Als het grootste en meest prominente orgaan van ons lichaam, de huid biedt ook een van onze meest fundamentele verbindingen met de wereld om ons heen. Vanaf het moment dat we geboren zijn, het is nauw betrokken bij elke fysieke interactie die we hebben.

Hoewel wetenschappers de tastzin hebben bestudeerd, of haptiek, meer dan een eeuw, veel aspecten van hoe het werkt, blijven een mysterie.

"De tastzin wordt niet volledig begrepen, ook al vormt het de kern van ons vermogen om met de wereld om te gaan, " zei Yon Visell, haptiekonderzoeker van UC Santa Barbara. "Alles wat we met onze handen doen - een glas oppakken, onze naam ondertekenen of sleutels in onze tas vinden - dat is allemaal niet mogelijk zonder tastzin. Toch begrijpen we niet volledig de aard van de sensaties die door de huid worden vastgelegd of hoe ze worden verwerkt om waarneming en actie mogelijk te maken."

We hebben betere modellen voor hoe onze andere zintuigen, zoals zien en horen, werk, maar ons begrip van hoe de tastzin werkt, is veel minder volledig, hij voegde toe.

Om die leemte te helpen vullen, Visell en zijn onderzoeksteam, waaronder Yitian Shao en medewerker Vincent Hayward aan de Sorbonne, hebben de fysica van aanrakingssensatie bestudeerd - hoe het aanraken van een object signalen in de huid oproept die vormgeven aan wat we voelen. In een studie (link) gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , de groep laat zien hoe de intrinsieke elasticiteit van de huid de tactiele waarneming bevordert. Opmerkelijk, ze laten zien dat het verre van een eenvoudig meetmateriaal is, de huid kan ook helpen bij het verwerken van tactiele informatie.

Om dit belangrijke maar weinig bekende aspect van aanraking te begrijpen, Visell denkt dat het nuttig is om na te denken over hoe het oog, ons visuele orgaan, verwerkt optische informatie.

"Menselijk zicht vertrouwt op de optica van het oog om licht te focussen op een beeld op het netvlies, " zei hij. "Het netvlies bevat lichtgevoelige receptoren die dit beeld vertalen in informatie die onze hersenen gebruiken om te ontleden en te interpreteren waar we naar kijken."

Een analoog proces ontvouwt zich wanneer we een oppervlak aanraken met onze huid, Visell ging verder. Vergelijkbaar met de structuren zoals het hoornvlies en de iris die licht opvangen en focussen op het netvlies, de elasticiteit van de huid verdeelt tactiele signalen naar sensorische receptoren door de hele huid.

Voortbouwend op eerder werk dat gebruik maakte van een reeks kleine versnellingsmeters die op de hand werden gedragen om de ruimtelijke patronen van trillingen te detecteren en te catalogiseren die worden gegenereerd door acties zoals tikken, glijden of grijpen, de onderzoekers hier gebruikten een vergelijkbare benadering om ruimtelijke trillingspatronen vast te leggen die worden gegenereerd wanneer de hand de omgeving voelt.

"We gebruikten een op maat gemaakt apparaat bestaande uit 30 drie-assige sensoren die voorzichtig op de huid zijn gehecht, ", legt hoofdauteur Shao uit. "En toen vroegen we elke deelnemer aan onze experimenten om veel verschillende aanrakingsinteracties met hun handen uit te voeren." Het onderzoeksteam verzamelde een dataset van bijna 5000 van dergelijke interacties, en analyseerde die gegevens om te interpreteren hoe de overdracht van door aanraking geproduceerde trillingspatronen die werden verzonden door de handvormige informatie-inhoud in de tactiele signalen. De trillingspatronen zijn ontstaan ​​door de elastische koppeling in de huid zelf.

Het team analyseerde vervolgens deze patronen om te verduidelijken hoe de overdracht van trillingen in de hand gevormde informatie in de tactiele signalen. "We gebruikten een wiskundig model waarin hoogdimensionale signalen die door de hele hand werden gevoeld, werden weergegeven als combinaties van een klein aantal primitieve patronen, " legde Shao uit. De primitieve patronen zorgden voor een compact lexicon, of woordenboek, die de grootte van de informatie in de signalen comprimeerde, waardoor ze efficiënter kunnen worden gecodeerd.

Deze analyse genereerde een tiental of minder primitieve golfpatronen - trillingen van de huid door de hele hand die konden worden gebruikt om informatie vast te leggen in de tactiele signalen die door de hand werden gevoeld. Het opvallende kenmerk van deze primitieve trillingspatronen, Visell zei, is dat ze automatisch de structuur van de hand en de fysica van golftransmissie in de huid weerspiegelden.

"Elasticiteit speelt deze zeer basale functie in de huid door duizenden sensorische receptoren in te schakelen voor aanraking in de huid, zelfs wanneer contact plaatsvindt op een klein huidgebied, "legde hij uit. "Dit stelt ons in staat om veel meer zintuiglijke middelen te gebruiken dan anders beschikbaar zouden zijn om te interpreteren wat we aanraken." De opmerkelijke bevinding van hun onderzoek is dat dit proces het ook mogelijk maakt om informatie efficiënter vast te leggen in de tactiele signalen, aldus Visell. Dit soort informatieverwerking wordt normaal gesproken door de hersenen gedaan, in plaats van de huid.

De rol van mechanische transmissie in de huid is in sommige opzichten vergelijkbaar met de rol van de mechanica van het binnenoor bij het horen, aldus Visell. 1961, von Bekesy ontving de Nobelprijs voor zijn werk dat laat zien hoe de mechanica van het binnenoor de auditieve verwerking faciliteert. Door geluiden met verschillende frequentie-inhoud naar verschillende sensorische receptoren in het oor te verspreiden, helpen ze bij het coderen van geluiden door het auditieve systeem. Het werk van het team suggereert dat soortgelijke processen ten grondslag kunnen liggen aan de tastzin.

Deze bevindingen, volgens de onderzoekers dragen niet alleen bij aan ons begrip van de hersenen, maar kan ook nieuwe benaderingen suggereren voor de engineering van toekomstige prothetische ledematen voor geamputeerden die mogelijk zijn begiftigd met huidachtige elastische materialen. Soortgelijke methoden zouden ooit ook kunnen worden gebruikt om de tactiele detectie door robots van de volgende generatie te verbeteren.