Zvětšit obrázek

„Nyní můžeme vidět, co potkaní vousky předávají do mozku a můžeme začít lépe chápat, jak tento úžasný vjemový systém pracuje,“ říká Moore, který je také docentem na oddělení Brain and Cognitive Sciences MIT. „Toto porozumění je významné nejenom pro lidský hmat, ale také pro všechny další formy smyslového vnímání, protože každý smyslový orgán tvoří propojení mezi myslí a vnějším světem.“

Potkani používají své vousky podobným způsobem jako lidé hmat: tak jako slepci pohybují svými konečky prstů po povrchu předmětu, aby vnímali jeho tvar a strukturu povrchu, tak potkani pohybují svými vousky. Nyní se neurologové z Massachusetts Institute of Technology (MIT) dopracovali k objevům, které by mohly pomoci dalšímu pochopení smyslového vnímání napříč živočišnými druhy. Výzkumníci použili při pokusech speciální vysokorychlostní videokamery k odhalení aktivity potkaních vousků a objevili slaboučné pohyby, které tvoří základ potkaního vnímání okolního prostředí.

Zvětšit obrázek

Časový snímek ukazuje různé polohy (červeně) jednotlivého potkaního vousku, zachyceného při rychlosti 3 200 snímků za sekund. Jde o pohyb hlavy a fousku zleva doprava přes hrubý povrch směrem k jemnému (pro lepší zřetelnost je zobrazen jen každý třetí obrázek tedy zhruba jeden za milisekundu). Shluky a mezery čar odpovídají rychlým kmitům vousku při kontaktu s povrchem během ~175 milisekund. Dolní linka stopy udává, aktuální výšku potkaního čenichu nad podložkou, při přechodu z hrubého povrchu na jemný. (Kredit: Ritt, McGovern Institute for Brain Research at MIT )

 „Potkani se spoléhají na své vousky, když hledají cestu ve tmě, a proto věnují velkou část svého mozku na dekódování příchozích signálů,“ vysvětluje Christopher Moore, člen McGovern Institute for Brain Research na MIT a hlavní autor studie vyšlé v únorovém čísle časopisu Neuron. Neurologové zajímající se smyslovým vnímáním studovali intenzivně systém vousků, ale informace přenášené do mozku prostřednictvím pohybu vousků až dosud zůstávaly tajemstvím.

Jak asi může vypadat vjem založený na pohybu vousků? Představte si, že přejedete tyčí přes plaňkový plot. Frekvence vibrací závisí na mezerách mezi plaňkami, ale pocit v ruce je ovlivněn také délkou a pružností tyče a rychlosti jejího pohybu.

Moore usuzuje, že pohyb vousků a mechanické vlastnosti musí mít podobný vliv na informace, které přenáší do mozku. Vousky jsou uspořádány specifickým způsobem kolem čenichu s těmi nejkratšími vpředu. Pokusy s izolovanými vousky měly demonstrovat, že kratší vousky jsou „vyladěny“, stejně jako struny na harfě, k rezonování na vyšších frekvencích a vytvářejí mapu frekvenčních informací uvnitř mozku. Ale až do teď nikdo nedokázal sledovat detailní způsob pohybu vousků u volně se chovajících zvířat.

Stejně jako famózní obrázky kulek procházejících jablkem, které dělal Harold „Doc“ Edgerton z MIT, tak zpomalená verze těchto nových filmů poskytuje první pohled na tyto mikropohyby, které vousky přenáší do potkaního mozku.

Ritt  strávil několik let vývojem videosystému, který zachytí pohyby vousků v rychlosti 3 200 snímků za sekundu a automatický sledovací systém k analýze výsledků té záplavy videodat – asi 1 gigabyte za sekundu.

„Věděli jsme, při pozorování chování potkanů, že tu musí být mikropohyby vousků, které byly příliš rychlé, aby se daly zaznamenat s použitím běžné záznamové techniky,“ vysvětluje Jason Ritt, postgraduální vědec v Mooreově laboratoři a hlavní autor studie.

Při experimentu učili výzkumníci potkany, aby si vybrali buď jemný nebo hrubý povrch s použitím svých vousků. Správný výběr byl odměněn čokoládovým mlékem a pohyby vousků byly zaznamenány na video. Analýzy videozáznamů odhalily neočekávaný komplexní soubor pohybů, zahrnující periodické vlny pohybů, když se potkan dotkl jemného povrchu a nepravidelný, rozsáhlý a velmi rychlý pohyb, když se dotkli hrubého povrchu.
„Tyto zákonitosti jsou mnohem větší a komplexnější než kterékoliv z předchozích pozorování, např. zvířat v narkóze, a jsou klíčem k potkanímu vnímání a chování,“ komentuje Moore.

VIDEO

Vysokorychlostní kamera ukazuje, jak potkani používají své vousky k prozkoumávání textury povrchu. K analýze mikropohybů vousků je použit automatizovaný algoritmus. Záznam podpořil myšlenku, že potkani mají vysoce vyvinutou schopnost vnímat objekty dotekem a rozeznávat jejich strukturu. Toto video bylo pořízeno rychlostí 3 202 snímků za sekundu, takže na většině počítačů je záznam zpomalen zhruba stokrát.

Zdroj: Massachusetts Institute of Technology