晶须模拟可以洞察哺乳动物的触觉

我们知道猫的胡须很漂亮，但您甚至看不到很酷的部分。

晶须的底部负责将触摸信号发送到大脑，它隐藏在毛囊中，毛囊是一个将晶须嵌入皮肤的深袋。由于晶须的这一部分被遮盖了，因此准确了解晶须如何将触摸传递到大脑一直是一个谜。

在一项新的研究中，西北大学的一个跨学科研究团队开发了卵泡内部晶须的第一个机械模拟。通过将他们的新模型与新的解剖学观察相结合，研究人员发现，当晶须接触物体时，它们在卵泡内形成“ S”形弯曲。通过弯曲成“ S”形，晶须推或拉传感器单元，然后将触摸信号发送到大脑。

这项研究将于2021年4月1日发表在《公共科学图书馆·计算生物学》(PLoS Computational Biology)上。

这些发现可以帮助研究人员预测晶须如何激活不同的感觉细胞，从而影响哪些信号被发送到大脑，并有助于更好地理解人的触觉。

该研究的高级作者米歇尔·哈特曼(Mitra Hartmann)说：“晶须的触发触摸传感器的部分隐藏在卵泡中，因此很难研究。” “你不能通过实验来测量这个过程，因为如果你切开卵泡，那么损害将改变晶须的固定方式。通过开发新的模拟，我们可以洞察无法直接通过实验测量的生物学过程。”

哈特曼(Hartmann)是西北大学麦考密克工程学院的生物医学和医学工程教授，也是机器人技术与生物系统中心的成员。该论文的第一作者是罗毅夫，博士。哈特曼实验室的学生。合著者包括西北大学教授约翰·鲁德尼基(John Rudnicki)和前西北大学博士学位的克里斯·布雷西(Chris Bresee)。现在是加州大学戴维斯分校的博士后研究员的学生。

大多数哺乳动物使用胡须以触觉来探索环境。类似于人的头发，胡须在其长度上没有传感器。相反，它们的所有传感器都位于毛囊的底部。当外力使晶须弯曲时，该变形会沿着晶须延伸到卵泡中，从而触发传感器细胞。

很少有先前的研究检查过晶须如何在卵泡内变形以使其与传感器细胞接触。为了更好地理解这一过程，Hartmann的团队借鉴了晶须卵泡实验研究的数据。

除了找到标志性的“ S”形弯曲外，西北团队还确定这种弯曲轮廓很可能相似，无论动物是用胡须主动接触物体还是外部物体被动接触。

罗说：“我们的模型证明了被动接触和主动搅拌之间晶须变形曲线的一致性。” “换句话说，当晶须在两种情况下朝相同方向偏转时，同一组感觉细胞将做出反应。这一结果表明，可以在麻醉的动物中进行某些类型的研究主动晶须的实验。”

尽管该模型基于从大鼠收集的实验数据，但Hartmann相信他们的发现可能会适用于所有哺乳动物。除了更多地了解我们的毛茸茸的朋友，这项工作还可以为人类的触觉提供新的见解。

哈特曼说：“触摸感几乎对我们在世界上所做的每一件事都至关重要，但是很难用手来学习触摸。” “晶须提供了简化的模型，以了解触摸的复杂，神秘的本质。”

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