Os neurocientistas mostram como o cérebro responde à textura

Os neurônios respondem a uma variedade de características de uma superfície, criando uma representação alto-dimensional da textura no cérebro

Nossas mãos e pontas do dedo são surpreendente sensíveis à textura. Nós podemos facilmente distinguir a lixa grosseira do vidro liso, mas nós igualmente pegaramos umas diferenças mais subtis através de uma vasta gama de texturas, como o brilho liso da seda ou o delicado dá do algodão.

A informação sobre a textura é transmitida dos sensores na pele e através dos nervos ao córtice somatosensory, a parte do cérebro responsável para interpretar o sentido de toque. A pesquisa nova por neurocientistas na Universidade de Chicago mostra que como os neurônios nesta parte do cérebro processam esta informação, cada um respondem diferentemente às várias características de uma superfície, criando uma representação alto-dimensional da textura no cérebro.

Os “objetos podem ter as texturas que nós podemos descrever em termos simples como áspero ou o delicado ou duramente. Mas podem igualmente ser aveludado ou cottony ou peludo,” disse Sliman Bensmaia, PhD, professor adjunto da biologia organismal e anatomia em UChicago e no autor superior do estudo. “A variedade de adjectivos que diferentes você pode se usar para descrever destaques da textura apenas que é um espaço sensorial rico. Assim, faz o sentido que você precisa de ter um espaço neural rico no cérebro para interpretar demasiado isso.”

O estudo foi publicado esta semana nas continuações da Academia Nacional das Ciências (PNAS). Bensmaia é um perito principal em como o cérebro e o sistema nervoso interpretam o sentido de toque, incluindo a textura. Em um estudo 2013 de PNAS, seu laboratório mostrado como os tipos diferentes de fibras de nervo respondem aos aspectos diferentes da textura. Alguns nervos respondem principalmente aos elementos espaciais de texturas grosseiras, como as colisões levantadas de uma letra do braile que criam um teste padrão quando pressionadas contra a pele. Outro respondem às vibrações criadas quando a pele fricciona através das texturas finas, como as telas, que esclarecem a grande maioria das texturas que nós encontramos no mundo real.

Nesse estudo, Bensmaia e seus colegas usaram um cilindro de giro coberto com as tiras de várias texturas grosseiras e finas, tais como a lixa, as telas e os plásticos. O cilindro executou então as texturas através das pontas do dedo dos macacos de macaque do Rhesus, cujo o sistema somatosensory é similar aos seres humanos, quando os pesquisadores gravaram as respostas no nervo.

Para o estudo novo, conduzido pelo erudito pos-doctoral Justin Lieber, PhD, os pesquisadores gravaram as respostas correspondentes às mesmas texturas directamente do cérebro, usando os eléctrodos implantados no córtice somatosensory dos macacos.

Os dados novos mostram que os neurônios respondem em uma maneira altamente idiossincrásica aos aspectos diferentes da textura. Alguns neurônios respondem às características grosseiras de uma textura. Outro respondem às características finas, a determinados testes padrões do recorte na pele, ou a todo o número de combinações in-between. Bensmaia e Lieber identificaram pelo menos 20 testes padrões diferentes da resposta.

“Alguns deles mapa em coisas que nós compreendemos, como a aspereza ou o teste padrão espacial de uma textura,” Bensmaia disse. “Mas por outro lado transforma-se combinações de vibração da pele acopladas com os testes padrões da deformação da pele, as coisas que são sumário e um pouco mais duramente a descrever.”

Mas estas características mais abstratas da textura são o que pode fazer a diferença em poder distinguir entre bedsheets com rosca diferente conta. Os pesquisadores gravaram respostas a 55 texturas diferentes, e Bensmaia diz que pode dizer qual foi usado apenas olhando o teste padrão da actividade que gerou no cérebro.

O “veludo está indo excitar uma subpopulação dos neurônios mais do que outra, e a lixa está indo excitar uma outra população de sobreposição,” disse. “Assim, é esta variedade na resposta que permite a riqueza da sensação.”

Bensmaia e Nicho Hatsopoulos, PhD, professor da biologia e da anatomia organismal, que estuda como o cérebro dirige o movimento nos membros, igualmente abriram caminho a pesquisa para construir os membros protéticos robóticos cérebro-controlados. Estes dispositivos funcionam implantando disposições de eléctrodos no córtice e nas áreas somatosensory do cérebro que controlam o movimento. Os eléctrodos pegaram a actividade nos neurônios como o paciente pensa sobre mover seu próprio braço para dirigir o braço robótico para se mover em conformidade. A mão protética é cabida com os sensores para detectar sensações do toque, tais como a pressão em pontas do dedo individuais, que gera por sua vez os sinais elétricos que estimulam as áreas apropriadas do cérebro.

Teòrica, as mesmas técnicas poderiam recrear sensações da textura com um neuroprosthetic, mas Bensmaia indica que o estudo novo mostra porque esta poderia ser uma tarefa desafiante. Os neurônios que correspondem a cada ponta do dedo são posicionados em áreas claramente definidas do córtice somatosensory, assim que nele são mais fáceis estimular o ponto apropriado para um toque dado. Mas os neurônios durante todo o córtice somatosensory respondem às entradas da textura, e são misturados junto. Não há nenhuma região definida de neurônios que respondem à lixa ou ao teclado plástico de um portátil, por exemplo.

“Está indo ser consideravelmente desafiante poder criar sensações estruturais com a estimulação elétrica, porque você não tem estes grupos monolíticos de neurônios que trabalham junto,” ele disse. “É muito heterogêneo, que poderia o fazer difícil executar nas próteses. Mas isso é igualmente como nós obtemos esta sensação rica da textura no primeiro lugar.”

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