Le Dr Ewa Jarocka parle àMa Cliniquede nos sens et de la façon dont les empreintes digitales peuvent améliorer notre sens du toucher.
Sommaire
Qu’est-ce qui a provoqué votre recherche sur nos sens?
Nous expérimentons notre environnement à travers nos récepteurs sensoriels. Ils sont cruciaux pour notre survie, ils nous permettent d’interagir avec le monde extérieur et nous permettent également de profiter du monde.
Il peut être facile de les prendre pour acquis jusqu’à ce que nous obtenions une injection anesthésique de notre dentiste et que nous ne sachions pas ce qui se passe sur notre visage ou que nous nous réveillions au milieu de la nuit et ne trouvions pas notre main car elle est engourdie.
Le sens du toucher intégré dans la peau des paumes humaines est extraordinaire; entre autres, il nous permet de distinguer les formes d’objets même minuscules, ce qui permet à son tour de les manipuler avec précision et finesse – vous n’avez pas besoin de regarder une boucle d’oreille en la mettant. La façon dont le système nerveux utilise son organisation et son anatomie humaine est un sujet fascinant à étudier.
Neurones. Crédit d’image: Vitaly Sosnovskiy / Shutterstock.com
Comment les neurones sensoriels fonctionnent-ils pour détecter le toucher et d’autres stimuli tactiles?
Il existe des neurones sensoriels à adaptation rapide et lente dans la peau glabre de la main humaine. Ils diffèrent dans la façon dont ils réagissent lorsqu’ils sont stimulés. Si vous soulevez une tasse de café, les neurones à adaptation rapide dans le bout de vos doigts répondront au moment même où vous le saisirez, après quoi ils cesseront de répondre jusqu’à ce que vous remettiez la tasse sur la table à laquelle ils déclencheront à nouveau des potentiels d’action; tandis que les neurones à adaptation lente continueront à déclencher des impulsions électriques pendant tout le temps du contact de vos doigts avec la cupule.
Les neurones à adaptation rapide et lente innervent quatre types d’organes terminaux: les corpuscules de Meissner, les cellules de Merkel, les corpuscules de Pacin et de Ruffini qui sont activés par différents stimuli mécaniques. Les propriétés des neurones ainsi que l’emplacement et l’anatomie de leurs organes terminaux déterminent quel type de stimulus les activera le mieux et si une réponse de courte ou de longue durée sera évoquée. Avec ces quatre types différents de mécanorécepteurs, nous pouvons détecter de petits détails géométriques (par exemple des bords, des coins), des textures fines, des vibrations ou des étirements de la peau.
Nous avons étudié deux de ces quatre types de neurones, à savoir les neurones de type 1 à adaptation rapide (FA-I) qui innervent les corpuscules de Meissner, et le type 1 à adaptation lente (SA-I) qui innervent les cellules de Merkel car ils fournissent des informations sur les détails spatiaux. d’objets et de surfaces que nos doigts touchent.
Pourquoi la sensibilité d’un seul neurone sensoriel n’a-t-elle pas été étudiée auparavant?
L’étude des réponses d’un seul neurone tactile chez des humains éveillés nécessite l’insertion d’une électrode d’enregistrement dans un nerf périphérique. Cette méthode appelée microneurographie est assez exigeante et il n’y a que quelques groupes de recherche dans le monde qui l’utilisent et en même temps, il y a tellement de questions scientifiques auxquelles il faut répondre.
Malgré les défis de cette technique, il y a eu de nombreuses études sur le traitement de l’information tactile au fil des ans, et chaque résultat consécutif a fourni de nouvelles perspectives qui façonnent la prochaine étape de la recherche. Il fallait que le moment soit venu pour que cette étude ait lieu. Le fait que les neurones FA-I et SA-I aient des champs réceptifs avec plusieurs zones de sensibilité maximale (également appelées «zones hautement sensibles» ou «sous-champs») était déjà mentionné en 1978 par Roland Johansson (Sensibilité tactile dans la main humaine: réceptif caractéristiques de terrain des unités mécanoréceptrices dans la région de la peau glabre. Johansson RS J Physiol (Lond). 1978) et a ensuite été montré dans quelques autres études au cours des années.
En 2014, l’étude de Pruszynski et Johansson (Edge-orientation processing in first-order touch neurones. Pruszynski JA, Johansson RS Nat Neurosci.2014) a montré pour la première fois que l’orientation d’un stimulus en forme de bord par rapport à l’arrangement spatial de les sous-champs des neurones ont influencé la réponse neuronale. Certaines orientations de bord ont été préférées car elles étaient bien alignées avec les zones très sensibles des champs récepteurs des neurones. Ces résultats ont révélé que la disposition des sous-champs dans un champ réceptif jouait un rôle crucial dans le type d’informations véhiculées et offraient une nouvelle explication de la très grande acuité spatiale dont les gens font preuve lorsqu’ils manipulent des objets.
Cela a déclenché l’étape suivante, à savoir étudier systématiquement les sous-champs du champ réceptif également dans le contexte de la sensibilité spatiale d’un seul neurone. On savait depuis très longtemps que les organes terminaux des neurones FA-I et SA-I sont situés dans les crêtes papillaires et nous voulions savoir à quel point les réponses neuronales sont liées aux crêtes et comment cela était lié à l’acuité spatiale des neurones.
Pouvez-vous décrire comment vous avez mené vos dernières recherches sur notre sens du toucher?
Nous avons enregistré des impulsions électriques provenant de neurones tactiles innervant le bout des doigts de douze participants lorsqu’un motif de points en relief a balayé leurs champs récepteurs. Le motif de points était enroulé autour d’un tambour rotatif. Il y avait 41 points, espacés d’au moins 7 mm, de sorte qu’il n’y avait toujours qu’un seul point traversant le champ récepteur; chaque point avait une position unique sur le motif (avec des intervalles de 0,2 mm) de sorte que, au total, les points couvraient une zone de 8 mm de large sur la peau perpendiculaire au grand axe du doigt. Cela nous a permis de scanner tout le champ réceptif d’un neurone pendant une révolution du tambour. Ensuite, nous avons créé une carte de sensibilité du champ récepteur du neurone et l’avons analysé en ce qui concerne l’acuité spatiale et la robustesse du neurone à différentes vitesses et directions du mouvement du tambour.
Pour certains neurones, le tambour tournait à trois vitesses: 15, 30 et 60 mm / s, qui sont dans la plage d’utilisation manuelle du monde réel et pour certains neurones, nous avons également analysé les effets de différentes directions de balayage, imitant les mouvements de va-et-vient. du bout du doigt.
Toucher. Crédit d’image: Luma creative / Shutterstock.com
Qu’avez-vous découvert?
Nous avons découvert que l’acuité spatiale des zones très sensibles correspond approximativement à la largeur d’une crête papillaire (~ 0,4 mm). Cela suggère que les organes d’extrémité sous-jacents aux sous-champs mesurent les déflexions des crêtes individuelles, ce qui suggère à son tour que les crêtes papillaires sont essentielles pour un toucher discriminant. Cela change la façon dont nous pensons que les informations tactiles sont signalées par les nerfs périphériques.
Nous démontrons également que la disposition des zones très sensibles est bien préservée dans le temps et à travers différentes vitesses et directions de mouvement. En d’autres termes, la réponse neuronale est ancrée dans les crêtes et peu importe le nombre de fois où nous balayons une surface, à quelle vitesse ou dans quelle direction, les informations spatiales que nous obtenons des neurones dans nos empreintes digitales seront en grande partie les mêmes. .
Comment vos recherches aideront-elles à mieux comprendre la sensibilité du corps à différents stimuli?
Nos résultats offrent une explication simple de la raison pour laquelle les humains, lorsqu’ils manipulent avec des objets, peuvent présenter une acuité spatiale si élevée, c’est quelque chose qui ne peut pas être expliqué par des modèles traditionnels, largement basés sur des données de singes. Il y a ~ 210 champs réceptifs / cm2 des neurones FA-I et SA-I dans nos doigts et chacun d’eux comprend plusieurs sous-champs, répartis sur plusieurs crêtes, ce qui implique que les sous-champs appartenant à de nombreux neurones sont fortement entremêlés.
En ajoutant à cela le fait qu’il suffit de dévier une crête papillaire pour évoquer une réponse dans un seul neurone, nous pouvons imaginer les informations détaillées sur la surface touchée que le cerveau reçoit.
Il a été proposé que l’information sur la texture d’une surface soit transportée dans les vibrations évoquées lorsque nos doigts glissent dessus.
Cependant, il a été démontré que notre perception de la texture ne dépend pas de la vitesse à laquelle nous déplaçons notre main sur la surface, alors que la fréquence des vibrations en dépendra. Il doit donc y avoir un mécanisme supplémentaire permettant de ressentir la texture quelle que soit la vitesse du mouvement. Nous montrons que les informations dans les neurones FA-I et SA-I ont été préservées à différentes vitesses de balayage, ce qui suggère que les informations spatiales pourraient contribuer à la perception de la texture.
Quelles sont les prochaines étapes de votre recherche?
Pour obtenir la topographie de sensibilité des champs récepteurs du neurone, nous avons utilisé un point de stimulation à la fois. Nous savons qu’il y a plusieurs zones très sensibles dans un champ réceptif, donc maintenant nous aimerions savoir s’il y a des interactions entre l’activité neuronale se produisant dans différents sous-champs si nous les stimulons simultanément (en utilisant plus d’un point stimulant à la fois) .
Nous aimerions étudier de quelle manière les neurones FA-I et SA-I combinent les signaux de leurs sous-champs.
À propos du Dr Ewa Jarocka
Le Dr Jarocka travaille comme ingénieur de recherche principal au Département de biologie médicale intégrative de l’Université d’Umeå.
La Dre Jarocka possède une formation en physiothérapie, mais depuis qu’elle est arrivée en Suède pour un post-doc, elle a été impliquée dans des études microneurographiques d’informations sensorielles provenant de la peau glabre et velue et des fuseaux musculaires – des récepteurs situés dans nos muscles.
