Новая искусственная кожа воссоздает чувство осязания
2728
Добавить в закладки
Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL, Швейцария) разработали мягкую, эластичную искусственную кожу из силикона со встроенными электродами. Она может воспроизводить чувство осязания и поможет в реабилитации пациента, который перенес нарушение проприоцепции (потерю ощущения своих мышц и ощущения своего тела в пространстве). Также разработка станет полезным инструментом для VR-технологий, сообщается на сайте EPFL. Работа ученых опубликована в журнале Soft Robotics.
Система мягких датчиков и исполнительных механизмов позволяет
искусственной коже точно повторять, например, форму запястья
пользователя и запускает тактильную «обратную связь» в виде
давления и вибрации, воссоздавая чувство осязания. Датчики
деформации непрерывно измеряют деформацию кожи, так что
тактильная «обратная связь» может быть скорректирована в режиме
реального времени, чтобы создать ощущение осязания, которое будет
максимально реалистичным.
Искусственная кожа содержит мягкие пневматические приводы, которые образуют мембранный слой. Этот слой можно надуть, накачав в него воздух. Приводы могут быть настроены на различные давления и частоты (до 100 Гц, или 100 импульсов в секунду). Кожа вибрирует, когда мембранный слой быстро надувается и спускается. Сенсорный слой расположен поверх мембранного слоя и содержит мягкие электроды, изготовленные из смеси жидкого и твердого галлия. Эти электроды непрерывно измеряют деформацию кожи и отправляют данные в микроконтроллер, который использует эту обратную связь для точной настройки ощущения, передаваемого пользователю в ответ на его движения и изменения внешних факторов.
Искусственную кожу можно растянуть, увеличив ее длину в четыре
раза по сравнению с первоначальной длиной. Эту «процедуру» можно
повторять до миллиона раз, что делает изобретение особенно
привлекательным для многих приложений. На данный момент ученые
проверили его на пальцах пользователей и продолжают
совершенствовать технологию.
«Следующим шагом будет разработка полностью носимого прототипа для приложений в реабилитации и виртуальной и дополненной реальности, – говорит руководитель исследования Харшал Сонар (Harshal Sonar). – Прототип также будет испытан в нейробиологических исследованиях, где он может быть использован для стимуляции человеческого организма, в то время как исследователи изучают динамическую активность мозга в экспериментах с использованием МРТ».
[Фото: EPFL]
виртуальная реальность искусственная кожа нарушение проприоцепции новые технологии органы чувств осязание проприоцепция тактильные ощущения
Источник: actu.epfl.ch
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
Осязание человека восстановили с помощью нейрокомпьютерного интерфейса
Исследователи из Мемориального института Баттеля вместе с коллегами из Университета штата Огайо сообщили о том, что впервые смогли восстановить чувство осязания в кистях рук у пациента с тяжелой травмой спинного мозга с помощью интерфейса «мозг — компьютер».
Посвященная достижению статья опубликована в журнале Cell.
Мы воспринимаем чувство осязания как должное, однако в мире есть множество людей, которые его лишены. Вернуть потерянное чувство людям с травмой спинного мозга, которая наиболее часто связана с этим состоянием, практически невозможно. Однако появление нейрокомпьютерных интерфейсов может помочь исправить это.
В новой работе медикам впервые удалось вернуть осязание человеку с травмой спинного мозга. Пациентом был 28-летний мужчина, который получил увечье в 2010 году при занятии дайвингом. С 2014 года молодой человек является участником проекта NeuroLife, целью которого является восстановление функции его правой руки. Исследователи разработали устройство, которое использует систему электродов на коже человека и небольшой компьютерный чип, имплантированный в его двигательную кору.
Эта установка направляет сигналы от мозга к мышцам с помощью проводов, минуя повреждение спинного мозга. Разработка функционирует достаточно хорошо, чтобы молодой человек мог поднять кофейную кружку, оплатить покупку кредитной картой и даже сыграть партию в Guitar Hero.
По словам исследователей, до сих пор испытуемому было трудно контролировать движения своей руки, если он внимательно не следил за ней. К тому же отсутствие обратной связи не позволяло полностью ее прочувствовать.
Исследователи обнаружили, что, хотя у пациента почти не было ощущений в руке при стимуляции кожи, нервный сигнал — настолько маленький, что его мозг был не в состоянии воспринять его, — все еще добирался до головного мозга. По словам авторов, даже у таких людей с серьезным повреждением спинного мозга почти всегда есть несколько пучков нервных волокон, которые остаются целыми. Ученые с помощью своего устройства смогли увеличить интенсивность этого сигнала до уровня восприятия мозгом.
С помощью тактильной обратной связи ученые смогли отправить субперцептивные сенсорные сигналы обратно в мозг молодого человека. Исследователи также смогли улучшить интерфейс «мозг — компьютер» благодаря новым разработкам в этой области. Это позволило пациенту находить предметы на ощупь.
В будущем молодой человек сможет подбирать объект и манипулировать им, даже если будет не в состоянии увидеть его. Кроме того, новая система впервые позволяет восстановить двигательную активность и осязание одновременно. Благодаря этому пациент получает большее чувство контроля и может делать некоторые манипуляции более быстро. Наконец, эти улучшения позволяют нейрокомпьютерному интерфейсу чувствовать, какое давление следует использовать при обращении с объектом или подборе чего-либо. Он может, например, легко прикасаться к хрупкому объекту, и наоборот, сжимать покрепче что-то тяжелое.
Долгосрочная цель исследователей заключается в разработке системы, которая работала бы хорошо не только в лаборатории, но и в домашних условиях. Авторы работают над созданием интерфейса следующего поколения, содержащего необходимые электроды и датчики, которые можно было бы легко надеть и снять. Авторы также планируют разработать систему, которой можно управлять с помощью планшета, а не компьютера.
Осязание, кожные рецепторы, кожные ощущения, соматосенсорная система
Наша кожа действует как защитный барьер между внутренними системами организма и внешним миром. Это не только самый большой орган чувств в теле, но и самый большой орган-период!
«Осязание» кожи дает нашему мозгу огромное количество информации о природной среде, включая температуру, влажность и атмосферное давление.
Самое главное, это осязание позволяет нам чувствовать физическую боль, что необходимо для предотвращения травм, болезней и опасностей.
Поистине удивительно, как много информации о мире мы получаем через наше осязание, и хотя мы до сих пор не знаем всех подробностей о том, как кожа воспринимает прикосновение, то, что мы знаем, представляет интерес.
Урок науки о коже
— Анатомия кожи
— Соматосенсорная система: способность ощущать прикосновение
— Нервные сигналы: понимание всего этого
Анатомия кожи
Кожа состоит из нескольких слоев.
Самый верхний слой — эпидермис и слой кожи, который вы можете видеть. На латыни приставка «эпи-» означает «над» или «над». Итак, эпидермис — это слой над дермой (дерма — это второй слой кожи). Эпидермис, состоящий из омертвевших клеток кожи, является водонепроницаемым и служит защитной оболочкой для нижележащих слоев кожи и остального тела. Он содержит меланин, который защищает от вредных солнечных лучей, а также придает цвет коже. Когда вы находитесь на солнце, меланин накапливается, повышая свои защитные свойства, что также приводит к потемнению кожи. Эпидермис также содержит очень чувствительные клетки, называемые сенсорными рецепторами, которые передают в мозг различную информацию об окружающей среде, в которой находится тело.0003
Второй слой кожи — это дерма . Дерма содержит волосяные фолликулы, потовые железы, сальные (сальные) железы, кровеносные сосуды, нервные окончания и множество сенсорных рецепторов. Его основная функция состоит в том, чтобы поддерживать и поддерживать эпидермис, распространяя к нему питательные вещества и заменяя клетки кожи, которые отделяются от верхнего слоя эпидермиса.
Новые клетки образуются на стыке между дермой и эпидермисом и медленно продвигаются к поверхности кожи, чтобы заменить отмершие клетки кожи. Сальные и потовые железы удаляют отходы, образующиеся на уровне дермы кожи, открывая свои поры на поверхности эпидермиса и выпуская отходы.
Нижний слой представляет собой подкожную ткань , состоящую из жира и соединительной ткани. Слой жира действует как изолятор и помогает регулировать температуру тела. Он также действует как подушка для защиты подлежащих тканей от повреждений, когда вы натыкаетесь на предметы. Соединительная ткань удерживает кожу прикрепленной к мышцам и сухожилиям под ней.
Соматосенсорная система: способность ощущать прикосновение
Наше осязание контролируется огромной сетью нервных окончаний и сенсорных рецепторов в коже, известной как соматосенсорная система . Эта система отвечает за все ощущения, которые мы чувствуем — холод, жар, гладкость, шероховатость, давление, щекотание, зуд, боль, вибрации и многое другое.
В соматосенсорной системе различают четыре основных типа рецепторов: механорецепторы, терморецепторы, болевые рецепторы и проприорецепторы.
Прежде чем мы углубимся в эти специализированные рецепторы, важно понять, как они адаптируются к изменению раздражителя (все, что касается кожи и вызывает такие ощущения, как жар, холод, давление, щекотание и т. д.). Сенсорный рецептор считается быстро адаптируется , если очень быстро реагирует на изменение стимула. В основном это означает, что он может сразу же почувствовать, когда кожа касается объекта и когда она перестает касаться этого объекта.
Однако быстро адаптирующиеся рецепторы не могут ощущать продолжение и продолжительность прикосновения стимула к коже (как долго кожа касается объекта). Эти рецепторы лучше всего воспринимают вибрации, происходящие на коже или внутри нее. Сенсорный рецептор считается 
- Механорецепторы : Эти рецепторы воспринимают такие ощущения, как давление, вибрации и текстуру. Известно четыре типа механорецепторов, единственной функцией которых является восприятие углублений и колебаний кожи: диски Меркеля, тельца Мейснера, тельца Руффини и тельца Пачини. Наиболее чувствительные механорецепторы, диски Меркеля и тельца Мейснера, находятся в самых верхних слоях дермы и эпидермиса и обычно находятся на неволосистой коже, например на ладонях, губах, языке, подошвах ног, кончиках пальцев, веках и т. лицо.
Диски Меркеля — это медленно адаптирующиеся рецепторы, а тельца Мейснера — быстро адаптирующиеся рецепторы, поэтому ваша кожа может воспринимать как то, когда вы прикасаетесь к чему-либо, так и то, как долго объект касается кожи. Ваш мозг получает огромное количество информации о текстуре объектов через кончики ваших пальцев, потому что бороздки, из которых состоят ваши отпечатки пальцев, заполнены этими чувствительными механорецепторами.
- Терморецепторы : Как следует из названия, эти рецепторы воспринимают ощущения, связанные с температурой объектов, ощущаемых кожей. Они находятся в дермальном слое кожи. Есть две основные категории терморецепторов: горячие и холодовые рецепторы.
Холодовые рецепторы начинают воспринимать ощущения холода, когда температура поверхности кожи падает ниже 95 °F. Они наиболее стимулируются, когда температура поверхности кожи достигает 77 °F, и перестают стимулироваться, когда температура поверхности кожи падает ниже 41 °F. ° F. Вот почему ваши ноги или руки начинают неметь, когда они находятся в ледяной воде в течение длительного периода времени.
Горячие рецепторы начинают воспринимать ощущение тепла, когда поверхность кожи поднимается выше 86 °F, и наиболее сильно стимулируются при 113 °F. Но при температуре выше 113 °F болевые рецепторы вступают в действие, чтобы избежать повреждения кожи и подлежащих тканей. . Терморецепторы расположены по всему телу, но холодовые рецепторы расположены в большей плотности, чем тепловые. Самая высокая концентрация терморецепторов находится на лице и ушах (поэтому в холодный зимний день нос и уши всегда холодеют быстрее, чем остальная часть тела).
- Болевые рецепторы : Научный термин — ноцирецептор. «Noci-» на латыни означает «вредный» или «ранить», что является хорошим признаком того, что эти рецепторы обнаруживают боль или раздражители, которые могут или действительно вызывают повреждение кожи и других тканей тела. По всему телу находится более трех миллионов болевых рецепторов, которые находятся в коже, мышцах, костях, кровеносных сосудах и некоторых органах.
Они могут обнаруживать боль, вызванную механическими раздражителями (порезы или царапины), термическими раздражителями (ожогами) или химическими раздражителями (яд от укуса насекомого). Эти рецепторы вызывают ощущение острой боли, побуждая вас быстро отойти от вредного раздражителя, такого как разбитое стекло или остановка горячей плиты. У них также есть рецепторы, которые вызывают тупую боль в поврежденной области, чтобы побудить вас не использовать или не прикасаться к этой конечности или части тела, пока поврежденная область не заживет. Хотя никогда не бывает весело активировать эти рецепторы, которые вызывают боль, они играют важную роль в защите тела от серьезных травм или повреждений, отправляя эти ранние предупреждающие сигналы в мозг.
- Проприоцепторы : На латыни слово «proprius» означает «собственный» и используется в названии этих рецепторов, потому что они ощущают положение различных частей тела по отношению друг к другу и к окружающей среде.
Хотя у многих рецепторов есть определенные функции, которые помогают нам воспринимать различные ощущения прикосновения, почти никогда не активен только один тип рецепторов в любой момент времени. Когда вы пьете газировку из только что открытой банки, ваша рука может испытывать множество различных ощущений, просто удерживая ее.
Терморецепторы ощущают, что банка намного холоднее окружающего воздуха, в то время как механорецепторы пальцев ощущают гладкость банки и легкое трепетание внутри банки, вызванное пузырьками углекислого газа, поднимающимися на поверхность газировки. .
Механорецепторы, расположенные глубже в вашей руке, могут чувствовать, что ваша рука тянется вокруг банки, что ваша рука прикладывает усилия, чтобы удержать банку, и что ваша рука сжимает банку.
Проприорецепторы также ощущают растяжение руки, а также то, как рука и пальцы держат банку относительно друг друга и остального тела. Даже несмотря на все это, ваша соматосенсорная система, вероятно, посылает в мозг еще больше информации, чем было только что описано.
Нервные сигналы: почему у вас есть осязание
Конечно, ни одно из ощущений, ощущаемых соматосенсорной системой, не имело бы никакого значения, если бы эти ощущения не могли достичь мозга. Нервная система организма берет на себя эту важную задачу. Нейроны (которые представляют собой специализированные нервные клетки, представляющие собой наименьшую единицу нервной системы) получают и передают сообщения с другими нейронами, чтобы сообщения могли быть отправлены в мозг и из него. Это позволяет мозгу общаться с телом. Когда ваша рука касается объекта, механорецепторы в коже активируются, и они запускают цепочку событий, сигнализируя ближайшему нейрону, что они что-то коснулись. Затем этот нейрон передает это сообщение следующему нейрону, который передается следующему нейрону, и так продолжается до тех пор, пока сообщение не будет отправлено в мозг.
Теперь мозг может обрабатывать то, к чему прикасалась ваша рука, и отправлять сообщения обратно в вашу руку по тому же пути, чтобы сообщить руке, требуется ли мозгу больше информации об объекте, к которому он прикасается, или рука должна прекратить касаться его.
Проекты осязания
— Стакан воды горячий или холодный?
— Двухточечная дискриминация
Стакан воды горячий или холодный?
С помощью этого эксперимента проверьте способность вашей кожи воспринимать предмет горячим или холодным.
Что вам нужно:
- Три высоких стакана воды, один с очень теплой или горячей водой (не обжигающей), один с водой комнатной температуры и один с ледяной водой
- Часы, чтобы засекать время
Что нужно делать:
1. Возьмите стакан с горячей водой одной рукой так, чтобы ладонь касалась стакана. Возьмите стакан с ледяной водой другой рукой, удерживая его таким же образом.
2. Держите очки не менее 60 секунд.
3. Удерживая горячий и холодный стаканы в течение 60 секунд, возьмите стакан комнатной температуры обеими руками, касаясь стекла ладонями.
4. Ощущается ли стакан воды комнатной температуры горячим или холодным?
Что произошло:
Ваш мозг только что получил сбивающие с толку сообщения от ваших рук о температуре третьего стакана. Рука, изначально державшая горячий стакан, говорила вам, что третий стакан был холодным, тогда как рука, изначально державшая холодный стакан, говорила вам, что третий стакан был горячим. Но они оба касались одного и того же стекла. Как это может быть?
Вы получили эти запутанные сообщения, потому что наша кожа не воспринимает точную температуру объекта. Вместо этого ваша кожа может ощущать разницу в температуре нового объекта по сравнению с температурой объекта, к которому кожа уже привыкла («относительная температура»). Вот почему вход в водоем, такой как бассейн или озеро, сначала кажется очень холодным (ваше тело привыкло к более теплому воздуху), но затем постепенно «нагревается» после некоторого пребывания в воде (ваше тело приспосабливается).
до температуры воды).
Двухточечная дискриминация
Ваша кожа одинаково чувствительна по всему телу? Попробуйте этот эксперимент, чтобы узнать больше о том, насколько хорошо ваша кожа воспринимает прикосновения.
Что вам понадобится:
- Линейка для измерения в миллиметрах
- Две зубочистки
- Партнер
- Повязка на глаза (дополнительно)
Что вы делаете:
| 1 мм | 2 мм | 3 мм | 4 мм | 5 мм | 10 мм | |
| Кончик пальца | ||||||
| Ладонь руки | ||||||
| Плечо | ||||||
| Задняя часть | ||||||
| Щека |
1.
Подготовьтесь к этому упражнению, создав таблицу, подобную приведенной выше. Возможно, вам придется выйти за пределы 10 мм в этом упражнении, и вы можете захотеть протестировать больше участков тела, чем указано в списке. Вот некоторые предложения: тыльная сторона пальца, тыльная сторона ладони, запястье, шея, живот, верхняя часть стопы, подошва стопы, икра, бедро, лоб, нос, губа и ухо.
2. Объясните своей партнерше, что вы собираетесь слегка проткнуть ее одной или двумя зубочистками в различных местах на ее коже. Ее работа состоит в том, чтобы сказать вам, чувствует ли она один укол или два укола. Чтобы убедиться, что она не обманывает, ей нужно либо надеть повязку на глаза, либо держать глаза закрытыми.
3. Не сообщая об этом своей партнерше, держите две зубочистки так, чтобы кончики были на расстоянии 1 мм друг от друга, и слегка ткните ее в ладонь. Спросите ее, чувствовала ли она одну или две точки на своей коже. Если она говорит одно очко, разделите два острия зубочисток так, чтобы они были на расстоянии 2 мм друг от друга, и снова слегка ткните ее в ладонь.
Продолжайте раздвигать точки, пока она не скажет, что чувствует две точки. Запишите измерение, при котором она почувствовала точки на ладони.
4. Повторите шаг 3 с другими частями тела, такими как кончики пальцев, плечо, спина, живот, лицо, ноги и ступни. Убедитесь, что записали наименьшее расстояние, на котором каждая область тела чувствовала две отдельные точки при протыкании зубочистками.
Что произошло:
Способность различать одну или две точки ощущения зависит от того, насколько плотны механорецепторы в области прикосновения к коже. Скорее всего, вы обнаружили, что некоторые области вашего тела гораздо более чувствительны к прикосновениям, чем другие. Высокочувствительные области, такие как кончики пальцев и язык, могут иметь до 100 рецепторов давления на один кубический сантиметр. Менее чувствительные области, такие как спина, могут иметь всего 10 рецепторов давления на один кубический сантиметр. Из-за этого такие области, как спина, гораздо меньше реагируют на прикосновения и могут собирать меньше информации о том, что к ней прикасается, чем кончики пальцев.
Попробуйте следующие проекты:
- Пять чувств
- Наука о микробах
- Наука о скелете и костях
- Проверки зрения и зрения
Исследуйте практические науки с помощью одного из этих самых продаваемых наборов. Пройдите простой тест на группу крови, чтобы определить свою группу крови, изучите медицинскую практику с помощью набора для наложения швов, изучите силу солнца с помощью забавного набора для солнечных автомобилей, откройте для себя мир морской жизни, препарируя сохраненную морскую звезду, и для средней школы школьник, проведите лабораторную работу с человеческим телом по учебной программе Apologia по биологии.
Почему мы все чувствуем прикосновения по-разному? | The Brink
Нейробиолог Джерри Чен изучает, как различные клетки мозга соединяются, образуя то, что он называет «узлами цепи», которые позволяют животным использовать свои чувства, особенно осязание. Изображение предоставлено Николь Фуллер / Sayo Studios
Neuroscience
Новое исследование Бостонского университета
Нейробиолог Джерри Чен может помочь ученым понять, например, как лучше лечить инсульты и расстройства аутистического спектра 6 января 2022 г.
Твиттер Фейсбук
Когда вы к чему-то прикасаетесь, будь то ступая на песчаный пляж или гладя собаку по спине, в ваш мозг влетают ощущения. Вы чувствуете крупную песчинку под ногами, пушистость меха на руке. Но вы также привносите в это чувство частичку себя: наряду с внешней стимуляцией от пляжа или щенка, есть память о прошлых моментах — вытирание песком с пальцев ног во время летних каникул, прижимание к домашнему питомцу, которого так не хватает. Мы все согласны с тем, что что-то кажется абразивным или мягким, но интерпретируем это ощущение немного по-разному.
«Когда мы воспринимаем окружающую среду, мы на самом деле делаем две вещи», — говорит нейробиолог Бостонского университета Джерри Чен, эксперт по когнитивным функциям. «Мы воспринимаем все чувства, все физические элементы мира; в то же время мы применяем наши собственные типы умозаключений, субъективную интерпретацию того, что, как нам кажется, мы воспринимаем».
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science , Чен освещает этот процесс, показывая, как мозг объединяет внешнюю информацию и внутреннюю память для создания осязания.
Глядя на мозг мыши, Чен и группа исследователей из BU и Института наук о мозге Аллена обнаружили цепь в первичной соматосенсорной коре — части мозга, которая получает сигналы, связанные с прикосновением, температурой и болью, — которая предназначена для вычислений. тактильная информация. Он говорит, что схема помогает мозгу понять, как сбалансировать стимуляцию, поступающую извне, с существующими знаниями. Исследование может иметь важное значение для нашего понимания ряда неврологических расстройств и нервно-психических заболеваний, которые могут изменять сенсорное восприятие, от инсультов до расстройств аутистического спектра. По словам Чена, доцента кафедры биологии Колледжа искусств и наук Университета Нью-Йорка, углубление знаний о цепях мозга может проложить путь к более целенаправленному лечению и вмешательству.
Фото Джеки РикардиВ рамках своего исследования работы мозга команда разработала новый метод обследования и наблюдения за клетками: платформу, которая генерирует активность в мозге, показывает молекулярный состав возбуждающих клеток и помогает вычислять все данные. Это позволило Чену посмотреть, как разные нейроны в коре реагируют и взаимодействуют, когда животное касается объекта, и как эти нейроны адаптируются, когда что-то в окружающей среде меняется.
Чен и его команда использовали атлас мозга мыши Института Аллена — каталог различных типов клеток мозга — в качестве отправной точки для проекта. Чен, бывший руководитель нового поколения Института Аллена, говорит, что атлас отлично подходит для точного определения местоположения и категории нейрона, но на самом деле он мало что говорит исследователям о функциях нейрона. Его находки привносят эту деталь и цвет. «Это еще один уровень понимания того, как все сочетается друг с другом», — говорит Чен, который также является доцентом кафедры биомедицинской инженерии Университетского инженерного колледжа.
«Самое главное, что мы объединили каталог с функциональным определением — это действительно откроет нам много способов понять мозг».
The Brink поговорил с Ченом о своих открытиях и их потенциале для улучшения наших знаний и заботы о мозге.
Вопросы и ответы
С Джерри Ченом
The Brink: О чем говорят ваши находки?
Джерри Чен: Когда вы воспринимаете окружающий мир, ваш мозг выполняет комбинацию обработки стимулов, составляющих сцену, но он также пытается заполнить информацию, основанную на том, что вы узнали в прошлом, чтобы помочь вам интерпретировать. что ты чувствуешь. Например, допустим, вы роетесь в сумке в поисках ключей от машины. Ваш мозг изучил, на что похожи клавиши, поэтому он заполняет информацию, когда вы ощущаете объекты различной текстуры или формы, чтобы направлять ваш поиск. Однако бывают моменты, когда вы чувствуете что-то вроде острого лезвия, которое действительно выскакивает и говорит вам, что вы на правильном пути и что, возможно, вы нашли свои ключи.
Наши результаты, по сути, показывают, что существует выделенная цепь, состоящая из определенных ячеек в каталоге, которые мы называем ячейками-концентраторами. Эти клетки помогают предупредить мозг о том, что вы столкнулись с характерной особенностью, которую необходимо исследовать дальше.
The Brink: Вас что-нибудь удивило в этих центральных ячейках?
Джерри Чен: Ячейки-концентраторы, которые, как мы определили, важны для обнаружения функций, также интересным образом реагируют на изменение вашей среды. Известно, что существует определенный набор генов, которые важны для обучения и адаптации и могут повышаться или понижаться в зависимости от меняющихся условий. Мы обнаружили, что эти гены всегда включены в центральных клетках, что противоречит некоторым современным принципам. Когда окружающая среда меняется, эти клетки реагируют, пытаясь компенсировать эти изменения.
The Brink: Каково значение ваших находок?
Джерри Чен: Наши результаты имеют отношение к целому ряду неврологических расстройств, таких как инсульт, и нервно-психических заболеваний, таких как расстройство аутистического спектра, когда у человека может быть изменено чувство восприятия.
Вместо того, чтобы рассматривать мозг как однородный кусок ткани, понимание того, какие конкретные типы клеток являются наиболее важными, позволит нам разработать методы лечения, которые могут быть целенаправленными.
Это знаменует впечатляющий прогресс в направлении непосредственного лечения основной причины конкретных симптомов, а также позволяет избежать нежелательных побочных эффектов от других терапевтических средств и вмешательств. Одной из больших сложностей современных методов лечения заболеваний головного мозга является то, что они воздействуют не только на интересующую цепь, но и на другие цепи, с которыми вам не обязательно иметь дело. Тот факт, что у нас есть генетический контроль над этими конкретными цепями, означает, что потенциально можно разработать целевые методы лечения, которые будут воздействовать только на эти цепи.
The Brink: Вы работали с Алленовским институтом наук о мозге, чтобы применить его нейронный каталог для переписи всех типов клеток мозга.
Как вы использовали каталог в этом исследовании?Джерри Чен: Каталог описывает только молекулярный состав нейронов, но ничего не говорит о функциях нейронов или выполняемых ими вычислениях. Технология, которую разработала моя исследовательская группа, использует эту новую информацию из каталога и добавляет следующий уровень информации, а именно модели активности клеток. Это позволяет нам сосредоточиться и всесторонне изучить функцию клеток в каталоге. Вот почему мы называем это комплексным считыванием маркеров активности и типов клеток, или CRACK, каламбур на тему взлома нейронных цепей. Мы применили платформу CRACK для изучения определенной части коры, связанной с нашим восприятием прикосновения. Мы посмотрели, как разные нейроны из каталога обрабатывают информацию и взаимодействуют с другими нейронами, когда животное прикасается к объектам в своем окружении. Мы также рассмотрели, как нейроны адаптируются при изменении окружающей среды.
Наша технология CRACK проложит путь к каталогу 2.
0, позволяющему исследователям собирать как молекулярную, так и функциональную информацию обо всех клетках мозга. Люди могут начать применять эту платформу, чтобы понять, как работают разные части мозга мыши. Мы уже переходим к другой части мозга, связанной с сенсорной памятью.
Наша общая цель — понять человеческий мозг, поэтому большая часть этой каталогизации, которая происходит в мозгу мыши, на самом деле является лишь экспериментальной возможностью создать аналогичный каталог человеческого мозга.
Грань: Что побудило вас заняться этим вопросом?
Джерри Чен: Наша лаборатория заинтересована в изучении нейронной основы восприятия и познания. Мозг – самый сложный орган в организме. Эта сложность частично определяется тем фактом, что миллиарды нейронов в мозгу не одинаковы. Существуют сотни тысяч различных типов нейронов, выполняющих различные функции и выполняющих различные вычисления. Чтобы действительно понять, как работает мозг, нам нужно разобрать мозг на отдельные компоненты, а затем начать задаваться вопросом, как эти компоненты взаимодействуют во время поведения.
The Brink: Что вы надеетесь изучить дальше?
Джерри Чен: Есть много направлений, в которых мы движемся, основываясь на наших новых технологиях и открытиях. Идея выделенных цепей для пластичности нейронов, состоящих из определенных типов клеток в каталоге — неожиданная находка в нашем исследовании — особенно интригует. Это одна из областей, за которой мы следим; мы специально изучаем потенциально похожие типы цепей в других частях мозга и то, как они функционируют как во время обучения и памяти, так и во времени.
Это исследование было поддержано Национальным институтом здравоохранения при финансовой поддержке премии New Innovator Award, инициативы «Исследования мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий» (BRAIN) и Национального института психического здоровья.
Изучите связанные темы:
- Здоровье
- Национальные институты здоровья
- неврология
Молли О’Брайен Глюк
Молли О’Брайен Глюк можно связаться по адресу mgluck@bu.
