramite i nervi alla corteccia somatosensory, la parte del cervello responsabile dell'interpretazione del tatto. La nuova ricerca dai neuroscenziati all'università di Chicago indica che mentre i neuroni in questa parte del cervello elaborano questi informazioni, ciascuno rispondono diversamente alle varie funzionalità di una superficie, creanti una rappresentazione alto-dimensionale di tessitura nel cervello.

“Gli oggetti possono avere tessiture che possiamo descrivere nei termini semplici come ruvido o la morbidezza o duro. Ma possono anche essere vellutati o cottony o simile a pelliccia,„ ha detto Sliman Bensmaia, PhD, professore associato di biologia organismal e l'anatomia a UChicago ed all'autore senior dello studio. “La varietà di aggettivi che differenti potete usare per descrivere i punti culminanti di tessitura appena che è uno spazio sensoriale ricco. Così, ha significato che dovete avere uno spazio neurale ricco nel cervello per interpretare quello anche.„

Lo studio è stato pubblicato questa settimana negli atti dell'Accademia nazionale delle scienze (PNAS). Bensmaia è un esperto principale su come il cervello ed il sistema nervoso interpretano il tatto, compreso tessitura. In uno studio 2013 da PNAS, il suo laboratorio indicato come i generi differenti di fibre nervose rispondono agli aspetti differenti di tessitura. Alcuni nervi rispondono pricipalmente agli elementi spaziali delle tessiture grezze, come gli urti sollevati di una lettera di Braille che creano un reticolo una volta stampati contro l'interfaccia. Altri rispondono alle vibrazioni create quando l'interfaccia sfrega attraverso le tessiture fini, come i fabbricati, che rappresentano la vasta maggioranza delle tessiture che incontriamo nel mondo reale.

In quello studio, Bensmaia ed i suoi colleghi hanno utilizzato un tamburo rotativo coperto di nastri di varie tessiture grezze e fini, quali carta vetrata, fabbricati e plastica. Il fusto poi ha eseguito le tessiture attraverso le punte delle dita delle scimmie di macaco del reso, di cui il sistema somatosensoriale è simile agli esseri umani, mentre i ricercatori hanno registrato le risposte nel nervo.

Per il nuovo studio, piombo dallo studioso postdottorale Justin Lieber, PhD, i ricercatori hanno registrato le risposte corrispondenti alle stesse tessiture direttamente dal cervello, facendo uso degli elettrodi impiantati nella corteccia somatosensory delle scimmie.

I nuovi dati indicano che i neuroni rispondono in un modo altamente caratteristico agli aspetti differenti di tessitura. Alcuni neuroni rispondono alle funzionalità grezze di una tessitura. Altri rispondono nel fratempo alle funzionalità fini, a determinati reticoli della dentellatura nell'interfaccia, o a qualsiasi numero di combinazioni. Bensmaia e Lieber hanno identificato almeno 20 reticoli differenti della risposta.

“Alcuni di loro mappa sulle cose che capiamo, come rugosità o il reticolo spaziale di una tessitura,„ Bensmaia ha detto. “Ma d'altra parte si trasforma in in combinazioni di vibrazione dell'interfaccia coppia con i reticoli di deformazione dell'interfaccia, cose che sono più duro estratto e un piccolo da descrivere.„

Ma queste funzionalità più astratte di tessitura sono che cosa può fare la differenza in potere distinguere fra le lenzuola con differenti numeri di fili. I ricercatori hanno registrato le risposte a 55 tessiture differenti e Bensmaia dice che può dire quale è stato usato appena esaminando il reticolo di attività ha generato nel cervello.

“Il velluto sta andando eccitare una sottopopolazione dei neuroni più di un altro e la carta vetrata sta andando eccitare un'altra popolazione di sovrapposizione,„ che ha detto. “Così, è questa varietà nella risposta che tiene conto la ricchezza della sensazione.„

Bensmaia e Nicho Hatsopoulos, PhD, professore di biologia e dell'anatomia organismal, che studia come il cervello dirige il movimento negli arti, egualmente hanno aperto la strada alla ricerca per costruire agli gli arti prostetici robot controllati a cervello. Queste unità funzionano impiantando le schiere degli elettrodi nella corteccia e nelle aree somatosensory del cervello che gestiscono il movimento. Gli elettrodi prendono l'attività in neuroni come il paziente pensa a muovere il loro proprio braccio per dirigere il braccio robot per muoversi di conseguenza. La mano prostetica misura con i sensori per individuare le sensazioni del tocco, come stampare sulle diverse punte delle dita, che a sua volta genera i segnali elettrici che stimolano le aree appropriate del cervello.

Teoricamente, le stesse tecniche potrebbero ricreare le sensazioni di tessitura con un neuroprosthetic, ma Bensmaia precisa che il nuovo studio mostra perché questo potrebbe essere un compito provocatorio. I neuroni che corrispondono ad ogni punta delle dita sono posizionati nelle aree ben definite della corteccia somatosensory, in modo da in è più facili da stimolare il punto appropriato per un tocco dato. Ma i neuroni in tutto la corteccia somatosensory rispondono agli input di tessitura e sono insieme misti. Non c'è regione definita di neuroni che rispondono a carta vetrata o alla tastiera di plastica di un computer portatile, per esempio.

“Sta andando essere abbastanza provocatorio potere da creare le sensazioni strutturali con stimolo elettrico, perché non avete questi gruppi monolitici di neuroni che funzionano insieme,„ lui ha detto. “È molto eterogeneo, in grado di renderlo difficile applicare in protesi. Ma quello è egualmente come otteniamo questa sensazione ricca di tessitura in primo luogo.„

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