Istraživači su prije vjerovali da su pojedinačni neuroni primarno osjetljivi na dodir uredno reagirali na određene vrste dodira. Sada studija Sveučilišta Northwestern otkriva da neuroni osjetljivi na dodir komuniciraju dodir na mnogo neuredniji i zbrkaniji način.
U istraživanju je tim razvio novu tehniku za poticanje brkova štakora u tri dimenzije, istovremeno bilježeći prve reakcije neurona osjetljivih na dodir u mozgu štakora. Znanstvenici su otkrili da su, umjesto da reagiraju na različite vrste dodira, ti neuroni – koji su prvi primili signale ranog dodira – reagirali na mnoge vrste dodira i u različitom stupnju.
Istraživanje je danas objavljeno na internetu u Zborniku Nacionalne akademije znanosti.
“Mnogi su ljudi mislili da je svaki neuron vrlo precizno podešen za neki aspekt podražaja dodira”, rekla je Mitra Hartmann iz Northwesterna, jedna od viših autorica studije. “To uopće nismo otkrili. Neki neuroni reagiraju više od drugih na neke značajke podražaja, pa postoji određeni stupanj ugađanja. Ali ti neuroni reagiraju na mnoge kombinacije različitih sila i zakretnih momenata primijenjenih na brk.”
“Kada smo uspoređivali sve zabilježene neurone, otkrili smo da su se podražaji na koje su reagirali preklapali jedan s drugim, ali ne savršeno”, dodao je Nicholas Bush, prvi autor rada. “Slično je slikarevoj paleti: Očekivali smo da ćemo pronaći pregršt “primarnih boja”, gdje bi neuron mogao biti jedan od nekoliko različitih tipova. Ali otkrili smo da je “paleta” već pomiješana. Svaki neuron bio je malo drugačiji od svih ostalih, ali zajedno su pokrili cijeli spektar.”
Prethodne studije “previše ograničene, pojednostavljene”
Samo četkom brkova štakori mogu izvući detaljne informacije iz svog okruženja, uključujući udaljenost objekta, orijentaciju, oblik i teksturu. Ova izuzetna sposobnost čini osjetilni sustav štakora idealnim za proučavanje odnosa između mehanike (pokretni brk) i osjetilnog ulaza (signali dodira koji se šalju u mozak). No, unatoč popularnosti korištenja sustava brkova za istraživanje misterije dodira, ostaju mnoga neodgovorena pitanja.
Iako su velike regije mozga posvećene obradi signala dodira, broj primarnih osjetnih neurona koji prvi prikupljaju taktilne informacije relativno je mali i malo se razumije. “Postoji “usko grlo informacija””, rekao je Bush. “Željeli smo znati kako su neuroni koji osjećaju dodir sposobni usvojiti i predstaviti složene informacije unatoč ovom uskom grlu.”
Dok su prethodne studije istraživale kako neuroni reagiraju na stimulirani brčić, te studije nisu mogle realno replicirati prirodni dodir. U mnogim studijama, na primjer, istraživači su ošišali brk anesteziranog štakora na otprilike centimetar duljine, a zatim su precizno pomicali brkove naprijed -natrag, mikrometre odjednom.
“Ovo nimalo ne obuhvaća punu fleksibilnost brčića”, rekao je Hartmann. “Nije kako bi se štakor kretao u prirodnom okruženju. To je precizna stimulacija, koja daje precizan odgovor, ali je previše ograničena i pojednostavljena.”
Nova sveobuhvatna tehnika
U studiji Northwestern-a, međutim, istraživači su ostavili brk netaknut i ručno ga stimulirali kroz opsežan raspon pokreta, smjerova, brzina i sila, gore-dolje cijelom dužinom brka. Koristeći implantirane elektrode za mjerenje električne aktivnosti neurona koji su primili signale dodira, istraživači su kvantificirali kako su ti neuroni reagirali na širok raspon mehaničkih signala, mnogo bliže onome što bi pravi štakor doživio u svom prirodnom okruženju. U konačnici, otkrili su da su svi neuroni reagirali – iako neki više od drugih – na sve različite vrste podražaja.
“Ovo otkriće sugerira da osjet dodira može biti sposoban za vrlo složene taktilne podvige jer ne odbacuje niti filtrira mnogo informacija u toj prvoj fazi senzornog stjecanja prije nego što informacije dođu do viših centara za obradu u mozgu”, rekao je Bush. “Umjesto toga, ti rani osjetni neuroni prenose visoku vjernost – ali “zbrkanu/neurednu” – reprezentaciju informacija. Mozak mora biti, i očito je, sposoban razvrstati zbrku i povezati je sa svim ostalim dostupnim informacijama za tumačenje osjećaja dodira.”
Zatim, Hartmann i njezin tim planiraju kombinirati ovaj novi nalaz s WHISKiT-om, prvom 3D simulacijom sustava brkova štakora, koja je nedavno razvijena u njezinu laboratoriju.
“Možemo upotrijebiti model WHISKiT za simulaciju mehaničkih signala koji će se pojaviti tijekom prirodnog ponašanja, a zatim simulirati kako bi populacija neurona odgovorila na te mehaničke signale”, rekao je Hartmann. “Scenariji simulacije temeljit će se na rezultatima koje smo otkrili u ovoj najnovijoj studiji.”
