Израильские ученые объяснили, как крысы исследуют мир с помощью своих усов

Ученые из Института Вейцмана раскрыли биологический механизм, позволяющий крысам отличать собственные движения усов от прикосновений к внешним объектам. Такой механизм будет полезен в робототехнике.

Крысы полагаются на свои усы (вибриссы) так же сильно, как люди на зрение. Крысы постоянно сканируют пространство ритмичными движениями вибрисс, но их мозг не путает вибрации от самого шевеления с реальным контактом. Долгое время оставалось загадкой, как именно механорецепторы в основании вибриссы отфильтровывают "шум" собственного движения, но мгновенно реагируют на препятствие. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications показало, что разгадка кроется в сложной механике внутри волосяной сумки.

Биологи обнаружили, что основание вибриссы окружено набором природных "инструментов": коллагеновыми пружинами, демпферами и инерционными грузиками. Эти структуры работают согласованно, чтобы изолировать определенные группы нейронов от вибраций, возникающих при активном движении вибриссы в воздухе. В частности, коллагеновая структура действует как подвесной балансир, который гасит колебания, создаваемые самой крысой. Благодаря этому датчики остаются в состоянии покоя до тех пор, пока внешний объект не изменит траекторию движения волоса.

Такое разделение сигналов позволяет животному поддерживать невероятную точность восприятия. Рецепторы сосредоточены в механически стабильных зонах фолликула, которые почти не смещаются при обычном сканировании окружающего пространства, но резко активируются при физическом сопротивлении.

Соавтор работы, профессор Эхуд Ахишар подчеркивает важность этой природной инженерии: "Природа нашла элегантный способ отфильтровывать предсказуемые последствия собственных действий, позволяя животному сосредоточиться исключительно на новой и важной информации из окружающего мира". Таким образом, эволюция создала встроенный фильтр, который превращает хаотичные движения в четкую тактильную карту пространства. Это открытие не только объясняет биологический феномен, но и показывает инженерам, как создавать совершенные сенсоры для роботов.