Sinirbilim

Temasta Hafıza: Parmak Uçları Geçmiş Güçleri Hatırlar

Özet: Araştırmacılar, parmak ucunun önceki kuvvetlere ilişkin mekanik hafızasının, dokunsal nöron aktivitesini nasıl etkilediğini araştırdı.

Çalışma, deformasyonların uygulanan kuvvetten daha uzun sürdüğü ve beyne gönderilen bilgileri etkileyen parmak ucu viskoelastisitesinin önemini ortaya koyuyor. Bu, beynimizin mevcut kuvvet verilerini ve önceki kuvvetlerin bir “hafızasını” aldığını gösterir.

Bulgular, günlük görevlerde ve dokunmaya dayalı eylemlerde el kontrolünün anlaşılmasına kapı açıyor.

Ana unsurlar:

  1. Parmak uçlarının viskoelastik doğası, kuvvetlerden kaynaklanan deformasyonların gerçek kuvvetten daha uzun sürdüğü ve dokunsal nöronlar tarafından beyne iletilen bilgileri etkilediği anlamına gelir.
  2. Doğal nesne etkileşimlerini taklit etmek için robotları kullanan araştırmacılar, farklı nöron türlerinin (FA-1, SA-1 ve SA-2) çeşitli kuvvetlere verdiği sinirsel tepkileri gözlemledi.
  3. Çalışma, dokunsal nöronlarda çeşitli tepkiler buldu; bu, onların parmak ucunun viskoelastik durumu hakkında zengin bilgi aktardıklarını ve geçmiş etkileşimlerin bir “hatırasını” tuttuklarını öne sürüyor.

Kaynak: e-Hayat

Bilim adamları, uygulanan bir kuvvete yanıt olarak parmak ucundaki dokunsal nöronların aktivitesinin, parmak ucunun önceki kuvvetlere ilişkin mekanik hafızasından nasıl etkilendiğini ayrıntılı olarak açıkladılar.

Bugün yayınlanan çalışma, e-Hayat Gözden Geçirilmiş Ön Baskı, parmak ucunun viskoelastisitesinin (uygulanan bir kuvvete karşı zamana bağlı mekanik tepkisinin) dokunsal nöronlar tarafından beyne iletilen bilgiyi nasıl etkilediğine dair editörlerin temel bulgular dediği şeyi sağlıyor.

Bu bir kişinin elini gösterir.
Daha sonra ekip, artan nöronal tepki değişkenliğinin parmak ucunun viskoelastik hafızasıyla bağlantılı olup olamayacağını araştırdı. Kredi: Nörobilim Haberleri

Bulgular, bu nöronların mevcut parmak ucu kuvvetine ve parmak ucunun önceki yüklemelere ilişkin viskoelastik hafızasına sinyal verdiğini vurgulamaktadır. Cildin son fiziksel durumu hakkındaki dokunsal bilgiler, beynin nesne manipülasyonu ve dokunsal görevlerde elleri kontrol etmek için doğru motor komutları formüle etmesine yardımcı olabilir.

Yemek pişirmek, temizlik yapmak veya nesneleri kavramak ve taşımak gibi ellerimizle yaptığımız günlük görevler, dış nesnelere hassas ve hızlı bir şekilde tekrarlanan kuvvet uygulanmasını gerektirir.

Bu görevleri etkili bir şekilde yerine getirmek için beyin, dokunsal nöronlar tarafından sağlanan parmak uçlarına etki eden kuvvetler hakkındaki bilgilere güvenir. Ancak bu nöronlar temas kuvvetlerini doğrudan sinyallemezler; bunun yerine uygulanan kuvvetin ciltte yarattığı deformasyonlar hakkında bilgi aktarırlar.

Birleşik Krallık’taki Sheffield Üniversitesi Psikoloji Bölümü Kıdemli Öğretim Görevlisi, baş yazar Hannes Saal şöyle açıklıyor: “İnsan parmak ucunun viskoelastikliği, parmak ucuna etki eden bir kuvvetin neden olduğu herhangi bir deformasyonun, kuvvetin kendisinden daha uzun sürdüğü anlamına gelir.”

“Bu nedenle, önceki kuvvetlerden kaynaklanan kalıcı deformasyonlar, yeni bir kuvvete maruz kaldığında parmak ucunun mekanik olarak nasıl tepki vereceğini etkileyecektir. Ancak bu fiziksel hafızanın, doğal el kullanımı sırasında dokunsal nöronların sinyallerini ne ölçüde etkilediği tam olarak anlaşılamadı.”

Bunu araştırmak için Saal ve meslektaşları, yeni kuvvetler uygulandığında önceki parmak ucu kuvvetlerinin birinci dereceden dokunsal nöronların tepkilerini nasıl etkilediğini incelediler. Doğal nesne etkileşimi sırasında tipik olarak karşılaşılanları taklit eden kuvvetlerle parmak ucunu uyarmak için özel yapım bir robot kullandılar.

İnsan gönüllülerin periferik sinirlerine yerleştirilen özel olarak tasarlanmış elektrotları kullanarak yaklaşık 200 bireysel nöronun dürtü tepkilerini kaydettiler. Nöronlar hızlı adapte olan tip 1 (FA-1), yavaş adapte olan tip 1 (SA-1) ve yavaş adapte olan tip 2 (SA-2) olarak kategorize edildi.

Parmak ucuna farklı yönlerde kuvvetler hızlı bir şekilde art arda uygulandı. Ekip, uyaranların yön sırasının sabit tutulduğu stimülasyon dizilerinde parmak ucu deformasyonunu ve ortaya çıkan sinir tepkilerini, sıranın sistematik olarak değiştirildiği dizilerle karşılaştırarak, önceki kuvvet uyarısının bir sonrakinin tepkileri üzerindeki etkilerini analiz etti.

İlk olarak, yükleme geçmişini değiştirmenin parmak ucu deformasyonunda daha büyük farklılıklara yol açtığını ve parmak ucunun viskoelastik hafızasını doğruladığını belirtmişlerdir. Daha sonra deformasyondaki bu artan değişkenliğin nöronların tepkilerine yansıyıp yansımadığını incelediler.

Kuvvet uygulamaları sırasındaki ateşleme oranlarının, yön sırası sabite göre değiştirildiğinde, FA-1 ve SA-1 nöronlarında kabaca iki kat daha fazla değişkenlik gösterdiğini ve SA-2 nöronlarında yaklaşık %70 daha fazla değişkenlik gösterdiğini buldular.

Bu, parmak ucunun viskoelastik hafızasının dokunma nöronundaki tepkileri etkilediğini gösterdi. Nöron türleri arasındaki etki büyüklüğü farkı, tip 1 nöronların öncelikle derinin yüzeysel yapılarındaki mekanik olayları algılamasından kaynaklanabilirken, tip 2 nöronların öncelikle derin dokulardaki gerilim durumlarını algılamasından kaynaklanabilir.

Daha sonra ekip, artan nöronal tepki değişkenliğinin parmak ucunun viskoelastik hafızasıyla bağlantılı olup olamayacağını araştırdı. Bu amaçla, hem mevcut hem de önceki kuvvetin yönü hakkında beyne iletilen bilgiyi ölçtüler.

Önceki uyaran tutarlı olduğu zamana kıyasla sistematik olarak değiştirildiğinde mevcut kuvvet yönü hakkındaki bilgilerin azaldığını bulmuşlardır. Şaşırtıcı bir şekilde, her türdeki bireysel nöronların davranışlarında da önemli çeşitlilik gözlemlediler: Bazı nöronlar esas olarak mevcut kuvvet yönü hakkında bilgi verirken, diğerleri hem mevcut hem de önceki yöne, bazıları ise öncelikle önceki yöne sinyal verdi.

Dahası, çoğu harici uyarı olmadan bile aktif olan SA-2 nöronlarının, parmak ucu yüklemeleri arasında bile parmak ucunun viskoelastik deformasyon durumu hakkında bilgi sinyali verebildiğini keşfettiler.

Yanıtların bu çeşitliliği, birinci dereceden dokunsal nöronların toplu olarak, parmak ucunun viskoelastik durumu hakkında, içlerinde geçmiş uyarıların anısını içeren zengin bilgileri beyne aktardığını gösteriyor.

Ortak yazar, New South Wales Sidney Üniversitesi’nde Doçent olan Ingvars Birznieks şunları söylüyor: “SA-2 nöronlarının işlevlerinden birinin parmak ucunun genel viskoelastik durumuna sinyal vermek olabileceği fikri beni çok etkiledi. Tip 1 nöron girdisinin daha doğru yorumlanmasını sağlayabilir.”

Yazarlar, viskoelastisitenin dokunsal algılama üzerindeki etkilerinin manuel görevlerin performansını etkileyip etkilemediğine dair sistematik bir araştırma yapılmadığını, bu nedenle viskoelastisitenin performansı sınırlayıp sınırlayamayacağı veya geçmiş uyaranlarla ilgili sinirsel bilgilerin bazı durumlarda beyin tarafından kullanılıp kullanılmadığının belirsizliğini koruduğunu belirtiyorlar. kapasite.

Ek olarak, eLife’ın kamuya açık incelemesinde önerildiği gibi, çalışma, cilt deformasyonu ile nöron ateşlemesi arasındaki bağlantının daha doğrudan incelenmesinden, yazarların şu anda ele aldığı bir husustan faydalanabilir.

İsveç Umeå Üniversitesi Bütünleyici ve Tıbbi Biyoloji Bölümünde Profesör olan kıdemli yazar Roland Johansson, “Bulgularımız dokunsal nöron popülasyonlarının, parmak ucunun viskoelastik deformasyon durumu hakkında beyne sürekli bir bilgi akışı sağladığını gösteriyor” diye bitiriyor.

“Beynin, dokunmaya dayalı eylemlerin planlanması ve değerlendirilmesi sırasında parmak ucunun durumunu tahmin etmek için bu bilgiyi kullanması akla yatkındır. Bu fikrin gelecekteki araştırmalarda araştırılması ilgi çekici bir potansiyele sahiptir.”

Bu dokunsal hafıza araştırma haberi hakkında

Soyut

Bellek parmaklarınızın ucunda: viskoelastisite dokunsal nöron sinyalini nasıl etkiler?

İnsan derisi ve altındaki dokular viskoelastik bir ortam oluşturur; bu da herhangi bir deformasyonun yalnızca o anda uygulanan kuvvete değil, aynı zamanda son yükleme geçmişine de bağlı olduğunu gösterir. Bu fiziksel hafızanın, doğal el kullanımı sırasında birinci dereceden dokunsal nöronların sinyallerini ne ölçüde etkilediği tam olarak anlaşılmamıştır.

Burada, geçmiş yüklemenin, insan parmak ucunu innerve eden hızlı adapte olan (FA-1) ve yavaş adapte olan (SA-1 ve SA-2) birinci dereceden dokunsal nöronların farklı yönlerde uygulanan yüklemelere verdiği yanıtlar üzerindeki etkisini inceledik. nesne işleme görevleri.

Önceki yüklemedeki varyasyonun nöronların genel kuvvet yönü sinyalini etkilediğini bulduk. Bazı nöronlar mevcut yönün sinyalini vermeye devam ederken, diğerleri hem mevcut yönün hem de önceki yönün, hatta öncelikle önceki yönün sinyalini verdi.

Ek olarak, SA-2 nöronlarında yüklemeler arasında devam eden dürtü aktivitesi, parmak ucunun yüklemeler arasındaki viskoelastik deformasyon durumuna ilişkin bilginin sinyalini verdi.

Popülasyon seviyesindeki dokunsal nöronların, parmak ucunun hem yakın geçmişi hem de mevcut yükleme ile şekillenen viskoelastik deformasyon durumu hakkında sürekli bilgi sinyali verdiği sonucuna vardık.

Bu tür bilgiler, beynin mevcut kuvvet yükünü doğru bir şekilde yorumlaması ve manipülasyon ve dokunsal görevlerde nesnelerle etkileşimler için doğru motor komutlarının hesaplanmasına yardımcı olması için yeterli olabilir.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/tactile-memory-neuroscience-23882/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu