Cómo percibimos la textura ha sido un misterio durante mucho tiempo. Se sabe que los nervios adheridos a la piel de la yema del dedo son responsables de detectar diferentes superficies, pero no se comprende bien cómo lo hacen. Los roedores realizan la detección de texturas a través de sus bigotes. Al igual que las yemas de los dedos humanos, los bigotes realizan múltiples tareas, detectando la proximidad y la forma de los objetos, así como las texturas de la superficie.
Matemáticos del Departamento de Ingeniería Matemática de la Universidad de Bristol trabajaron con neurocientíficos de la Universidad de Tuebingen en Alemania para comprender cómo el movimiento de un bigote a través de una superficie traduce la información de la textura en señales neuronales que pueden ser percibidas por el cerebro.
Al llevar a cabo pruebas de laboratorio de alta precisión en un bigote de rata real, combinado con modelos de cálculo, los investigadores encontraron que los bigotes actúan como antenas, sintonizados para detectar los pequeños movimientos de deslizamiento causados por la fricción entre la superficie y la punta del bigote.
“Una de las cosas más sorprendentes que encontramos tanto en los experimentos como en la teoría fue la amplificación mil veces mayor de señales de fuerza diminutas percibidas por la punta del bigote a las que reciben las neuronas en la base del bigote. De repente nos dimos cuenta de que el bigote está actuando como un amplificador, tomando eventos de stick-slip a microescala y convirtiéndolos rápidamente en pulsos limpios que pueden ser captados y procesados por el cerebro “, dijo el profesor Alan Champneys de la Universidad de Bristol, codirector del trabajo de modelado con su colega, el Dr. Robert Szalai. El Dr. Thibaut Putelat llevó a cabo el modelado numérico detallado.
La investigación Transmisión de señales de textura a lo largo de un bigote de rata, publicada en la revista Informes científicos del editor Nature, revela que el estrechamiento del bigote tiene el efecto de amplificar pequeños movimientos de alta frecuencia en cambios apreciables similares a pulsos en las fuerzas y el movimiento en el folículo del bigote. A su vez, las células nerviosas del folículo detectan estos cambios y los transmiten al cerebro.
“Es casi como si la morfología del bigote estuviera diseñada para transmitir estas señales inducidas por la fricción como ondas” AC “sobre el movimiento” DC “del bigote que transmite la información sobre la proximidad y dureza de la superficie.
“Estas ondas de CA son demasiado pequeñas y demasiado rápidas para ser percibidas por el ojo humano. Sin embargo, al abordar este problema de manera multidisciplinaria, hemos podido revelar estas ondas con claridad por primera vez”, dijo el profesor Champneys.
“Los hallazgos también tienen implicaciones para el tacto humano, donde la morfología de las crestas de las huellas dactilares es más compleja, pero podrían distinguir de manera similar entre las señales de CA y CC, ya que nuestro cerebro intenta desenredar múltiples flujos de información sobre lo que estamos sintiendo”, dijo el Dr. Maysam. Oladazimi, quien realizó los experimentos como parte de su doctorado.
Los hallazgos podrían tener beneficios de gran alcance, incluida la forma en que las texturas podrían diseñarse para proporcionar señales óptimas para las personas con discapacidad visual, para la operación de seguridad humana en entornos con poca luz o para instalaciones artísticas inmersivas.
“Esta investigación abre varias vías para el trabajo futuro. Como neurocientíficos, estamos interesados en desarrollar una comprensión más detallada de las vías de señalización neuronal en la discriminación de texturas, mientras que nuestros colegas en Bristol están ansiosos por explorar las implicaciones para el diseño de futuros sistemas de detección robótica”. dijo el profesor Cornelius Schwarz, quien dirigió los experimentos en la Universidad de Tuebingen.
El profesor Champneys dijo que la investigación fue de particular valor para la detección háptica en el campo de la robótica, donde los robots sienten literalmente su entorno y es el foco de gran parte de la investigación actual, especialmente para los robots que necesitan actuar de forma autónoma en la oscuridad, como en la búsqueda. y misiones de rescate. El profesor Nathan Lepora y sus colegas del Laboratorio de Robótica de Bristol son pioneros en este campo.
“Esta colaboración interdisciplinaria transnacional entre experimentadores y modeladores matemáticos fue emocionante. Los resultados de los modelos de computadora y de los experimentos de laboratorio fueron de la mano; fue solo a través de una combinación de los dos que pudimos lograr nuestro gran avance”, dijo Profesor Champneys.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de bristol. Nota: El contenido puede editarse por estilo y longitud.
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