I baffi del ratto: la ricerca multidisciplinare rivela come percepiamo la consistenza

I baffi del topo: la ricerca multidisciplinare rivela come percepiamo la consistenza

Il modo in cui percepiamo la consistenza è stato a lungo un segreto. È noto che i nervi collegati alla pelle della punta delle dita hanno il compito di notare varie aree superficiali, ma come lo fanno non è ben compreso. I roditori eseguono la trama notando con i loro capelli. Come i polpastrelli umani, i capelli svolgono numerosi lavori, rilevando la vicinanza e la forma degli oggetti, nonché l'aspetto della superficie.

I matematici del Dipartimento di Ingegneria Matematica dell'Università di Bristol, hanno avuto a che fare con neuroscienziati dell'Università di Tubinga in Germania, per comprendere come il movimento di un capello su un'area superficiale converte le informazioni sulla trama in segnali neurali che possono essere visualizzati dalla mente.

Eseguendo esami di laboratorio di ricerca ad alta precisione su un vero pelo di ratto, incorporati con versioni di calcolo, gli scienziati hanno scoperto che i capelli imitano le antenne, sintonizzati per rilevare i piccoli movimenti stick-slip causati dallo sfregamento tra la superficie e il suggerimento di i capelli.

“Una delle cose più sorprendenti che abbiamo trovato sia negli esperimenti che nella teoria è stata l'amplificazione mille volte maggiore di minuscoli segnali di forza percepiti dalla punta del baffo rispetto a quelli ricevuti dai neuroni alla base dei baffi. Improvvisamente ci siamo resi conto che il baffo agisce come un amplificatore, prendendo eventi stick-slip su microscala e trasformandoli rapidamente in impulsi puliti che possono essere captati ed elaborati dal cervello", ha affermato il professor Alan Champneys dell'Università di Bristol, co -responsabile dell'accordo di modellazione con il socio, il dott. Robert Szalai. Il dott. Thibaut Putelat ha eseguito la modellazione matematica approfondita.

La ricerca Trasmissione di segnali di trama lungo un pelo di ratto, pubblicata sulla rivista Rapporti scientifici dall'autore Nature, rivela che la rastremazione dei capelli ha l'effetto di intensificare i piccoli movimenti ad alta frequenza fino a notevoli modifiche simili a impulsi efficaci e il movimento del follicolo pilifero. A sua volta, il neurone afferente nel follicolo pilifero percepisce queste modificazioni e le trasferisce alla mente.

“È quasi come se la morfologia del baffo fosse progettata per trasmettere questi segnali indotti dall'attrito come onde “Air Conditioner” al di sopra del movimento “DC” del baffo che trasmette le informazioni sulla vicinanza e la durezza della superficie.

“Queste onde del condizionatore d'aria sono anche piccole e veloci per essere visualizzate dall'occhio umano. Tuttavia, nell'affrontare questo problema in uno stile multidisciplinare, abbiamo effettivamente avuto la capacità di esporre queste onde con chiarezza per la prima volta", ha affermato il professor Champneys.

“Le ricerche hanno effetti anche sul tocco umano, dove la morfologia delle creste delle impronte digitali è molto più complicata, ma può anche confrontare i segnali del condizionatore d'aria e della corrente continua mentre la nostra mente tenta di districare numerosi flussi di informazioni su ciò che realmente stiamo provando ", ha affermato il dott. Maysam Oladazimi, che ha condotto gli esperimenti come parte del suo dottorato di ricerca.

I risultati potrebbero avere benefici di vasta portata, incluso il modo in cui le trame potrebbero essere progettate per fornire spunti ottimali per i non vedenti, per operazioni di sicurezza umana in ambienti con scarsa illuminazione o per installazioni artistiche immersive.

“Questa ricerca apre una serie di opportunità per il lavoro futuro. Come neuroscienziati, abbiamo interesse a creare una comprensione molto più approfondita dei percorsi di segnalazione neurale nella discriminazione delle trame, mentre i nostri colleghi a Bristol sono ansiosi di verificare gli effetti per lo stile dei futuri sistemi di rilevamento dei robot", ha affermato il professor Cornelius Schwarz, che ha condotto gli esperimenti presso l'Università di Tubinga.

Il professor Champneys ha affermato che la ricerca è stata di particolare valore per il rilevamento tattile nel campo della robotica, dove i robot sentono letteralmente il loro ambiente ed è al centro di molte ricerche attuali, in particolare per i robot che devono agire autonomamente al buio, come nella ricerca e missioni di salvataggio. Il professor Nathan Lepora e i colleghi del Bristol Robotics Laboratory sono pionieri in questo campo.

“Questa cooperazione interdisciplinare globale tra sperimentali e modellisti matematici è stata interessante. I risultati delle versioni del sistema informatico e degli esperimenti di laboratorio di ricerca sono andati insieme: è stato solo con un mix di entrambi che abbiamo avuto la capacità di realizzare il nostro sviluppo", ha affermato il professor Champneys.