손끝은 눈에 잘 보이지도 않는 작은 돌기로 미끄러짐을 알아챌까요?

상세 설명

연구진은 평면 표면의 미세한 기하학적 형태가 사람과 원숭이의 손가락 끝에서 미끄러짐을 감지하는 데 어떤 역할을 하는지 조사했다. 서보 제어식 촉각 자극기로 움직이지 않는 사람의 손가락 끝에 유리판을 누르고 쓸어 움직이면서, 마찰로 인한 피부 늘어남의 방향을 구별하고 유리판의 미끄러짐을 감지할 수 있는지 표면에 마이크로미터 크기의 특징이 있을 때와 없을 때 각각 검사했다. 관련 말초 신경 부호를 알아보기 위해 마취한 마카크원숭이의 손가락 끝에 분포하는 단일 저역치 기계수용성 구심신경섬유에서 같은 자극에 대한 반응을 기록했다.

사람들은 매끄러운 유리판이 손가락 끝에서 미끄러지는 것을 감지하지 못했다. 하지만 늘어나는 방향에 따라 다르게 반응하는 서서히 적응하는 구심신경섬유가 전달하는 정보를 바탕으로 피부가 늘어나는 방향은 지각했다. 피부가 늘어나는 방향은 곧 일어날 미끄러짐의 방향을 알려줬지만, 유리판과 손가락 사이의 상대적인 움직임을 지각하려면 감지 가능한 표면 특징이 있어야 했다.

매끄러운 표면에 겨우 감지할 수 있을 정도의 마이크로미터 크기 돌기가 있으면 미끄러짐을 감지할 수 있었다. 미세 특징의 형태에 따라 빠르게 적응하는 마이스너형(RA) 또는 파치니형(PC) 신경섬유 중 한 종류만 활성화됐기 때문이다. 높이 4마이크로미터, 지름 550마이크로미터인 작은 돌출점 하나가 있는 매끄러운 유리판을 움직이자 점이 지나가는 경로를 따라 이웃한 RA 섬유들이 차례로 활성화되어 신뢰할 수 있는 시공간 부호를 제공했다. 높이 1마이크로미터, 지름 50마이크로미터인 점들을 중심 간격 100마이크로미터로 배열한 미세하고 균일한 질감의 유리판을 쓸어 움직이자 손가락 끝에 진동이 생겨 PC 섬유만 활성화됐고 강도 부호가 생성됐다.

이 결과는 사람이 매끄러운 표면의 놀라울 만큼 작은 특징을 감지해 그 표면의 미끄러짐도 감지하며, 미세 특징의 형태가 관련 신경 부호를 결정한다는 것을 보여준다. 표면 특징의 크기가 모든 수용기의 반응 역치를 넘으면 미끄러짐 감지에 중복되는 시공간 정보와 강도 정보를 이용할 수 있다.