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2018
02-06

大鼠可以告诉我们什么是触摸


在她的搜索理解最基本的人类感官之一 - 触摸 - 米特拉·哈特曼转向什么成为神经科学中研究最好的模型系统之一:老鼠的胡须。在她的研究中,西北大学麦考密克工程与应用科学学院的生物医学工程和机械工程副教授哈特曼用鼠颊系统作为模型来理解大脑如何将触觉与运动无缝地结合在一起。

Hartmann将在华盛顿特区举行的美国科学促进协会(AAAS)年会上,在为期一天的研讨会“身体和机器”中讨论她的研究。她的演讲是“连接力学,机器人和神经科学:小说系统的新颖见解“,将于2月18日(星期五)上午8:30至11:30举行。

大鼠是夜行动物,有节奏地移动胡须以便通过触摸来探索环境。老鼠只使用晶须上的触觉信息就能确定一个物体的所有空间属性,包括大小,形状,方向和纹理。哈特曼的研究小组特别感兴趣的是描述感官行为的机制,以及力学如何影响知觉。 Hartmann说:“我们的实验室感兴趣的一个大问题是动物(包括人类)如何在环境中主动移动传感器,并以某种方式将感官数据转化为对世界的稳定感知。

每年发表数百篇论文,用鼠颊系统作为模型来理解神经处理。但是有一个很大的缺失,阻止了对这些研究中记录的神经信号的全面理解:没有人知道如何用机械变量来表示晶须的“接触”。哈特曼说:“我们并不了解其他感官。” “我们知道,视觉和听觉刺激可以通过光和声音的强度和频率来量化,但是我们并不完全理解产生我们触觉的机制。”

为了更好地理解老鼠用它的胡须来感知它的世界,哈特曼的小组努力更好地理解老鼠的行为,并创建系统的模型,使人造晶须阵列的创造。

为了确定老鼠如何感知物体的形状,Hartmann的团队开发了一张光片来监测晶须与物体接触的确切位置。使用高速视频,团队还可以分析老鼠如何移动头部以探索不同的形状。

最近,Hartmann的团队创建了一个模型,建立老鼠头和胡须阵列的完整结构。这意味着团队现在可以模拟老鼠“搅拌”到不同的物体中,并在老鼠遇到物体时预测晶须系统的全部输入。然后可以将仿真与真实行为进行比较,如用光片监控的。

这些进步将提供洞察触觉,但也可能使新的技术,可以利用胡须系统。例如,哈特曼的实验室创造了机器人晶须阵列,可以在几个方面模仿哺乳动物晶须的能力。研究人员证明,这些阵列可以感知有关物体形状和流体流动的信息。 Hartmann说:“我们表明,晶须底部的弯曲力矩或扭矩可用于生成环境的三维空间表示。 “我们使用这个原理来制造机器人晶须的阵列,它们复制了大鼠晶须的基本机制。”她说,这项技术可以用来提取几乎所有固体物体的三维特征。 Hartmann设想对晶须系统的更好的理解可能对视觉有限的工程应用有用。但最重要的是,更好地了解鼠须系统可以转化为对自己的更好的理解。

哈特曼说:“虽然晶须和双手非常不同,但处理触觉信息的基本神经通路在许多方面都与哺乳动物相似。 “更好地了解晶须系统中的神经处理可以提供对我们自己的大脑处理信息的见解。”