Тело человека воспринимает вибрации не хуже звуковых колебаний

Ощущение вибрации мобильного телефона знакомо всем. Восприятие этих вибраций происходит от специализированных рецепторов, которые преобразуют их в нервные сигналы, посылаемые в мозг. Но как головной мозг кодирует их физические характеристики? Чтобы понять это, неврологи из Женевского университета (University of Geneva) наблюдали, что происходит в мозге мышей, чьи передние лапы воспринимают вибрации. Ученые обнаружили, что нейроны в соматосенсорной коре активируются так же, как и в слуховой коре. Данные исследования, опубликованные в журнале Nature, говорят о том, что ощущение вибрации телефона или прослушивание его звонка в конечном итоге основано на тех же самых кодах мозга.

Актуальность проблемы

В стакане воды легко наблюдать концентрические колебательные движения, создаваемые небольшими движениями, которые происходят поблизости. Эти колебания вызваны вибрациями, которые распространяются через пол, стол, стекло и все другие твердые поверхности. Эти вибрации также являются важными сенсорными стимулами, которые люди используют, например, для обнаружения приближающегося поезда или для определения шагов коллеги.

«Мы живем в окружении вибраций, которые чрезвычайно важны для нашего восприятия мира. Итак, мы хотели знать, как мозг воспринимает и представляет их», — говорит Дэниел Хубер (Daniel Huber).

Материалы и методы исследования

Используя двухфотонную микроскопию, команда учёных во главе с Дэниэлом Хубером визуализировала активность сотен нейронов в соматосенсорной коре мыши, когда вибрации различных частот доставлялись к ее передней лапе. Как и в слуховой коре, отдельные нейроны были избирательно настроены, сильно реагируя на одни частоты и в меньшей степени на другие.

Результаты научного исследования

«Оказывается, что эти нейроны преимущественно настроены на определенную комбинацию частоты и амплитуды, и что эта комбинация соответствует тому, что мышь на самом деле воспринимает. Другими словами, мышь не может отличить высокочастотную вибрацию с низкой амплитудой от низкочастотной вибрации с более высокой амплитудой. Это тот же самый психоакустический эффект, обнаруженный в слуховой системе, где воспринимаемая высота звука изменяется как с частотой, так и с громкостью. Таким образом, хотя звуки, распространяющиеся по воздуху, и вибрации, передаваемые через твердое вещество, обрабатываются различными сенсорными каналами, они воспринимаются и кодируются одинаково в мозге», — говорит Марио Прса (Mario Prsa).

На втором этапе исследователи попытались определить происхождение соматосенсорных стимулов, выполняя подробный гистологический анализ телец Пачини в передних конечностях мыши. Известно, что тельца Пачини передают высокочастотные колебания у млекопитающих и плотно экспрессируются в дерме кончиков пальцев приматов.

«Удивительно, но мы обнаружили, что вибрационные реакции в мозге мыши происходят от Пачиниевых телец, расположенных на костях предплечья, в то время как они полностью отсутствовали в коже лап», — говорит Джеральдин Куэну (Géraldine Cuenu).

Используя оптогенетику, ученые подтвердили связь между корковыми реакциями и определенной конфигурацией механорецепторов на передних конечностях.

Выводы

Может ли быть так, что определенное распределение чувствительных к вибрации механорецепторов по костям передней конечности действует как сейсмограф для «прослушивания» вибраций?

«Наши открытия показывают существование древнего сенсорного канала, который мог бы стать эволюционным предшественником слуха. Этот несколько рудиментарный, но в то же время высокочувствительный метод может также объяснить, как мы можем определить тонкие подсказки, связанные с предстоящими стихийными бедствиями, или почему движения вызывают неудобства, даже когда их не слышно», — говорит Марио Прса.

Авторы другого исследования установили, что обработка зрительных импульсов происходит на самом раннем этапе по пути к зрительному центру.