Los neurocientíficos de la Universidad de Chicago han desarrollado un modelo de computadora que puede simular la respuesta de los nervios en la mano a cualquier patrón de estimulación táctil en la piel. La herramienta reconstruye la respuesta de más de 12,500 fibras nerviosas con una precisión de milisegundos, tomando en cuentacuenta la mecánica de la piel cuando presiona y se mueve a través de los objetos.
El software permitirá a los científicos ver cómo responden poblaciones enteras de fibras nerviosas cuando interactuamos con objetos. Este modelo permitirá a los científicos comprender mejor cómo responde el nervio al tacto y puede usarse para construir sensaciones realistas en manos biónicas para amputados..
"Casi todo lo que sabemos sobre cómo responde el nervio a la estimulación en la piel de la mano está integrado en este modelo", dijo Sliman Bensmaia, PhD, profesor asociado de biología y anatomía organismal en la Universidad de Chicago, e investigador principal dela nueva investigación: "Finalmente, puedes ver cómo todas estas fibras nerviosas trabajan juntas para dar lugar al tacto".
Los detalles del modelo se publicaron esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias . El estudio, dirigido por los académicos posdoctorales Hannes Saal y Benoit Delhaye, junto con Brandon Rayhaun, un ex estudiante universitario en el laboratorio, se basa en años de investigación del equipo de Bensmaia sobre cómo el sistema nervioso y el cerebro perciben el sentido del tacto.
Anteriormente, los investigadores tenían que realizar experimentos costosos y que llevaban mucho tiempo con animales o sujetos humanos para ver cómo el sistema nervioso responde a un estímulo táctil dado. Incluso entonces, solo podían registrar las respuestas de una neurona a la vez. Pero la sensacióndel tacto proviene de miles de fibras nerviosas que responden en concierto cuando la mano toca, sostiene y manipula objetos. Las respuestas de las fibras nerviosas individuales no son suficientes para transmitir la información del estímulo por sí mismas. Más bien, la información sobre los objetos que agarramos se distribuye en grandes cantidades.grupos de nervios sensibles al tacto que trabajan juntos.
Por ejemplo, cuando sostiene un teléfono celular en la mano, parte de la respuesta nerviosa es impulsada por los receptores de la piel ubicados donde los bordes del teléfono presionan la punta de los dedos. Pero las deformaciones de la piel también se irradian fuera de esta área, hacia los dedos, y en todo el resto de la mano, activando muchos otros receptores en el proceso. La simulación revela cómo interactuar con un objeto crea estos patrones únicos y detallados de actividad nerviosa.
Además de su impacto en la comprensión básica de cómo funcionan estas sensaciones, el modelo también es una base para restaurar el tacto en manos biónicas para amputados. Para lograr sensaciones realistas del tacto, los ingenieros neuronales intentan reproducir los patrones naturales de la actividad nerviosagenerado cuando manipulamos objetos. El modelo de computadora proporciona a los ingenieros la salida nerviosa generada por un estímulo dado, que luego puede recrearse en una prótesis estimulando eléctricamente el nervio a través de una interfaz implantada en el cuerpo.
Bensmaia y su equipo validaron la salida del modelo contra los datos de una amplia variedad de experimentos realizados por otros equipos de investigación, y muestran que coincide con su salida con precisión de milisegundos. El software estará disponible como descarga gratuita, por lo que otros ingenierospueden comenzar a usarlo en su propio trabajo.
"Usar un modelo para reproducir un sistema biológico con precisión es un desafío, y hemos estado trabajando en esta simulación durante mucho tiempo. Pero creo que el producto final lo vale", dijo Bensmaia. "Es una herramienta quegenerará ideas que antes eran inalcanzables ".
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Materiales proporcionados por Centro médico de la Universidad de Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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