美国西北大学的工程师开发了第一个完整的、三维的、动态模拟老鼠完整的须系统，为老鼠如何获得触觉信息提供了罕见的、现实的见解。
这种名为WHISKiT的新模型包含60根单独的胡须，每根胡须在解剖学、空间和几何上都是正确的。这项技术可以帮助研究人员预测胡须如何激活不同的感觉细胞，从而影响哪些信号被发送到大脑，并为人类触觉的神秘本质提供新的见解。
这项研究发表在上周的《美国国家科学院院刊》上。
只要轻轻一刷它们的胡须，老鼠就能从环境中提取细节信息，包括物体的距离、方向、形状和纹理。这种敏锐的能力使老鼠的感觉系统成为研究力学(移动的须)和感觉输入(发送到大脑的触摸信号)之间关系的理想选择。
但是，尽管大鼠须系统是感觉神经科学中广泛使用的简化模型系统，但研究动物与自然环境相互作用的神经系统是一项挑战。
该研究的资深作者、西北大学的米特拉·哈特曼(Mitra Hartmann)说:“使用现有技术，我们无法测量真正的老鼠胡须底部的信号，因为一旦你嵌入传感器，它就会干扰信号本身。”“我们真正能捕捉到在自然条件下主动感知环境的老鼠的唯一方法就是模拟它。”
由于具有克服这些挑战的潜力，模拟已经成为神经科学中越来越重要的组成部分。通过开发WHISKiT，研究作者现在拥有了第一个完整的触觉输入到运动感觉系统的模型，该模型显示了大鼠如何主动“摇动”和被动地感知复杂的3D环境。
该论文的第一作者Nadina Zweifel说:“因为没有一个单独的胡须是独立工作的，所以WHISKiT对于理解大脑如何处理传入的触觉信息至关重要。”“这相当于一个触觉‘相机’，可以捕捉动物在使用胡须与环境互动时可能获得的机械信号。”这样，我们相信我们的工具在未来大大拓宽了计算和实验研究的可能性范围。”
哈特曼是西北大学麦考密克工程学院生物医学和机械工程教授，她是机器人和生物系统中心以及西北大学跨部门神经科学项目的成员。茨威费尔是哈特曼实验室的博士候选人。
为了开发新的WHISKiT模型，西北大学的研究小组结合了哈特曼实验室十多年来的实验数据。由于每根胡须都略有不同，她的团队事先计算出了每根胡须的适当几何形状(包括弧度、基底直径和斜率)。在验证了单个晶须的模型后，研究人员将这些晶须组合成一个完整的阵列。
由此产生的模型考虑了老鼠脸上所有60根胡须(每边30根)的几何形状、空间排列和运动。每根须都嵌入一个毛囊中，在毛囊的底部产生机械信号。
WHISKiT还结合了Zweifel从三维扫描中收集的新数据，这些数据来自芝加哥和埃文斯顿城市中老鼠的自然环境，包括城市小巷、垃圾箱周围和排水管处。该模型模拟了老鼠在这些自然环境(例如，在排水管周围“摇动”)和实验室环境中的活动。研究人员发现，每个典型的探索性场景都会产生独特的数据模式。
哈特曼解释说:“探索复杂的排水管或垃圾箱时的触觉信号与探索空白墙壁时的触觉信号非常不同。”
研究人员下一步计划利用模拟来解决几个长期存在的问题，包括大鼠如何使用触觉来区分静止和移动的物体，以及主动拂动与被动感知的比较。
