Пружинно-балочная модель крысиных усов поможет изучить осязание

Исследователи из Северо-Западного университета разработали механическую модель, чтобы спрогнозировать поведение уса внутри фолликула. Оказалось, что ус образует S-образный изгиб и таким образом воздействуют на сенсорные клетки, которые затем посылают в сигналы в мозг. Работа опубликована в журнале PLoS Computational Biology.

Усы, или вибриссы, это чувствительные подвижные волоски, которые есть у многих млекопитающих: кошек, крыс, белок, морских тюленей. Подобно человеческим волосам, усы не имеют рецепторов по длине, все сенсорные клетки спрятаны в волосяном фолликуле. «Вы знаете, что у вашей кошки красивые усы, но вы не видите самой главной их части», — считает ведущий автор работы, профессор биомедицинской и медицинской инженерии в Северо-Западном университете (штат Иллинойс) Митра Хартманн.

Когда ус изгибается из-за внешнего воздействия, эта деформация распространяется вдоль него в фолликул. Там срабатывают механорецепторы, которые преобразуют механические сигналы в электрические и направляют в мозг. Восприятие животным тактильного сигнала будет определяться тем, как эти механорецепторы преобразуют деформацию в нервные импульсы.

«Часть уса, которая запускает механорецепторы, скрыта внутри фолликула, поэтому ее невероятно сложно изучать. При этом, если разрезать фолликул, то исследовать передачу сигнала не получится. Поэтому разрабатывая новые модели, мы можем получить представление о биологических процессах, которые нельзя изучить иначе», — прокомментировала руководительница исследования.

Ученые создали пружинно-балочную модель фолликула, чтобы увидеть, как именно при внешнем воздействии будет деформироваться ус внутри волосяного кармана. Для создания модели использовались данные экспериментов с фолликулами крысиных усов. С помощью механической модели и математических выкладок ученые обнаружили, что при шевелении ус изгибается в форме буквы «S» внутри фолликула.

«Наша модель демонстрирует одинаковую деформацию усов как при пассивном прикосновении уса к объекту, так и при активном. Это означает, что дальнейшие эксперименты можно будет выполнять на животном под анестезией», — рассказал Ифу Луо, научный сотрудник из лаборатории Митры Хартманн.

По словам исследователей, усы представляют собой упрощенную модель, позволяющую в перспективе понять природу тактильных ощущений млекопитающих.