Если вы поставите на стол стакан с водой, вы, вероятно, сможете увидеть на его поверхности концентрические колебательные движения, создаваемые небольшими движениями, происходящими поблизости. Эти колебания вызваны колебаниями, которые распространяются по полу, столу, стеклу и другим твердым поверхностям. Эти вибрации также являются важными сенсорными стимулами, которые мы используем, например, для обнаружения приближающегося поезда или для определения знакомого шага нашего соседа по офису. «Мы живем в окружении вибраций, которые чрезвычайно важны для нашего восприятия мира», – объясняет Дэниел Хубер с кафедры основных нейронаук медицинского факультета UNIGE, руководивший этой работой. "Итак, мы хотели знать, как мозг воспринимает и представляет их."
Сочетание частоты и амплитуды
Используя двухфотонную микроскопию, команда Дэниела Хубера визуализировала активность сотен нейронов в соматосенсорной коре мыши, когда колебания разных частот передавались на ее переднюю лапу. Как и в слуховой коре, отдельные нейроны настраивались выборочно: они сильно реагировали на одни частоты и в меньшей степени – на другие. "Оказывается, эти нейроны предпочтительно настроены на определенную комбинацию частоты и амплитуды, и что эта комбинация соответствует тому, что на самом деле воспринимает мышь. Другими словами, мышь не может отличить высокочастотную вибрацию с низкой амплитудой от низкочастотной вибрации с более высокой амплитудой », – объясняет Марио Прса, исследователь из Dr.
Команда Хубера и первый автор исследования. "Это тот же психоакустический эффект, который обнаруживается в слуховой системе, когда воспринимаемая высота звука изменяется как с частотой, так и с громкостью.Таким образом, несмотря на то, что звуки, которые распространяются по воздуху, и вибрации, которые передаются через твердое вещество, обрабатываются разными сенсорными каналами, они одинаково воспринимаются и кодируются в мозгу.
Все проходит через тельца Пачини
На втором этапе исследователи стремились определить происхождение задействованных соматосенсорных стимулов, выполнив подробный гистологический анализ тельца Пачини в передней конечности мыши. Тельца пачини, как известно, передают высокочастотные колебания у млекопитающих и плотно экспрессируются в дерме кончиков пальцев приматов. «Удивительно, но мы обнаружили, что вибрационные реакции в мозгу мыши происходят от тельцов Пачини, расположенных на костях предплечья, в то время как они полностью отсутствовали в коже лапы», – объясняет Джеральдин Куену, студентка магистерской программы UNIGE по неврологии, которая приняла ответственность за этот подробный анализ. Используя оптогенетику, ученые подтвердили связь между ответами коры головного мозга и особой конфигурацией механорецепторов передних конечностей.
Предок слуховой системы?
Может быть, определенное распределение чувствительных к вибрации механорецепторов вдоль костей передней конечности действует как сейсмограф, «прислушивающийся» к вибрациям?? Вибрационные стимулы действительно используются рядом живых организмов для общения через растения, ветви и другие твердые субстраты. «Наши открытия, вероятно, показывают существование древнего сенсорного канала, который мог быть эволюционным предшественником слуха», – заключает Марио Прса.
Этот несколько рудиментарный, но очень чувствительный метод может также объяснить, как мы можем идентифицировать тонкие подсказки, связанные с приближающимися стихийными бедствиями, или почему строительство или движение вызывают неприятности, даже когда их не слышно.