У вашей домашней кошки, наверняка, имеются шикарные усы, но вы задумывались о том, как именно она их использует? Как бы это странно не прозвучало, но механиз работы так называемых "вибриссов" очень плохо изучен.
Основание уса, которое отвечает за посылку сигналов касания в мозг, спрятано внутри фолликула, глубокого кармана, в котором усы находятся внутри кожи. Поскольку эта часть усов не видна, понимание того, как именно усы передают мозгу прикосновения, было давней загадкой.
В новом исследовании междисциплинарная группа исследователей из Северо-Западного университета разработала первое механическое моделирование усов внутри фолликула. Объединив свою новую модель с новыми анатомическими наблюдениями, исследователи обнаружили, что, когда усы касаются объекта, они образуют S-образный изгиб внутри фолликула. Изгибаясь в S-образную форму, усы толкают или притягивают сенсорные клетки, которые затем посылают в мозг сигналы касания. Исследование было опубликовано в журнале PLoS Computational Biology.
Полученные данные могут помочь исследователям предсказать, как усы активируют различные сенсорные клетки, чтобы влиять на то, какие сигналы отправляются в мозг, а также помочь лучше понять человеческое прикосновение.
Часть уса, которая запускает сенсорные датчики, скрыта внутри фолликула, поэтому ее невероятно сложно изучать. Вы не можете измерить этот процесс экспериментально, потому что если вы разрежете фолликул, то повреждение изменит способ удерживания усов. Разрабатывая новые модели, мы можем получить представление о биологических процессах, которые нельзя напрямую измерить экспериментально.
Большинство млекопитающих используют усы, чтобы исследовать окружающую среду на ощупь. Подобно человеческим волосам, усы не имеют датчиков по длине. Вместо этого все их сенсоры находятся в основании фолликула. Когда внешняя сила изгибает ус, эта деформация распространяется вдоль уса в фолликул, вызывая срабатывание сенсорных клеток.
Несколько предыдущих исследований изучали, как усы деформируются в фолликулах, чтобы войти в контакт с сенсорными клетками. Для изучения этого процесса потребовалась очень междисциплинарная команда: Брези, получившая степень доктора философии. из межведомственной программы нейробиологии Северо-Западного университета провел новый анатомический анализ, чтобы помочь ограничить механические величины, а Рудницки, профессор гражданской и экологической инженерии в Маккормике, использовал свой опыт в механике сплошных сред, чтобы помочь разработать механическую модель.
Для этого исследования ученые обратились к инженерам, которые воспользовались теории пучков, которая обычно используется для анализа геологических проблем, таких как изгиб слоев отложений и тектонических плит. В новом исследовании команда применила теорию пучка к усам. Например, вместо анализа того, как тектонические плиты могут изгибаться в зоне субдукции, исследователи проанализировали, как усы могут взаимодействовать с фолликулом, чтобы стимулировать сенсорные клетки.
Усы - это просто деформируемая балка, взаимодействующая с пружинами. Но ограниченная экспериментом и основанная на анатомических наблюдениях, теория предсказывает, как усы могут изгибаться внутри фолликула. В зависимости от формы этого изгиба он активирует различные механорецепторы в фолликуле.
В дополнение к обнаружению характерного S-образного изгиба, северо-западная команда определила, что этот профиль изгиба, вероятно, похож независимо от того, активно ли животное касается объекта усами или пассивно касается чего-то внешнего.
Созданная модель демонстрирует постоянство профиля деформации усов при пассивном прикосновении и активном взбивании. Другими словами, одна и та же группа сенсорных клеток будет реагировать, когда усы отклоняются в одном направлении в обоих условиях. Этот результат предполагает, что некоторые типы экспериментов по изучению активного взбивания могут быть выполнены на анестезированном животном.
Хотя модель основана на экспериментальных данных, собранных на крысах, ученые считают, что их результаты, вероятно, применимы ко всем млекопитающим. И помимо того, что мы узнаем больше о наших пушистых друзьях, эта работа также может дать новое понимание человеческого осязания.
