Τα μουστάκια του αρουραίου: Η διεπιστημονική έρευνα αποκαλύπτει πώς αισθανόμαστε την υφή

Τα μουστάκια του αρουραίου: Η διεπιστημονική έρευνα αποκαλύπτει πώς αισθανόμαστε την υφή

Το πώς αισθανόμαστε την υφή υπήρξε εδώ και καιρό ένα μυστικό. Αναγνωρίζεται ότι τα νεύρα που συνδέονται με το δέρμα των δακτύλων είναι υπεύθυνα για την παρακολούθηση διαφόρων επιφανειών, αλλά πώς το κάνουν δεν είναι καλά κατανοητό. Τα τρωκτικά πραγματοποιούν παρατηρήσεις υφής με τις τρίχες τους. Όπως τα ανθρώπινα δάχτυλα, οι τρίχες εκτελούν πολλές δουλειές, παρατηρώντας την εγγύτητα καθώς και τη μορφή αντικειμένων, καθώς και την εμφάνιση της επιφάνειας.

Μαθηματικοί από το Τμήμα Μηχανικών του Τμήματος Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ, ασχολήθηκαν με νευροεπιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Tuebingen στη Γερμανία, για να κατανοήσουν πώς η κίνηση μιας τρίχας σε όλη την επιφάνεια μετατρέπει τις πληροφορίες υφής απευθείας σε νευρικά σήματα που μπορεί να δει το μυαλό.

Εκτελώντας εργαστηριακές εξετάσεις υψηλής ακρίβειας σε γνήσια μαλλιά αρουραίων, ενσωματωμένα με υπολογιστικές εκδόσεις, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι τρίχες μιμούνται κεραίες, συντονισμένες για να αισθανθούν τις μικρές κινήσεις που γίνονται με τριβή μεταξύ της επιφάνειας καθώς και την πρόταση τα μαλλιά.

«Ένα από τα πιο εντυπωσιακά πράγματα που βρήκαμε τόσο στα πειράματα όσο και στη θεωρία ήταν η χίλια φορές ενίσχυση των μικροσκοπικών σημάτων δύναμης που γίνονται αντιληπτά από την άκρη του ψιθυριστή σε εκείνη που έλαβαν οι νευρώνες στη βάση μουστάκι. Ξαφνικά συνειδητοποιήσαμε ότι ο ψίθυρος ενεργεί σαν ενισχυτής, παίρνει γεγονότα μικρο-κλίμακας stick-slip και τα μετατρέπει γρήγορα σε καθαρούς παλμούς που μπορούν να συλλεχθούν και να υποστούν επεξεργασία από τον εγκέφαλο », δήλωσε ο καθηγητής Alan Champneys από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, συν. -έγερση της συμφωνίας μοντελοποίησης με συνεργάτη, ο Δρ Robert Szalai. Ο Δρ Thibaut Putelat πραγματοποίησε την εις βάθος μαθηματική μοντελοποίηση.

Η έρευνα Μεταφορά σημάτων υφής κατά μήκος μιας τρίχας αρουραίου, που κυκλοφόρησε στο περιοδικό Επιστημονικές Εκθέσεις από τον συγγραφέα Nature, αποκαλύπτει ότι η μείωση των μαλλιών έχει την επίδραση της εντατικοποίησης μικρών κινήσεων υψηλής συχνότητας σε σημαντικές τροποποιήσεις που μοιάζουν με παλμούς, καθώς και την κίνηση στο θυλάκιο των μαλλιών. Με τη σειρά του, ο προσαγωγός νευρώνας στο θυλάκιο των τριχών αισθάνεται αυτές τις τροποποιήσεις καθώς και τις μεταφέρει στο μυαλό.

«Είναι σχεδόν σαν η μορφολογία του ψίθυρου να έχει σχεδιαστεί για να μεταδίδει αυτά τα σήματα που προκαλούνται από τριβή ως κύματα« Κλιματιστικό »πάνω από την κίνηση« DC »του ψίθυρου που μεταφέρει τις πληροφορίες σχετικά με την εγγύτητα και τη σκληρότητα της επιφάνειας.

«Αυτά τα κύματα κλιματιστικών είναι επίσης μικρά, αλλά και γρήγορα για να τα βλέπει κανείς από το ανθρώπινο μάτι. Ωστόσο, στην προσέγγιση αυτού του προβλήματος με πολυθεματικό στυλ, είχαμε την ικανότητα να εκθέσουμε αυτά τα κύματα με καθαρότητα για πρώτη φορά », δήλωσε ο καθηγητής Champneys.

«Οι αναζητήσεις έχουν αποτελέσματα και για την ανθρώπινη αφή, όπου η μορφολογία των δακτυλικών αποτυπωμάτων είναι πολύ πιο περίπλοκη, αλλά μπορεί επίσης να συγκρίνει τα κλιματιστικά καθώς και τα σήματα DC καθώς το μυαλό μας προσπαθεί να αποσυνδέσει πολλές ροές πληροφοριών σχετικά με αυτό που πραγματικά αισθανόμαστε Είπε ο Δρ. Μαϊσάμ Ολανταζίμι, ο οποίος πραγματοποίησε τα πειράματα ως μέρος του διδακτορικού του.

Τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν εκτεταμένα οφέλη, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο οι υφές θα μπορούσαν να σχεδιαστούν ώστε να παρέχουν βέλτιστες ενδείξεις για άτομα με προβλήματα όρασης, για λειτουργία ανθρώπινης ασφάλειας σε περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού ή για συναρπαστικές καλλιτεχνικές εγκαταστάσεις.

«Αυτή η έρευνα ανοίγει μια σειρά ευκαιριών για μελλοντική εργασία. Ως νευροεπιστήμονες, έχουμε συμφέρον να δημιουργήσουμε μια πολύ πιο εις βάθος κατανόηση των διαδρομών νευρικής σηματοδότησης στη διάκριση υφής, ενώ οι συνεργάτες μας στο Μπρίστολ είναι πρόθυμοι να ελέγξουν τα αποτελέσματα για το στυλ των μελλοντικών συστημάτων ρομπότ, "δήλωσε ο καθηγητής Cornelius Schwarz, που ηγήθηκε των πειραμάτων στο Πανεπιστήμιο του Tuebingen.

Ο καθηγητής Champneys είπε ότι η έρευνα είχε ιδιαίτερη αξία για την απτική ανίχνευση στον τομέα της ρομποτικής, όπου τα ρομπότ αισθάνονται κυριολεκτικά το περιβάλλον τους και είναι το επίκεντρο πολλών τρεχουσών ερευνών, ειδικά για ρομπότ που πρέπει να ενεργούν αυτόνομα στο σκοτάδι, όπως στην αναζήτηση και αποστολές διάσωσης. Ο καθηγητής Nathan Lepora και οι συνεργάτες του στο Εργαστήριο Ρομποτικής του Μπρίστολ είναι πρωτοπόροι σε αυτόν τον τομέα.

«Αυτή η παγκόσμια διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ πειραματιστών και μαθηματικών μοντελιστών ήταν ενδιαφέρουσα. Τα προκύπτοντα από τις εκδόσεις του συστήματος υπολογιστών, καθώς και από τα πειράματα του εργαστηρίου έρευνας πήγαν μαζί - ήταν μόνο με ένα μείγμα και των δύο που είχαμε τη δυνατότητα να κάνουμε την ανάπτυξή μας », δήλωσε ο καθηγητής Champneys.