samenvatting: Onderzoekers hebben onderzocht hoe het mechanische geheugen van eerdere krachten op de vingertop de activiteit van tactiele neuronen beïnvloedt.
De studie onthult het belang van de visco-elasticiteit van de vingertoppen, omdat vervormingen langer aanhouden dan de uitgeoefende kracht, waardoor de informatie die naar de hersenen wordt verzonden, wordt beïnvloed. Dit geeft aan dat onze hersenen de gegevens van de huidige kracht en het “geheugen” van de voorgaande krachten ontvangen.
De bevindingen openen de deuren naar inzicht in handmatige bediening bij alledaagse taken en op aanraking gebaseerde acties.
Belangrijkste feiten:
- De visco-elastische aard van de vingertoppen betekent dat vervormingen als gevolg van de krachten langer aanhouden dan de werkelijke kracht, waardoor de informatie wordt beïnvloed die door tactiele neuronen naar de hersenen wordt verzonden.
- Met behulp van de robots om de interacties van natuurlijke objecten na te bootsen, observeerden de onderzoekers de neurale reacties van verschillende soorten neuronen (FA-1, SA-1 en SA-2) op verschillende krachten.
- De studie vond uiteenlopende reacties in tactiele neuronen, wat suggereert dat ze rijke informatie over de visco-elastische toestand van de vingertoppen overbrengen en een ‘herinnering’ aan eerdere interacties bevatten.
bron: eLife
Wetenschappers hebben gedetailleerd beschreven hoe de activiteit van tactiele neuronen in de vingertop als reactie op een uitgeoefende kracht wordt beïnvloed door het mechanische geheugen van eerdere krachten op de vingertop.
De studie is vandaag gepubliceerd als eLife De herziene voorlopige versie biedt wat de redactie belangrijke bevindingen noemt over hoe de visco-elasticiteit van een vingertop – de tijdsafhankelijke mechanische reactie op een uitgeoefende kracht – de informatie beïnvloedt die door tactiele neuronen naar de hersenen wordt verzonden.
De resultaten bevestigen dat deze neuronen de huidige vingersterkte en het visco-elastisch geheugen van de vinger voor eerdere belastingen signaleren. Tactiele informatie over de recente fysieke toestand van de huid kan de hersenen helpen bij het formuleren van fijne motorische commando’s om de handen te controleren bij het hanteren van tactiele voorwerpen en taken.
Dagelijkse taken die we met onze handen uitvoeren, zoals koken, schoonmaken of voorwerpen vastgrijpen en verplaatsen, vereisen de nauwkeurige en snelle uitoefening van krachten op externe voorwerpen.
Om deze taken effectief uit te voeren, vertrouwen de hersenen op informatie over de krachten die op de vingertoppen inwerken, afkomstig van tactiele neuronen. Deze neuronen signaleren echter niet rechtstreeks de krachten van verbinding; In plaats daarvan verzendt het informatie over vervormingen die in de huid optreden als gevolg van de uitgeoefende kracht.
“De visco-elasticiteit van menselijke vingertoppen betekent dat elke vervorming veroorzaakt door een kracht die op de vingertoppen inwerkt langer aanhoudt dan de kracht zelf”, legt hoofdauteur Hans Sall uit, hoofddocent bij de afdeling psychologie van de Universiteit van Sheffield, VK.
Daarom zullen resterende vervormingen van eerdere krachten invloed hebben op hoe de vingertop mechanisch reageert wanneer deze wordt blootgesteld aan een nieuwe kracht. Het is echter niet goed bekend in welke mate dit fysieke geheugen de tactiele neuronsignalering tijdens normaal handgebruik beïnvloedt.
Om dit te onderzoeken onderzochten Sale en collega’s hoe eerdere vingerkrachten de reacties van tactiele neuronen van de eerste orde beïnvloeden wanneer nieuwe krachten worden toegepast. Ze gebruikten een speciaal ontworpen robot om een vingertop te stimuleren met krachten die lijken op de krachten die je normaal tegenkomt bij interactie met natuurlijke objecten.
Ze registreerden de impulsreacties van bijna 200 individuele neuronen met behulp van speciaal ontworpen elektroden die in de perifere zenuwen van menselijke vrijwilligers werden ingebracht. Neuronen werden geclassificeerd als snel adaptief type 1 (FA-1), snel adaptief type 1 (SA-1) en snel adaptief type 2 (SA-2).
Er werden snel achter elkaar krachten in verschillende richtingen op de vingertop uitgeoefend. Door vingertopvervorming en neurale reacties te vergelijken die werden opgewekt in stimulussequenties waarbij de richtingsvolgorde van de stimuli constant bleef met sequenties waarbij de volgorde systematisch werd gevarieerd, analyseerde het team de effecten van de vorige krachtstimulus op reacties op de volgende stimulus.
Ten eerste merkten ze op dat het veranderen van de laaddatum resulteerde in een grotere variantie in de vervorming van de vingertop, wat het visco-elastische geheugen van de vingertop bevestigde. Vervolgens onderzochten ze of deze toegenomen variantie in vervorming werd weerspiegeld in neuronale reacties.
De onderzoekers ontdekten dat de vuursnelheid tijdens krachttoepassingen bijna twee keer zoveel variantie vertoonde in FA-1- en SA-1-neuronen, en bijna 70% grotere variantie in SA-2-neuronen, wanneer de richtingsvolgorde werd gevarieerd vergeleken met de statische volgorde.
Dit geeft aan dat het visco-elastische geheugen van de vingertoppen de reacties van tactiele neuronen beïnvloedde. Het verschil in effectgrootte tussen neurontypen zou kunnen voortkomen uit het feit dat type I-neuronen voornamelijk mechanische gebeurtenissen in oppervlakkige structuren van de huid waarnemen, terwijl type II-neuronen voornamelijk spanningstoestanden in diepere weefsels waarnemen.
Vervolgens onderzocht het team of de toegenomen variabiliteit in neurale respons verband kon houden met het visco-elastische geheugen van de vingertoppen. Daartoe maten ze de informatie die naar de hersenen werd verzonden over de richting van de kracht, zowel in het huidige als in het verleden.
Ze ontdekten dat informatie over de richting van de stroomsterkte afnam wanneer de vorige stimulus systematisch werd gevarieerd, vergeleken met wanneer deze constant was. Interessant genoeg observeerden ze ook een grote diversiteit in het gedrag van individuele neuronen binnen elke soort: terwijl sommige neuronen voornamelijk informatie doorgeven over de richting van de huidige kracht, geven andere de huidige en vroegere richting aan, en sommige geven vooral de richting van de vorige aan.
Bovendien ontdekten ze dat SA-2-neuronen, waarvan er vele zelfs zonder externe stimulatie worden geactiveerd, zelfs tussen vingertopbelastingen informatie kunnen overbrengen over de toestand van visco-elastische vervorming in de vingertop.
Deze diversiteit aan reacties geeft aan dat tactiele neuronen van de eerste orde, samen genomen, rijke informatie over de visco-elastische toestand van de vingertoppen naar de hersenen overbrengen en daarin een herinnering aan de stimulus uit het verleden bevatten.
“Ik voel me erg aangetrokken tot het idee dat een van de functies van SA-2-neuronen zou kunnen zijn het signaleren van de algehele visco-elastische toestand van de vingertoppen, wat een nauwkeuriger interpretatie van neuronale input mogelijk zou kunnen maken dan de eerste soort.”
De auteurs merken op dat er geen systematisch onderzoek is gedaan naar de vraag of de effecten van visco-elasticiteit op tactiele waarneming de prestaties bij handmatige taken beïnvloeden, dus het blijft onduidelijk of visco-elasticiteit de prestaties kan beperken, of dat de hersenen neurale informatie gebruiken, soms over stimuli uit het verleden. capaciteit.
Bovendien zou het onderzoek, zoals gesuggereerd in de openbare recensie van eLife, baat kunnen hebben bij een directer onderzoek naar het verband tussen huidvervorming en neuronaal vuren, een aspect waar de auteurs momenteel aandacht aan besteden.
“Onze bevindingen geven aan dat tactiele neuronale populaties een continue stroom van informatie naar de hersenen verschaffen over de toestand van visco-elastische vervorming aan de vingertop”, concludeert hoofdauteur Roland Johansson, hoogleraar bij de afdeling Integratieve en Medische Biologie, Universiteit van Umeå, Zweden.
“Het is aannemelijk dat de hersenen deze informatie kunnen gebruiken om de conditie van de vingertop te schatten tijdens het plannen en evalueren van op aanraking gebaseerde acties. Het onderzoeken van dit idee in toekomstig onderzoek biedt interessante mogelijkheden.”
Over tactiel geheugenonderzoeksnieuws
auteur: Emily Packer
bron: eLife
communicatie: Emily Packer – eLife
afbeelding: Afbeelding toegeschreven aan Neuroscience News
Originele zoekopdracht: vrije toegang.
“Geheugen binnen handbereik: hoe visco-elasticiteit de tactiele neuronsignalering beïnvloedtGeschreven door Hans Sa et al. eLife
een samenvatting
Geheugen binnen handbereik: hoe visco-elasticiteit de tactiele neuronsignalering beïnvloedt
De menselijke huid en de onderliggende weefsels vormen een visco-elastisch medium, wat betekent dat elke vervorming niet alleen afhangt van de kracht die momenteel wordt uitgeoefend, maar ook van de recente belastingsgeschiedenis. De mate waarin dit somatische geheugen de tactiele neuronsignalering van de eerste orde beïnvloedt tijdens natuurlijk handgebruik is niet goed begrepen.
Hier onderzochten we het effect van voorbelasting op de reacties van snel adaptieve (FA-1) en langzaam adaptieve (SA-1 en SA-2) tactiele neuronen die de menselijke vingertop innerveren op belastingen die in verschillende richtingen worden uitgeoefend. objectverwerkingstaken.
We ontdekten dat het verschil in voorbelasting het algehele signaal van de krachtrichting van het neuron beïnvloedt. Sommige neuronen bleven de huidige richting aangeven, terwijl andere de huidige richting en de vorige richting aangaven, of zelfs de vorige richting.
Bovendien geeft continue impulsactiviteit in SA-2-neuronen tussen belastingen informatie aan over de toestand van visco-elastische vervorming in de vingertop tussen belastingen.
We concluderen dat tactiele neuronen op populatieniveau continue informatie rapporteren over de visco-elastische vervormingstoestand van de vingertop, die wordt gevormd door de recente geschiedenis en de huidige belasting.
Deze informatie kan voldoende zijn voor de hersenen om de huidige krachtbelasting correct te interpreteren en om fijne motorische commando’s te helpen berekenen voor interacties met objecten bij tactiele verwerking en taken.
‘Webgeek. Wannabe-denker. Lezer. Freelance reisevangelist. Liefhebber van popcultuur. Gecertificeerde muziekwetenschapper.’
