راز احساس لمس موش؟ همه در خم شدن سبیل است


عکس چهره جذاب موش آزمایشگاهی.
بزرگنمایی / دانشمندان دانشگاه نورث وسترن برای درک بهتر نحوه انتقال این ورودی حسی به مغز ، اولین شبیه سازی مکانیکی سبیل موش را در فولیکول آن ایجاد کرده اند.

موش ، گربه و بسیاری دیگر از پستانداران سبیل هایی دارند که معمولاً برای حس محیط اطراف خود استفاده می کنند ، شبیه حس لامسه. اما دانشمندان هنوز دقیقاً مشخص نکرده اند که سبیل ها این حس لامسه را به مغز منتقل می کنند. بر اساس مقاله جدید منتشر شده در مجله PLOS Computational Biology ، یک تیم میان رشته ای از دانشگاه نورث وسترن مدل جدیدی را ابداع کرده است که به پیش بینی چگونگی فعال شدن سبیل های موش سلول های مختلف حسی برای انجام این کار کمک می کند. چنین کارهایی می تواند روزی به دانشمندان اجازه دهد تا سبیل های مصنوعی به عنوان حسگرهای لمسی در رباتیک ایجاد کنند و همچنین نور اضافی را در لمس انسان ایجاد کنند.

میترا هارتمن ، مهندس زیست پزشکی در مرکز رباتیک و بیوسیستم ها در شمال غربی ، گفت: “حس لامسه تقریباً برای همه کارهایی که در دنیا انجام می دهیم بسیار مهم است ، اما مطالعه ارتباط دستی بسیار دشوار است.” “سبیل مدل ساده ای را برای درک ماهیت پیچیده و مرموز لمس فراهم می کند.”

به همین دلیل است که چنین سابقه طولانی در مطالعه سبیل وجود دارد (دستمال مرطوب) در پستانداران: موش ، گربه ، سنجاب درختی ، گاو دریایی ، مهر بندر ، سمور دریایی ، گربه چوب دار ، زیره ، والاب تامار ، شیر دریایی و خال برهنه ، طبق مطالعات مختلف قبلی ، همگی از نظر تشریحی اساسی سبیل کاملاً مشابه هستند. مطالعه حاضر بر روی موش تمرکز دارد. این موش ها دارای حدود 30 سبیل بزرگ و ده ها عدد کوچکتر هستند که بخشی از یک “سیستم حسی حسی اسکن” پیچیده است که به موش ها اجازه می دهد وظایف مختلفی مانند تجزیه و تحلیل بافت ، لمس فعال برای یافتن مسیرها ، تشخیص الگو و موقعیت جسم را انجام دهند. زمین را با سبیل خود اسکن کنید.

از نظر فنی ، سبیل فقط مو است ، مجموعه ای از سلولهای کراتین مرده ، شبیه به موی انسان. آنچه به آن متصل هستند باعث حساسیت آنها مانند نوک انگشتان افراد می شود. سبیل هر موش در یک فولیکول قرار می گیرد که آن را به یک “لوله” متشکل از 4000 نورون کاملاً بسته بندی شده متصل می کند. آنها با هم شبکه ای یا آرایه ای تشکیل می دهند که به عنوان “نقشه” توپوگرافی عمل می کند و به مغز موش دقیقاً می گوید چه اشیایی وجود دارد و چه حرکاتی در محیط نزدیک آنها انجام می شود. همه این بشکه ها ، به نوبه خود ، در نوعی شبکه عصبی متصل می شوند ، به طوری که موش سیگنال های چند بعدی درباره محیط خود دریافت می کند.

نقشه فرکانس

در سال 2003 ، هارتمن و چندین همکار دریافتند که سبیل های موش در فرکانس های خاصی طنین انداز می شوند. همین اصل در مورد سیم های چنگ یا پیانو نیز صدق می کند: سبیل های بلندتر در فرکانس های پایین طنین انداز می شوند ، در حالی که سبیل های کوتاه تر در فرکانس های بالاتر طنین انداز می شوند (سیم های بسیاری از سازهای موسیقی نیز از ضخامت های مختلف به مراحل مختلفی می رسند). موش ها سبیل كوتاه تری در نزدیكی بینی و یك سبیل بلندتر در پشت دارند كه به آنها اجازه می دهد با چسباندن بینی به همه جا نوعی “نقشه فركانس” ایجاد كنند. سبیل مانند چنگال تنظیم تک اتاق عمل می کند. همه آنها را کنار هم قرار دهید و یک موش می تواند اندازه ، موقعیت ، لبه های اشیا، ، حتی تغییرات جزئی در ساختار را نسبت به جوندگان کوچک خود احساس کند. به عنوان مثال ، یک بافت بسیار خوب باعث ایجاد ارتعاشات قوی تر در سبیل با فرکانس بالا نسبت به سبیل با فرکانس پایین می شود.

هنگامی که در سراسر زمین حرکت می کند ، یک موش به طور مداوم محیط اطراف خود را با سبیل های خود اسکن می کند (“سبیل” نامیده می شود) ، بین 5 تا 12 بار در ثانیه به عقب جارو می شود. هنگامی که سبیل ها به جسمی برخورد می کنند ، آن را به فولیکول خود خم می کند و در نتیجه یک ضربان الکتریکی به مغز وارد می شود که به موش اجازه می دهد تا جهت و محل حرکت هر یک از سبیل ها را تعیین کند. نورونهای خاصی در نبض قشر موش در فرکانسهای بسیار دقیق ، و این تکانه ها به طور مداوم به تالاموس ارسال می شوند ، که آنها را با سبیل های ورودی مقایسه می کند. بنابراین حیوان “تصویری” از جهان پیرامون خود تشکیل می دهد.

مکانیک کلیدی در احساس لمسی سبیل است.  هنگامی که سبیل منحرف می شود ، مشخصات تغییر شکل آن در فولیکول فعالیت گروه های مختلف گیرنده های مکانیکی را تعیین می کند.
بزرگنمایی / مکانیک کلیدی در احساس لمسی سبیل است. هنگامی که سبیل منحرف می شود ، مشخصات تغییر شکل آن در فولیکول فعالیت گروه های مختلف گیرنده های مکانیکی را تعیین می کند.

دانشگاه نورث وسترن / شک نادینا

هارتمن و همکارانش می خواستند در مورد چگونگی پاسخ این سیستم حسی پیچیده به محرک های مختلف خارجی ، به ویژه در هنگام شکستن فعال ، بیشتر بدانند. با این وجود ، “هنوز اندازه گیری آزمایشی این تعامل امکان پذیر نیست در داخل بدن، “نویسندگان نوشتند. بنابراین آنها تصمیم گرفتند یک مدل مکانیکی از مجموعه سینوس فولیکولار برای شبیه سازی تغییر شکل در فولیکول ایجاد کنند.

هارتمن گفت: “بخشی از سبیل که باعث ایجاد حسگرهای حسی می شود در فولیکول پنهان است ، بنابراین مطالعه آن فوق العاده دشوار است.” “شما نمی توانید این فرآیند را به صورت آزمایشی اندازه گیری كنید ، زیرا اگر فولیكول را برش دهید ، در نتیجه صدمه نحوه رفتار سبیل را تغییر می دهد. با توسعه شبیه سازی های جدید ، می توانیم بینش هایی در مورد فرآیندهای بیولوژیكی بدست آوریم كه به طور مستقیم از طریق آزمایش اندازه گیری نمی شوند.”

فعال تکان دادن

برای ساختن مدل خود ، هارتمن و دیگران. تا حدی به داده های سال 2015 اعتماد کرد ex vivo مطالعه سبیل های موش صحرایی ، اندازه گیری تغییر مکان بافت در پاسخ به انحراف سبیل به ترتیب جدا شده در ظرف پتری به تیم شمال غربی اشاره کنید.

این تیم در نهایت چیزی شبیه الگوی تیر و فنر برای جابجایی سبیل در مجموعه سینوس فولیکولار به دست آورد. دیواره های سبیل و فولیکول ها به عنوان اشعه عمل می کنند ، توزیع بافت در دیواره فولیکول نشان دهنده چهار چشمه داخلی در مکان های مختلف است. بافت همبند و عضله درست خارج از فولیکول به عنوان دو منبع خارجی در بالا و پایین فولیکول عمل می کنند ، با بافت دور صورت و فولیکول های مجاور به عنوان یک پایه محکم در مدل.

هارتمن و دیگران. متوجه شد که سبیل های موش در هنگام لمس یک جسم غالباً به شکل “S” در فولیکول خم می شوند. سپس این خم شدن سلول های حسی را تحت فشار قرار داده یا می کشد و آنها را برای ارسال سیگنال های حسی به مغز تحریک می کند. نتیجه ، همان پروفیل خمشی است ، صرف نظر از اینکه سبیل به جسمی لمس می کند یا از خارج لمس می شود. انقباض داخلی عضله و افزایش فشار خون می تواند حساسیت لمسی سیستم را بهبود بخشد.

نویسندگان اذعان می کنند که این یک مدل ساده با تمرکز بر انحراف یک فولیکول واحد در یک زمان است ، اما امیدوارند که در آینده انحراف همزمان چند سبیل را شبیه سازی کنند. حتی مدل ساده شده پیامدهای جالبی برای تحقیقات آینده دارد.

یکی از نویسندگان کتاب ، ییفو لو ، دانشجوی آزمایشگاه هارتمن گفت: “مدل ما سازگاری را در مشخصات تغییر شکل سبیل بین لمس غیر فعال و شکستگی فعال نشان می دهد.” “به عبارت دیگر ، هنگامی که سبیل در هر دو جهت در همان جهت منحرف می شود ، همان گروه سلول حسی واکنش نشان می دهند. این نتیجه نشان می دهد که برخی از انواع آزمایش ها برای مطالعه شکستن فعال می تواند در یک حیوان بیهوش شود.”

DOI: زیست شناسی محاسباتی PLOS ، 2021. 10.1371 / journal.pcbi.1007887 (برای DOI).


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*