Просто осязание

Как и клетки Меркеля, тельца Мейснера расположены на границе между дермой и эпидермисом. Они находятся не только на дермальной стороне границы, но и во впадинах между гребнями, где эпидермис тоньше всего. Каждое тельце Мейснера состоит из нервного волокна овальной формы, смешанного со слоями нейрональных клеток, называемых шванновскими. Вместе они образуют выпуклую инкапсулированную структуру, тельце, которое привязывается к соседним клеткам кожи «строительными кабелями», состоящими из белка коллагена. Тельца Мейснера физически деформируются перетягиванием этих «кабелей», когда кожа вдавливается, а потом обратно возвращается в форму.

Массив телец Мейснера на кончиках пальцев даже более плотный, чем у клеток Меркеля, и они расположены еще ближе к поверхности кожи. Эти свойства могут привести к убеждению, что тельца Мейснера также созданы для передачи информации о тонких свойствах объектов, таких как текстура, края и кривизна.

Однако электрография нервных волокон, иннервирующих тельца Мейснера, обнаружила совершенно разные реакции. Во-первых, волокна Мейснера запускают импульсы только в самом начале и в самом конце длительного вдавливания кожи: когда внешняя капсула первоначально деформируется, а затем снова, когда она возвращается на место. Это означает, что, в отличие от дисков Меркеля, тельца Мейснера плохо реагируют на длительное давление на кожу, а скорее сильно активируются слабой низкочастотной вибрацией, которая многократно вдавливает и изменяет форму капсулы. Во-вторых, отдельное нервное волокно передает и собирает сигналы от многих телец Мейснера, расположенных на кожной поверхности размером около 10 кв. мм. Хотя тельца Мейснера собраны в кончиках пальцев с большой плотностью, электрография показывает, что они не могут распознать тонкие черты предметов. Переплетающаяся сеть мейснеровой системы создана для того, чтобы улавливать крошечные, мимолетные движения, но локализовать их способна не всегда.

Какое отношение все это имеет к необходимой силе захвата монеты? Оказывается, что, когда вы хватаете и перемещаете объект, на вашей коже появляются микроскопические борозды этого объекта. Эти микроповреждения обнаруживаются тельцами Мейснера, которые посылают электрические сигналы нейронам спинного мозга, сокращающим соответствующие мышцы пальцев, чтобы увеличить силу захвата до тех пор, пока борозды не выровняются. Это позволяет рукам деликатно манипулировать объектами, используя минимальное усилие. Поскольку управление захватом, руководимое тельцами Мейснера, это спинномозговой процесс, он работает как рефлекс: вам не нужно думать о том, чтобы сжать монету чуть сильнее, когда вы перемещаете ее из кармана в прорезь для монет, это происходит естественно.

Представьте себе альтернативную биологию человека, в которой тельца Мейснера сигнализировали бы в течение всего периода давления на кожу, а не только в начале и конце. Будь это так, они стали бы чувствительнее к приложенной силе. В этой альтернативной вселенной тельца Мейснера реагируют на основное усилие, необходимые для захвата объекта, подавляя слабые сигналы, генерируемые локальными вибрациями микроповреждений. Полезный сигнал об эффективности захвата утонул бы в море шума, и точное управление захватом не состоялось бы. Без точного контроля сцепления мы не смогли бы развить навыки управления разнообразными инструментами и, весьма вероятно, создать человеческую цивилизацию, какой мы ее знаем. Иногда даже мельчайшие биологические особенности оказываются критически важными.

Пройдемся дальше по нашему алгоритму для парковочного автомата. Теперь вы готовы разместить монету в слоте. Вставляя ее, вы начинаете ощущать взаимодействие с внутренними стенками щели. Вы подсознательно используете эту тактильную обратную связь, чтобы изменить траекторию вашей руки, кисти и пальцев и плавно вставить монету. Для этой части задачи самый важный сенсор – тельце Пачини. Тельца Пачини выглядят весьма мило, каждое из них состоит из отдельного нервного волокна, завернутого в множество концентрических слоев поддерживающих клеток с заполненными жидкостью пространствами. В поперечном сечении они выглядят как лук. На один палец приходится около 350 телец Пачини, расположенных в более глубоких областях дермы. Электрография нервных волокон Пачини показывает, что, как и тельца Мейснера, они плохо реагируют на длительное усилие, но испускают импульсы только в начале и конце процесса деформации кожи. Столь же слабо распознавая поверхностные особенности объекта, они чрезвычайно чувствительны к крошечным вибрациям и почти независимы от места приложения силы: одно тельце Пачини на кончике пальца благодаря слоистой оболочке и глубокому расположению, может быть активировано вибрацией, возникающей в любом месте на пальце. В некотором смысле, свойства телец Мейснера (чувствительные к небольшим вибрациям, но нечувствительные к устойчивой силе или мелким пространственным деталям) проявляются еще более экстремально в тельцах Пачини, которые, в свою очередь, наиболее чувствительны к высокочастотным вибрациям в диапазоне от 200 до 300 герц, при которых они могут обнаружить деформацию кожи порядка 0,00001 мм (в двести раз меньше диаметра волоска).