Matemáticos y neurocientíficos logran un gran avance en la comprensión de cómo los bigotes «amplifican» la textura
Cómo percibimos la textura ha sido un misterio durante mucho tiempo. Se sabe que los nervios adheridos a la piel de las yemas de los dedos son responsables de detectar diferentes superficies, pero no se comprende bien cómo lo hacen. Los roedores realizan la detección de texturas a través de bigotes. Al igual que las yemas de los dedos humanos, los bigotes realizan múltiples actividades, notando la proximidad y la forma de los objetos, así como las texturas de la superficie.
Los matemáticos del Departamento de Ingeniería Matemática de la Universidad de Bristol trabajaron con neurocientíficos de la Universidad de Tübingen en Alemania para comprender cómo el movimiento de un bigote en una superficie traduce la información de la textura en señales neuronales que pueden ser percibidas por el cerebro.
Al realizar pruebas de laboratorio de alta precisión en un bigote de ratón real, en combinación con modelos computacionales, los investigadores encontraron que los bigotes actúan como antenas, sintonizados para detectar los pequeños movimientos de deslizamiento provocados 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 en comparación con las recibidas por las neuronas en la base de los bigotes. De repente nos dimos cuenta de que el El bigote actúa como un amplificador, tomando los eventos de stick-slip en la microescala y transformándolos rápidamente en impulsos limpios que pueden ser captados y procesados por el cerebro «, dijo el profesor Alan Champneys de la Universidad de Bristol, co-líder del trabajo de modelado con su colega, Dr. Robert Szalai. Dr. Thibaut Putelat realizó el modelado numérico detallado.
La investigación Transmisión de señales de consistencia a lo largo de un bigote de ratón, publicada en la revista Informes científicos de la editorial Nature, revela que el estrechamiento del bigote tiene el efecto de amplificar pequeños movimientos de alta frecuencia en cambios apreciables similares a impulsos en las fuerzas y el movimiento del 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 «por encima del movimiento» DC «del bigote que transmite 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 una manera multidisciplinaria, pudimos revelar estas ondas con claridad por primera vez», dijo el profesor Champneys.
«Los hallazgos también tienen implicaciones para el contacto 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 a medida que nuestros cerebros intentan desentrañar más flujos de información sobre lo que sentimos», dijo el Dr. Maysam Oladazimi, quien realizó los experimentos como parte de su doctorado.
Los resultados podrían tener beneficios de gran alcance, incluida la forma en que las texturas podrían diseñarse para proporcionar información óptima para los ciegos, para operaciones de seguridad humana en entornos con poca luz o para instalaciones de arte inmersivo.
«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 de Bristol están ansiosos por explorar las implicaciones para el diseño de sistemas futuros. Detección robótica», dijo. El profesor Cornelius Schwarz, que realizó los experimentos en la Universidad de Tübingen.
El profesor Champneys dijo que la investigación ha sido de particular valor para la detección táctil en el campo de la robótica, donde los robots sienten literalmente su entorno y es el foco de gran parte de la investigación actual, particularmente para los robots que tienen que actuar de forma autónoma en la oscuridad, como en misiones de búsqueda y 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 ha sido emocionante. Los resultados de los modelos informáticos y los experimentos de laboratorio fueron de la mano: fue solo mediante una combinación de los dos que pudimos lograr nuestro gran avance», dijo el profesor Champneys .
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de bristol. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.