Memori dalam sentuhan: Ujung jari mengingat kekuatan masa lalu

ringkasan: Para peneliti telah mengeksplorasi bagaimana memori mekanis dari kekuatan sebelumnya di ujung jari mempengaruhi aktivitas neuron taktil.

Studi ini mengungkapkan pentingnya viskoelastisitas ujung jari, karena deformasi bertahan lebih lama daripada gaya yang diberikan, sehingga memengaruhi informasi yang dikirim ke otak. Hal ini menandakan bahwa otak kita menerima data kekuatan saat ini dan “ingatan” kekuatan sebelumnya.

Temuan ini membuka pintu bagi pemahaman tentang kontrol manual dalam tugas sehari-hari dan tindakan berbasis sentuhan.

Fakta-fakta kunci:

1. Sifat viskoelastik pada ujung jari berarti bahwa deformasi akibat gaya bertahan lebih lama dibandingkan gaya sebenarnya, sehingga memengaruhi informasi yang dikirimkan ke otak melalui neuron taktil.
2. Dengan menggunakan robot untuk meniru interaksi benda-benda alam, para peneliti mengamati respons saraf berbagai jenis neuron (FA-1, SA-1, dan SA-2) terhadap berbagai kekuatan.
3. Studi ini menemukan respon yang beragam pada neuron taktil, menunjukkan bahwa neuron tersebut menyampaikan banyak informasi tentang keadaan viskoelastik ujung jari, dan menyimpan ‘ingatan’ interaksi masa lalu.

sumber: ehidup

Para ilmuwan telah merinci bagaimana aktivitas neuron taktil di ujung jari sebagai respons terhadap gaya yang diterapkan dipengaruhi oleh memori mekanis dari gaya sebelumnya di ujung jari.

Studi ini diterbitkan hari ini sebagai ehidup Versi awal yang direvisi memberikan apa yang disebut oleh para editor sebagai temuan penting tentang bagaimana viskoelastisitas ujung jari – respons mekanisnya yang bergantung pada waktu terhadap gaya yang diterapkan – memengaruhi informasi yang dikirimkan oleh neuron taktil ke otak.

Hasilnya mengkonfirmasi bahwa neuron-neuron ini memberi sinyal pada kekuatan jari saat ini dan memori viskoelastik jari untuk pembebanan sebelumnya. Informasi sentuhan tentang keadaan fisik kulit terkini dapat membantu otak merumuskan perintah motorik halus untuk mengendalikan tangan dalam menangani objek dan tugas sentuhan.

Tugas sehari-hari yang kita lakukan dengan tangan, seperti memasak, membersihkan, atau menggenggam dan memindahkan benda, memerlukan penerapan gaya yang tepat dan cepat pada benda luar.

Untuk menyelesaikan tugas-tugas ini secara efektif, otak bergantung pada informasi tentang gaya yang bekerja pada ujung jari yang disediakan oleh neuron taktil. Namun, neuron-neuron ini tidak secara langsung memberi sinyal kekuatan koneksi; Sebaliknya, ia mengirimkan informasi tentang deformasi yang terjadi pada kulit akibat gaya yang diberikan.

“Viskoelastisitas ujung jari manusia berarti bahwa setiap deformasi yang disebabkan oleh gaya yang bekerja pada ujung jari akan bertahan lebih lama dibandingkan gaya itu sendiri,” jelas penulis utama Hans Sall, Dosen Senior di Departemen Psikologi di Universitas Sheffield, Inggris.

Oleh karena itu, distorsi sisa dari gaya sebelumnya akan mempengaruhi bagaimana ujung jari bereaksi secara mekanis ketika terkena gaya baru. Namun, sejauh mana memori fisik ini mempengaruhi sinyal neuron taktil selama penggunaan tangan normal masih belum dipahami dengan baik.

Untuk menyelidikinya, Sale dan rekannya meneliti bagaimana kekuatan jari sebelumnya mempengaruhi respon neuron taktil tingkat pertama ketika kekuatan baru diterapkan. Mereka menggunakan robot yang dirancang khusus untuk menstimulasi ujung jari dengan kekuatan yang meniru kekuatan yang biasa ditemui saat berinteraksi dengan objek alam.

Mereka mencatat respons impuls dari hampir 200 neuron individu menggunakan elektroda yang dirancang khusus yang dimasukkan ke dalam saraf tepi sukarelawan manusia. Neuron diklasifikasikan menjadi adaptif cepat tipe 1 (FA-1), adaptif cepat tipe 1 (SA-1), dan adaptif cepat tipe 2 (SA-2).

Kekuatan diterapkan ke arah yang berbeda ke ujung jari secara berurutan. Dengan membandingkan deformasi ujung jari dan respons saraf yang ditimbulkan dalam rangkaian stimulus yang urutan arah rangsangannya tetap konstan dengan rangkaian yang urutannya bervariasi secara sistematis, tim menganalisis efek stimulus gaya sebelumnya terhadap respons terhadap stimulus berikutnya.

Pertama, mereka mengamati bahwa perubahan tanggal pemuatan menghasilkan variasi yang lebih besar pada deformasi ujung jari, yang menegaskan memori viskoelastik ujung jari. Mereka kemudian memeriksa apakah peningkatan varian deformasi ini tercermin dalam respons saraf.

Para peneliti menemukan bahwa laju pengaktifan selama penerapan gaya menunjukkan variansi hampir dua kali lebih besar pada neuron FA-1 dan SA-1, dan varians hampir 70% lebih besar pada neuron SA-2, ketika urutan arah divariasikan dibandingkan dengan urutan statis.

Hal ini menunjukkan bahwa memori viskoelastik ujung jari mempengaruhi respon neuron taktil. Perbedaan besaran efek antar tipe neuron dapat berasal dari neuron tipe I yang terutama merasakan peristiwa mekanis pada struktur superfisial kulit, sedangkan neuron tipe II terutama merasakan keadaan ketegangan di jaringan yang lebih dalam.

Selanjutnya, tim menyelidiki apakah peningkatan variabilitas respons saraf dapat dikaitkan dengan memori viskoelastik di ujung jari. Untuk tujuan ini, mereka mengukur informasi yang dikirimkan ke otak tentang arah gaya, baik saat ini maupun di masa lalu.

Mereka menemukan bahwa informasi tentang arah kekuatan arus menurun ketika stimulus sebelumnya divariasikan secara sistematis dibandingkan ketika stimulus itu konstan. Menariknya, mereka juga mengamati keragaman besar dalam perilaku neuron individu dalam setiap spesies: sementara beberapa neuron terutama memberi sinyal informasi tentang arah gaya saat ini, yang lain menunjukkan arah saat ini dan masa lalu, dan beberapa lainnya terutama menunjukkan arah sebelumnya.

Selain itu, mereka menemukan bahwa neuron SA-2, banyak di antaranya diaktifkan bahkan tanpa rangsangan eksternal, dapat mengirimkan informasi tentang keadaan deformasi viskoelastik di ujung jari bahkan di antara pembebanan pada ujung jari.

Keragaman respons ini menunjukkan bahwa neuron taktil tingkat pertama, jika digabungkan, mengirimkan banyak informasi tentang keadaan viskoelastik ujung jari ke otak, dan di dalamnya terdapat memori stimulus masa lalu.

“Saya sangat tertarik dengan gagasan bahwa salah satu fungsi neuron SA-2 mungkin untuk memberi sinyal keadaan viskoelastik keseluruhan ujung jari, yang memungkinkan interpretasi masukan saraf yang lebih akurat daripada jenis pertama.”

Para penulis mencatat bahwa belum ada penyelidikan sistematis mengenai apakah efek viskoelastisitas pada penginderaan sentuhan memengaruhi kinerja pada tugas-tugas manual, sehingga masih belum jelas apakah viskoelastisitas dapat membatasi kinerja, atau apakah otak menggunakan informasi saraf, terkadang tentang rangsangan di masa lalu. kapasitas.

Selain itu, seperti yang disarankan dalam tinjauan publik eLife, penelitian ini dapat memperoleh manfaat dari pemeriksaan yang lebih langsung terhadap hubungan antara deformasi kulit dan penembakan saraf, sebuah aspek yang saat ini sedang ditangani oleh penulis.

“Temuan kami menunjukkan bahwa populasi saraf taktil memberikan aliran informasi yang berkelanjutan ke otak tentang keadaan deformasi viskoelastik di ujung jari,” simpul penulis utama Roland Johansson, Profesor di Departemen Biologi Integratif dan Medis, Universitas Umeå, Swedia.

“Sangat masuk akal bahwa otak dapat menggunakan informasi ini untuk memperkirakan kondisi ujung jari sambil merencanakan dan mengevaluasi tindakan berbasis sentuhan. Menyelidiki gagasan ini dalam penelitian masa depan memiliki potensi yang menarik.”

Tentang berita penelitian memori taktil

pengarang: Emily Packer
sumber: ehidup
komunikasi: Emily Packer – eLife
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: akses terbuka.
“Memori di ujung jari Anda: Bagaimana viskoelastisitas memengaruhi sinyal neuron taktilDitulis oleh Hans Sa dkk. ehidup

ringkasan

Memori di ujung jari Anda: Bagaimana viskoelastisitas memengaruhi sinyal neuron taktil

Kulit manusia dan jaringan di bawahnya membentuk media viskoelastik, yang berarti bahwa setiap deformasi tidak hanya bergantung pada gaya yang diterapkan saat ini, tetapi juga pada riwayat pembebanan terkini. Sejauh mana memori somatik ini mempengaruhi sinyal neuron taktil tingkat pertama selama penggunaan tangan secara alami masih belum dipahami dengan baik.

Di sini, kami menguji efek preloading pada respons neuron taktil adaptif cepat (FA-1) dan adaptif lambat (SA-1 dan SA-2) yang menginervasi ujung jari manusia terhadap pembebanan yang diterapkan dalam arah berbeda. tugas pemrosesan objek.

Kami menemukan bahwa perbedaan preloading mempengaruhi keseluruhan sinyal arah gaya neuron. Beberapa neuron terus memberi sinyal arah arus, sementara yang lain menunjukkan arah arus dan arah sebelumnya, atau bahkan arah sebelumnya.

Selain itu, aktivitas impuls terus menerus pada neuron SA-2 di antara pembebanan menunjukkan informasi mengenai keadaan deformasi viskoelastik di ujung jari di antara pembebanan.

Kami menyimpulkan bahwa neuron taktil di tingkat populasi melaporkan informasi berkelanjutan tentang keadaan deformasi viskoelastik ujung jari, yang dibentuk oleh sejarah terkini dan pembebanan saat ini.

Informasi ini mungkin cukup bagi otak untuk menafsirkan dengan benar pembebanan gaya saat ini dan membantu menghitung perintah motorik halus untuk interaksi dengan objek dalam pemrosesan dan tugas taktil.