Logo

Компютърен модел симулира чувство за докосване от цялата ръка

Невро-учените от Чикагския университет са разработили компютърни модели, които могат да симулират реакцията на нервите в ръцете на всеки модел за стимулиране на допир на кожата. Инструментът възстановява отговора на повече от 12 500 нервни влакна с милисекунди прецизност, като се вземат под внимание механиката на кожата, която се натиска срещу и се движи по предметите.

Софтуерът ще позволи на учените да видят как цели популации от нервни влакна реагират, когато взаимодействаме с обекти. Този модел ще позволи на учените да разберат по-добре как нервите отговарят на допир и могат да бъдат използвани за изграждане на реалистични усещания в бионични ръце за ампутирани.

"Почти всичко, което знаем за това как нервите реагират на стимулирането на кожата на ръката, е вградено в този модел", казва Слиман Бенсмая, доцент по биология и анатомия на организма в Чикагския университет и главен изследовател на новите изследвания. - И накрая, можете да видите как всички тези нервни влакна работят заедно, за да предизвикат докосване.

Подробности за модела бяха публикувани тази седмица в Сборника на Националната академия на науките. Проучването, ръководено от постдокторантите Ханс Саал и Беноа Делхай, заедно с Брондън Райхаун, бивш студент в лабораторията, се основава на години изследвания от екипа на Бенсмая за това как нервната система и мозък възприемат чувството за докосване.

Преди това изследователите трябваше да провеждат скъпи и отнемащи време експерименти с животни или хора, за да видят как нервната система реагира на дадено стимулиращо действие. Дори тогава можеха да записват отговори от един неврон в даден момент. Но усещането за допир идва от хиляди нервни влакна, които реагират заедно, докато ръката докосва, задържа и манипулира обектите. Отговорите на отделните нервни влакна не са достатъчни, за да предават само стимулиращата информация. По-скоро, информацията за обектите, които хващаме, се разпространява в големи групи чувствителни на допир нерви, които работят заедно.

Например, когато държите мобилен телефон в ръката си, някои от нервните реакции се задвижват от рецептори на кожата, разположени, където ръбовете на телефона се притискат в пръстите ви. Но кожни деформации също излъчват от тази област, по пръстите и през останалата част от ръката, като активират много други рецептори в процеса. Симулацията разкрива как взаимодействието с обект създава тези уникални, подробни модели на нервна дейност.

В допълнение към въздействието си върху основното разбиране за това как тези усещания работят, моделът е също така основа за възстановяване на допир в бионични ръце за ампутирани. За постигането на реалистични чувства на докосване, невронните инженери се опитват да възпроизведат естествените модели на нервната дейност, генерирани, когато манипулираме обекти. Компютърният модел осигурява на инженерите нервен изход, генериран от даден стимул, който след това може да бъде пресъздаден в протезата чрез електрическо стимулиране на нерва чрез интерфейс, имплантиран в тялото.

Бенсмая и екипът му потвърдиха изхода на модела срещу данни от голямо разнообразие от експерименти, провеждани от други изследователски екипи, и показаха, че той съответства на резултатите им с милисекунди точност. Софтуерът ще бъде достъпен за свободно изтегляне, така че други инженери могат да започнат да го използват в собствената си работа.

"Използването на модел за точно възпроизвеждане на биологична система е предизвикателство и ние работихме върху тази симулация много дълго време, но мисля, че крайният продукт си заслужава", каза Бенсмая. "Това е инструмент, който ще доведе до прозрения, които преди са били недостижими."

Източник:
Медицински център на Университета в Чикаго

ЦЗПЗ © Всички права запазени.