Essendo l'organo più grande e più importante del nostro corpo, la pelle fornisce anche una delle nostre connessioni più fondamentali con il mondo che ci circonda. Dal momento in cui siamo nati, è intimamente coinvolto in ogni interazione fisica che abbiamo.

Sebbene gli scienziati abbiano studiato il senso del tatto, o tattili, da più di un secolo, molti aspetti di come funziona rimangono un mistero.

"Il senso del tatto non è completamente compreso, anche se è al centro della nostra capacità di interagire con il mondo, ", ha affermato Yon Visell, ricercatore tattile della UC Santa Barbara. "Tutto ciò che facciamo con le nostre mani, prendere un bicchiere, firmare il nostro nome o trovare le chiavi nella nostra borsa, niente di tutto questo è possibile senza il senso del tatto. Eppure non comprendiamo appieno la natura delle sensazioni catturate dalla pelle o come vengono elaborate per consentire la percezione e l'azione".

Abbiamo modelli migliori per come i nostri altri sensi, come la vista e l'udito, opera, ma la nostra comprensione di come funziona il senso del tatto è molto meno completa, Ha aggiunto.

Per aiutare a colmare questa lacuna, Visell e il suo gruppo di ricerca, tra cui Yitian Shao e il collaboratore Vincent Hayward alla Sorbona, hanno studiato la fisica della sensazione tattile:come toccare un oggetto dia origine a segnali nella pelle che danno forma a ciò che sentiamo. In uno studio (link) pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , il gruppo rivela come l'elasticità intrinseca della pelle aiuti la sensibilità tattile. Sorprendentemente, mostrano che lungi dall'essere un semplice materiale sensibile, la pelle può anche aiutare l'elaborazione delle informazioni tattili.

Per comprendere questo aspetto significativo ma poco conosciuto del tatto, Visell pensa che sia utile pensare a come l'occhio, il nostro organo visivo, elabora le informazioni ottiche.

"La visione umana si basa sull'ottica dell'occhio per focalizzare la luce in un'immagine sulla retina, " ha detto. "La retina contiene recettori sensibili alla luce che traducono questa immagine in informazioni che il nostro cervello usa per scomporre e interpretare ciò che stiamo guardando".

Un processo analogo si svolge quando tocchiamo una superficie con la nostra pelle, Visell continuò. Simile alle strutture come la cornea e l'iride che catturano e focalizzano la luce sulla retina, l'elasticità della pelle distribuisce segnali tattili ai recettori sensoriali in tutta la pelle.

Basandosi su lavori precedenti che utilizzavano una serie di minuscoli accelerometri indossati sulla mano per rilevare e catalogare i modelli spaziali delle vibrazioni generate da azioni come il tapping, scivolare o afferrare, i ricercatori qui hanno impiegato un approccio simile per catturare modelli spaziali di vibrazione che vengono generati quando la mano sente l'ambiente.

"Abbiamo utilizzato un dispositivo personalizzato composto da 30 sensori a tre assi delicatamente incollati alla pelle, " ha spiegato l'autore principale Shao. "E poi abbiamo chiesto a ciascun partecipante ai nostri esperimenti di eseguire molte diverse interazioni tattili con le mani." Il team di ricerca ha raccolto un set di dati di quasi 5000 di tali interazioni, e ha analizzato quei dati per interpretare come la trasmissione di modelli di vibrazione prodotti dal tocco che sono stati trasmessi attraverso il contenuto di informazioni a forma di mano nei segnali tattili. I modelli di vibrazione sono nati dall'accoppiamento elastico all'interno della pelle stessa.

Il team ha quindi analizzato questi modelli per chiarire come la trasmissione delle vibrazioni nelle informazioni a forma di mano nei segnali tattili. "Abbiamo usato un modello matematico in cui i segnali ad alta dimensione percepiti in tutta la mano erano rappresentati come combinazioni di un piccolo numero di schemi primitivi, " Spiegò Shao. I modelli primitivi fornivano un lessico compatto, o dizionario, che ha compresso la dimensione delle informazioni nei segnali, consentendo loro di essere codificati in modo più efficiente.

Questa analisi ha generato una dozzina o meno di modelli d'onda primitivi:vibrazioni della pelle in tutta la mano che potrebbero essere utilizzate per catturare informazioni nei segnali tattili percepiti dalla mano. La caratteristica sorprendente di questi modelli di vibrazione primitivi, Visell ha detto, è che riflettevano automaticamente la struttura della mano e la fisica della trasmissione delle onde nella pelle.

"L'elasticità svolge questa funzione molto basilare nella pelle di coinvolgere migliaia di recettori sensoriali per il tatto nella pelle, anche quando il contatto avviene in una piccola area della pelle, " ha spiegato. "Questo ci consente di utilizzare molte più risorse sensoriali di quelle che sarebbero altrimenti disponibili per interpretare ciò che stiamo toccando". nei segnali tattili, ha detto Visell. L'elaborazione delle informazioni di questo tipo è normalmente considerata eseguita dal cervello, piuttosto che la pelle.

Il ruolo svolto dalla trasmissione meccanica nella pelle è per certi aspetti simile al ruolo della meccanica dell'orecchio interno nell'udito, ha detto Visell. Nel 1961, von Bekesy ha ricevuto il Premio Nobel per il suo lavoro che mostra come la meccanica dell'orecchio interno faciliti l'elaborazione uditiva. Diffondendo suoni con contenuto di frequenza diverso a diversi recettori sensoriali nell'orecchio, aiutano la codifica dei suoni da parte del sistema uditivo. Il lavoro del team suggerisce che processi simili possono essere alla base del senso del tatto.

Questi risultati, secondo i ricercatori, non solo contribuiscono alla nostra comprensione del cervello, ma può anche suggerire nuovi approcci per l'ingegnerizzazione di futuri arti protesici per amputati che potrebbero essere dotati di materiali elastici simili alla pelle. Un giorno metodi simili potrebbero essere utilizzati anche per migliorare il rilevamento tattile da parte dei robot di prossima generazione.