¿Cómo mejoran las huellas digitales nuestro sentido del tacto?


La Dra. Ewa Jarocka habla con News-Medical sobre nuestros sentidos y cómo las huellas dactilares pueden mejorar nuestro sentido del tacto.

¿Qué provocó tu investigación sobre nuestros sentidos?

Experimentamos nuestro entorno a través de nuestros receptores sensoriales. Son cruciales para nuestra supervivencia, nos permiten interactuar con el mundo exterior y también nos permiten disfrutar del mundo.

Puede ser fácil darlos por sentado hasta que nuestro dentista nos ponga una inyección de anestesia y no sepamos qué le está pasando a la cara o nos despertamos en medio de la noche y no podemos encontrar nuestra mano porque está entumecida.

El sentido del tacto incrustado en la piel de las palmas humanas es extraordinario; entre otros, nos permite discriminar formas de incluso objetos diminutos, lo que a su vez permite manipularlos con precisión y delicadeza; no es necesario mirar un pendiente mientras se lo pone. La forma en que el sistema nervioso utiliza su organización y la anatomía humana es un tema fascinante de estudiar.

Neuronas

Neuronas Haber de imagen: Vitaly Sosnovskiy / Shutterstock.com

¿Cómo funcionan las neuronas sensoriales para detectar el tacto y otros estímulos táctiles?

Hay neuronas sensoriales que se adaptan rápida y lentamente en la piel glabra de la mano humana. Se diferencian en la forma en que responden cuando se les estimula. Si levanta una taza de café, las neuronas de rápida adaptación en la punta de sus dedos responderán en el mismo momento en que lo agarre, después de lo cual dejarán de responder hasta que vuelva a colocar la taza en la mesa, a la que dispararán potenciales de acción nuevamente; mientras que las neuronas que se adaptan lentamente seguirán disparando impulsos eléctricos durante todo el tiempo del contacto de las yemas de los dedos con la copa.

Las neuronas de adaptación rápida y lenta inervan cuatro tipos de órganos terminales: corpúsculos de Meissner, células de Merkel, corpúsculos de Pacinian y de Ruffini que se activan mediante diferentes estímulos mecánicos. Las propiedades de las neuronas, junto con la ubicación y la anatomía de sus órganos terminales, determinan qué tipo de estímulo las activará mejor y si se evocará una respuesta de corta o larga duración. Con estos cuatro tipos diferentes de mecanorreceptores, podemos detectar pequeños detalles geométricos (por ejemplo, bordes, esquinas), texturas finas, vibraciones o estiramientos de la piel.

Estudiamos dos de esos cuatro tipos de neuronas, a saber, las neuronas de tipo 1 de adaptación rápida (FA-I) que inervan los corpúsculos de Meissner, y las de tipo 1 de adaptación lenta (SA-I) que inervan las células de Merkel, ya que proporcionan información sobre detalles espaciales. de objetos y superficies que tocan nuestras yemas de los dedos.

¿Por qué no se ha estudiado antes la sensibilidad de una sola neurona sensorial?

Estudiar las respuestas de una sola neurona táctil en humanos despiertos requiere insertar un electrodo de registro en un nervio periférico. Este método llamado microneurografía es bastante exigente y solo hay unos pocos grupos de investigación en el mundo que lo utilizan y, al mismo tiempo, hay tantas preguntas científicas por responder.

A pesar de los desafíos de esta técnica, se han realizado muchos estudios sobre el procesamiento de información táctil a lo largo de los años, y cada resultado consecutivo proporcionó nuevos conocimientos que dan forma al siguiente paso de la investigación. Tenía que llegar el momento adecuado para que se llevara a cabo este estudio. Roland Johansson ya mencionó en 1978 que las neuronas FA-I y SA-I tienen campos receptivos con varias zonas de máxima sensibilidad (también denominadas “zonas altamente sensibles” o “subcampos”) (Sensibilidad táctil en la mano humana: receptiva características de campo de las unidades mecanorreceptoras en el área de la piel glabra. Johansson RS J Physiol (Lond). 1978) y luego se mostró en un par de otros estudios a lo largo de los años.

En 2014, el estudio de Pruszynski y Johansson (Procesamiento de orientación de bordes en neuronas táctiles de primer orden. Pruszynski JA, Johansson RS Nat Neurosci. 2014) mostró por primera vez que la orientación de un estímulo en forma de borde con respecto a la disposición espacial de los subcampos de las neuronas influyeron en la respuesta neuronal. Se prefirieron algunas orientaciones de los bordes porque estaban bien alineadas con zonas altamente sensibles de los campos receptivos de las neuronas. Esos resultados revelaron que la disposición de los subcampos dentro de un campo receptivo desempeñaba un papel crucial en el tipo de información que se transmitía y ofrecían una nueva explicación de la altísima agudeza espacial que exhiben las personas al manipular objetos.

Eso desencadenó el siguiente paso, a saber, estudiar sistemáticamente los subcampos del campo receptivo también en el contexto de la sensibilidad espacial de una sola neurona. Se sabía desde hace mucho tiempo que los órganos terminales de las neuronas FA-I y SA-I están ubicados dentro de las crestas papilares y queríamos saber en qué sentido las respuestas neuronales están conectadas a las crestas y cómo se relaciona con la agudeza espacial de las neuronas.

¿Puede describir cómo llevó a cabo su última investigación sobre nuestro sentido del tacto?

Registramos los impulsos eléctricos de las neuronas táctiles que inervaban las yemas de los dedos de doce participantes cuando un patrón de puntos elevados escaneaba sus campos receptivos. El patrón de puntos estaba envuelto alrededor de un tambor giratorio. Había 41 puntos, espaciados al menos 7 mm, de modo que siempre había un solo punto cruzando el campo receptivo; cada punto tenía una posición única en el patrón (con intervalos de 0,2 mm) de modo que en conjunto los puntos cubrían un área de 8 mm de ancho en la piel perpendicular al eje largo del dedo. Eso nos permitió escanear todo el campo receptivo de una neurona durante una revolución del tambor. A continuación, creamos un mapa de sensibilidad del campo receptivo de la neurona y lo analizamos con respecto a la agudeza espacial y la robustez de la neurona durante diferentes velocidades y direcciones del movimiento del tambor.

Para algunas neuronas, el tambor se hizo girar a tres velocidades: 15, 30 y 60 mm / s que están en el rango de uso de la mano en el mundo real y para algunas neuronas también analizamos los efectos de diferentes direcciones de exploración, imitando movimientos hacia adelante y hacia atrás. con la yema del dedo.

Sentido del tacto

Sentido del tacto. Haber de imagen: Luma creative / Shutterstock.com

¿Qué descubriste?

Descubrimos que la agudeza espacial de las zonas altamente sensibles corresponde aproximadamente al ancho de una cresta papilar (~ 0,4 mm). Eso sugiere que los subcampos subyacentes de los órganos terminales miden las desviaciones de las crestas individuales, lo que a su vez sugiere que las crestas papilares son críticas para el tacto discriminativo. Esto cambia la forma en que pensamos que los nervios periféricos señalan la información táctil.

También demostramos que el diseño de las zonas altamente sensibles se conserva bien a lo largo del tiempo y en diferentes direcciones y velocidades de movimiento. En otras palabras, que la respuesta neuronal está anclada a las crestas y no importa cuántas veces escaneemos una superficie, a qué velocidad o en qué dirección, la información espacial que obtenemos de las neuronas en nuestras huellas dactilares será en gran medida la misma. .

¿Cómo ayudará su investigación a comprender mejor la sensibilidad del cuerpo a diferentes estímulos?

Nuestros resultados ofrecen una explicación sencilla de por qué los humanos cuando manipulan objetos pueden exhibir una agudeza espacial tan alta, es algo que no se puede explicar con los modelos tradicionales, basados ​​en gran parte en datos de monos. Hay ~ 210 campos receptivos / cm2 de neuronas FA-I y SA-I en la punta de nuestros dedos y cada uno de ellos comprende varios subcampos, repartidos en múltiples crestas, lo que implica que los subcampos que pertenecen a muchas neuronas están muy entremezclados.

Agregando a eso el hecho de que es suficiente desviar una cresta papilar para evocar una respuesta en una sola neurona, podemos imaginar la información detallada sobre la superficie tocada que recibe el cerebro.

Se ha propuesto que la información sobre la textura de una superficie se transporta en las vibraciones evocadas cuando nuestros dedos se deslizan sobre ella.

Sin embargo, se ha demostrado que nuestra percepción de la textura no depende de qué tan rápido mueva nuestra mano por la superficie, mientras que la frecuencia de las vibraciones dependerá de eso. Entonces debe haber algún mecanismo adicional que nos permita sentir la textura independientemente de la velocidad del movimiento. Mostramos que la información en las neuronas FA-I y SA-I se conservó a través de diferentes velocidades de exploración, lo que sugiere que la información espacial podría contribuir a la percepción de la textura.

¿Cuáles son los próximos pasos en su investigación?

Para obtener la topografía de sensibilidad de los campos receptivos de la neurona, hemos utilizado un punto de estimulación a la vez. Sabemos que hay varias zonas altamente sensibles dentro de un campo receptivo, por lo que ahora nos gustaría saber si existe alguna interacción entre la actividad neuronal que surge en diferentes subcampos si los estimulamos simultáneamente (usando más de un punto estimulante a la vez). .

Nos gustaría estudiar de qué manera las neuronas FA-I y SA-I combinan señales de sus subcampos.

Sobre la Dra. Ewa Jarocka

El Dr. Jarocka trabaja como ingeniero de investigación senior en el Departamento de Biología Médica Integrativa de la Universidad de Umeå.Dra. Ewa Jarocka

La Dra. Jarocka tiene experiencia en fisioterapia, pero desde que llegó a Suecia para un posdoctorado, ha estado involucrada en estudios microneurográficos de información sensorial de la piel glabra y vellosa y los husos musculares, receptores ubicados en nuestros músculos.

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