Memória em contato: as pontas dos dedos lembram poderes passados

resumo: Os pesquisadores descobriram como a memória mecânica de forças anteriores na ponta do dedo afeta a atividade dos neurônios táteis.

O estudo revela a importância da viscoelasticidade das pontas dos dedos, pois as deformações duram mais que a força aplicada, afetando as informações enviadas ao cérebro. Isso indica que nosso cérebro recebe dados de força atuais e “memória” de forças anteriores.

As descobertas abrem portas para a compreensão do controle manual das tarefas cotidianas e das ações baseadas no toque.

Principais fatos:

1. A natureza viscoelástica das pontas dos dedos faz com que as deformações causadas pelas forças durem mais do que a força real, afetando a informação transmitida ao cérebro pelos neurônios táteis.
2. Usando robôs para imitar as interações de objetos naturais, os pesquisadores observaram as respostas neurais de diferentes tipos de neurônios (FA-1, SA-1 e SA-2) a várias forças.
3. O estudo encontrou diversas respostas em neurônios táteis, sugerindo que eles transmitem informações ricas sobre o estado viscoelástico das pontas dos dedos e carregam uma “memória” para interações anteriores.

fonte: e-Vida

Os cientistas detalharam como a atividade dos neurônios táteis na ponta do dedo em resposta à força aplicada é influenciada pela memória mecânica de forças anteriores na ponta do dedo.

O estudo publicado hoje como e-Vida A pré-impressão revisada fornece o que os editores chamam de descobertas fundamentais sobre como a viscoelasticidade da ponta do dedo – sua resposta mecânica dependente do tempo à força aplicada – afeta a informação que os neurônios táteis transmitem ao cérebro.

Os resultados confirmam que esses neurônios indicam a força atual do dedo e a memória viscoelástica do dedo para cargas anteriores. Informações táteis sobre o estado físico recente da pele podem ajudar o cérebro a formular comandos motores finos para controlar as mãos no manuseio de objetos e tarefas táteis.

As tarefas diárias que realizamos com as mãos, como cozinhar, limpar ou agarrar e mover objetos, exigem a aplicação precisa e rápida de forças em objetos externos.

Para realizar essas tarefas de forma eficaz, o cérebro depende de informações sobre as forças que atuam nas pontas dos dedos, fornecidas pelos neurônios táteis. Contudo, estes neurônios não sinalizam diretamente forças de contato; Em vez disso, transmite informações sobre as deformações que ocorrem na pele devido à força aplicada.

“A viscoelasticidade das pontas dos dedos humanos significa que qualquer deformação causada por uma força que atua nas pontas dos dedos dura mais do que a própria força”, explica o autor principal Hans Saal, professor sênior do Departamento de Psicologia da Universidade de Sheffield, no Reino Unido.

“Portanto, distorções residuais de forças anteriores afetarão a forma como a ponta do dedo reage mecanicamente quando exposta a uma nova força. No entanto, a extensão em que esta memória física afeta os sinais táteis dos neurônios durante o uso natural da mão não é bem compreendida.”

Para investigar isto, Sal e colegas examinaram como as forças anteriores dos dedos afectavam as respostas dos neurónios tácteis de primeira ordem quando novas forças eram aplicadas. Eles usaram um robô especialmente projetado para estimular a ponta do dedo com forças que imitam aquelas normalmente encontradas ao interagir com objetos naturais.

Eles registraram as respostas ao impulso de quase 200 neurônios individuais usando eletrodos especialmente projetados inseridos nos nervos periféricos de voluntários humanos. Os neurônios foram classificados como tipo 1 de adaptação rápida (FA-1), tipo 1 de adaptação rápida (SA-1) e tipo 2 de adaptação rápida (SA-2).

As forças foram aplicadas em diferentes direções na ponta do dedo em rápida sucessão. Ao comparar a deformação da ponta dos dedos e as respostas neurais evocadas em sequências de estimulação onde a ordem de direção dos estímulos permaneceu constante com sequências onde a ordem foi sistematicamente variada, a equipe analisou os efeitos do estímulo de força anterior nas respostas de estímulo subsequentes.

Primeiro, observaram que a alteração do histórico de carregamento resultou em maior variação na deformação da ponta do dedo, confirmando a memória viscoelástica da ponta do dedo. Eles então examinaram se esse aumento na variação na deformação se refletia nas respostas dos neurônios.

Os pesquisadores descobriram que as taxas de disparo durante as aplicações de força mostraram uma variação aproximadamente duas vezes maior nos neurônios FA-1 e SA-1, e uma variação aproximadamente 70% maior nos neurônios SA-2, quando a ordem de direção foi variada em comparação com a ordem fixa.

Isto sugere que a memória viscoelástica das pontas dos dedos afetou as respostas dos neurônios táteis. A diferença na magnitude do efeito entre os tipos de neurônios pode resultar de neurônios do tipo I que detectam principalmente eventos mecânicos em estruturas superficiais da pele, enquanto os neurônios do tipo II detectam principalmente estados tônicos em tecidos mais profundos.

Em seguida, a equipe investigou se o aumento da variabilidade na resposta neural poderia estar ligado à memória viscoelástica das pontas dos dedos. Para tanto, mediram a informação transmitida ao cérebro sobre a direção da força, tanto atual quanto anterior.

Eles descobriram que a informação sobre a direção da força atual diminuía quando o estímulo anterior era variado sistematicamente em comparação com quando era constante. Curiosamente, eles também observaram uma grande variação no comportamento de neurônios individuais dentro de cada espécie: enquanto alguns neurônios sinalizam principalmente informações sobre a direção da força atual, outros sinalizam as direções atuais e anteriores, e alguns sinalizam principalmente a tendência anterior.

Além disso, descobriram que os neurônios SA-2, muitos dos quais estão ativos mesmo sem estimulação externa, podem transmitir informações sobre o estado de deformação viscoelástica na ponta do dedo, mesmo entre cargas na ponta do dedo.

Esta diversidade de respostas sugere que os neurônios táteis de primeira ordem, tomados em conjunto, transmitem ao cérebro informações ricas sobre o estado viscoelástico das pontas dos dedos, contendo dentro deles uma memória de estimulação passada.

“Estou muito atraído pela ideia de que uma das funções dos neurônios SA-2 possa ser sinalizar o estado viscoelástico geral das pontas dos dedos, o que pode permitir uma interpretação mais precisa da entrada neuronal do primeiro tipo.”

Os autores observam que não houve uma investigação sistemática sobre se os efeitos da viscoelasticidade na sensação tátil afetam o desempenho de tarefas manuais, por isso ainda não está claro se a viscoelasticidade pode limitar o desempenho ou se o cérebro usa informações neurais. capacidade.

Além disso, conforme sugerido na visão geral do eLife, o estudo poderia se beneficiar de um exame mais direto da ligação entre a deformação da pele e o disparo neuronal, um aspecto que os autores estão abordando atualmente.

“Nossas descobertas indicam que populações de neurônios táteis fornecem um fluxo contínuo de informações ao cérebro sobre o estado de deformação viscoelástica na ponta do dedo”, conclui o autor principal Roland Johansson, professor do Departamento de Biologia Médica e Integrativa da Universidade de Umeå, na Suécia.

“É plausível que o cérebro utilize esta informação para estimar o estado do dedo enquanto planeia e avalia ações baseadas no toque. Investigar esta ideia em pesquisas futuras tem um potencial interessante.”

Sobre notícias de pesquisa de memória tátil

autor: Emily Packer
fonte: e-Vida
comunicação: Emily Packer – eLife
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News

Pesquisa original: Acesso livre.
“Memória na ponta dos dedos: como a viscoelasticidade afeta a sinalização tátil dos neurônios“Por Hans Saa et al. e-Vida

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um resumo

Memória na ponta dos dedos: como a viscoelasticidade afeta a sinalização tátil dos neurônios

A pele humana e os tecidos subjacentes formam um meio viscoelástico, o que significa que qualquer deformação depende não apenas da força aplicada no momento, mas também do histórico recente de carregamento. A extensão em que esta memória somática afeta a sinalização de neurônios táteis de primeira ordem durante o uso natural da mão não é bem compreendida.

Aqui, examinamos o efeito da carga prévia nas respostas de neurônios táteis de adaptação rápida (FA-1) e de adaptação lenta (SA-1 e SA-2) que inervam a ponta do dedo humano a cargas aplicadas em diferentes direções. Tarefas de manipulação de objetos.

Descobrimos que a variação no carregamento anterior afeta o sinal geral da direção da força dos neurônios. Alguns neurônios continuaram a indicar a direção atual, enquanto outros indicaram a direção atual e a direção anterior, ou mesmo principalmente a direção anterior.

Além disso, a atividade pulsátil sustentada nos neurônios SA-2 entre as cargas indica informações sobre o estado de deformação viscoelástica na ponta do dedo entre as cargas.

Concluímos que os neurônios táteis em nível populacional sinalizam informações contínuas sobre o estado de deformação viscoelástica na ponta do dedo, que é moldado por sua história recente e carga atual.

Esta informação pode ser suficiente para o cérebro interpretar corretamente a carga de força atual e ajudar a calcular comandos motores finos para interações com objetos em tarefas e processamento tátil.