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Scientific Reports：动物是如何通过胡须来感知纹理的

时间：2021-07-15 00:00:00 来源：网络整理

我们如何感知表面纹理，这一直是个谜。众所周知，附着在指尖皮肤上的神经负责感知不同的表面，但具体如何做到却不清楚。啮齿类动物通过胡须来感知纹理。像人类的指尖一样，胡须执行多项任务，包括感知物体的距离和形状以及表面纹理。

英国布里斯托大学的数学家与德国图宾根大学的神经科学家开展合作，研究胡须在物体表面上的运动如何将纹理信息转换成大脑可以感知的神经信号。

研究人员对大鼠胡须进行高精度的实验室测试，再结合计算模型进行分析。他们发现，胡须的作用就像触角一样，能够感知物体表面与胡须尖端之间的摩擦引起的微小粘滑运动（stick-slip motion）。

布里斯托大学的Alan Champneys教授说：“通过实验和理论的结合，我们惊讶地发现，与胡须尖端感知到的微小力信号相比，胡须根部神经元接收到的信号放大了数千倍。突然我们意识到胡须就像一个放大器，捕获微小的粘滑运动事件，并迅速将它们转化为可被大脑接受和处理的脉冲。”

这项发表在《Scientific Reports》上的研究表明，胡须的逐渐变细将微小的高频运动放大成可感知的脉冲状变化。随后，毛囊中的神经细胞感知到这些变化，并将它们传递给大脑。

“胡须的形态就是为了以‘交流’波的形式传递这些摩擦引起的信号，从而传递有关表面距离和硬度的信息，”Champneys教授说。“这些交流电波太小太快，人眼无法察觉。然而，在以多学科的方式解决这个问题时，我们第一次清晰地揭示了这些波。”

这些结果对人类触觉的研究也有影响。同时，它还有更深远的意义，包括如何设计纹理为视障人士提供最佳提示，实现低光环境下的人体安全操作，以及设计更好的沉浸式艺术体验。

图宾根大学的Cornelius Schwarz教授表示：“这项研究为未来的工作开辟了多条途径。作为神经科学家，我们希望更详细了解纹理识别中的神经信号通路，而布里斯托的同事则热衷于探索对未来机器人传感系统设计的影响。”

Champneys教授认为，这项研究对机器人领域的触觉感知特别有意义，让机器人真正感知到周围环境，是当前许多研究的焦点，尤其是那些需要在黑暗中自主行动的机器人，比如执行搜索和救援任务。

“实验人员和数学建模人员之间的这种跨国跨学科的合作令人兴奋。计算机模型和实验室的结果是相辅相成的，只有通过两者的结合，我们才能取得突破，”Champneys教授说。

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Oladazimi, M., putelat, T., Szalai, R. et al. Conveyance of texture signals along a rat whisker. Sci Rep 11, 13570 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-92770-3


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