Универсальный закон физиологии вытекает из Un

Исследование сенсорной адаптации, проведенное профессором инженерного дела Университета Торонто Уилли Вонгом, могло выявить ранее упускаемый из виду регулирующий принцип физиологии.

По словам Вонга, биологам давно известно, что организмы приспосабливаются к постоянному раздражителю аналогичным образом.

«Представьте, что вы входите в комнату, которую кто-то только что покрасил. Вероятно, вы подумаете:« Это неприятный запах ». Но чем дольше вы там остаетесь, тем меньше ощущения. сроки. Я просто привык к этому «.

От начального состояния ответная активность организма повышается до пика ответа, а затем снижается до нового конечного устойчивого состояния. Вонг обнаружил, что эти три фиксированные точки на кривой адаптации представляют собой математическую взаимосвязь, которой придерживаются во всех модальностях и сенсорных объектах.

«Я сравнил 250 показателей адаптации из разных областей сенсорной физиологии и обнаружил, что все они согласуются с одним простым уравнением», — говорит Вонг.

Его результаты, первое количественное сравнение адаптивных ответов, представлены в A бумага в нем Границы человеческой нейробиологии.

Недавняя работа Вонга над интерфейсами мозг-машина, такими как Протез сетчатки для восстановления зрения слепых пациентов, основан на его давнем увлечении нейронным кодом — тем, как нейроны обрабатывают информацию. Хотя сегодняшнее понимание кода все еще далеко от совершенства, чем больше исследователи понимают, как наш мозг преобразует сигналы в восприятие, тем лучшие методы они могут разработать, чтобы заменить утраченные функции или улучшить существующие.

Идея кривой сенсорной реакции, которая исчезает со временем, может показаться нелогичной: не должно ли сильное ощущение постоянно возвращать высокую скорость реакции? Но с 1920-х годов физиологи, такие как Эдгар Адриан, объясняют, почему этого не произошло.

Адриан, работа которого получила Нобелевскую премию 1932 года по физиологии и медицине, использовал образец лягушек, чтобы проследить феномен адаптации на уровне отдельных нейронов. Он обнаружил, что нейроны используют базовую единицу коммуникации, нервный импульс, называемый потенциалом действия, который высвобождает сигнал той же силы, пока достигается порог.

«Деловой потенциал далеко не исчерпывается», — говорит Вонг. «Вы либо получаете один, либо нет. Если вы это сделаете, нейрону потребуется некоторое время, чтобы перезарядиться, прежде чем он сможет запустить другой. В процессе адаптации скорость генерации потенциала действия постепенно снижается до ненулевого устойчивого состояния. . »

Адаптивный ответ возникает у всех животных, от позвоночных, таких как млекопитающие, до беспозвоночных, таких как насекомые, и во всех сенсорных модальностях. Это включает в себя традиционные пять органов чувств: зрение, слух, осязание, вкус и запах, а также соматосенсорные функции, такие как проприоцепция (восприятие телом самого себя) и электрическая рецепция, как у змей.

Одним из самых больших сюрпризов Вонга было то, что его уравнение применялось к некоторым из древнейших многоклеточных организмов, таким как медузы, у которых очень разные сенсорные системы.

«Если вы направите на них свет, они либо улетят на свет, либо от него — но только потому, что их фоторецепторы прочно связаны с их моторными выходами», — говорит он. Возникает вопрос, универсально ли это уравнение? В будущем, если мы найдем инопланетян с экзогенной биологией, которых никогда не видели на этой планете, могут ли они быть ограничены теми же ограничениями или принципами? «

В физических науках полнота определяется повторением результатов независимо от того, когда, где и каким методом они были получены. Но это не всегда возможно в биологических экспериментах, которые могут стать серьезными препятствиями для повторных измерений.

Однако, когда данные не связанных между собой независимых исследований — за разные периоды времени, исследователи и методы — объединяются в качестве доказательства, они усиливают аргументы в пользу вывода. Этот принцип, называемый согласованностью, основан на предпосылке, что наука едина, укрепляя консенсус в таких теориях, как эволюция и теория Большого взрыва, среди прочих.

«Все эти данные были там, — говорит Вонг. — Я взял кривую здесь, кривую там и сравнил ее — даже канонические графики Адриана. Все они соответствуют одному и тому же среднему геометрическому соотношению. Это не зависит от исследователя. , или какое оборудование используется, или на объекте. «окрестности. С этой точки зрения они глобальны».

«Это поучительная работа профессора Вонга», — говорит профессор Дипа Кондор, заведующая кафедрой электротехники и вычислительной техники Университета Торонто. «Это напоминание о том, насколько распространены электротехника и компьютерная инженерия — как исследователи могут внести свой вклад во многие, казалось бы, далеко идущие области исследований».

Открытие нового физиологического уравнения происходит не каждый день, и вряд ли оно будет исходить от инженера. Хотя Вонг разрабатывал эти идеи в течение многих лет, он считает, что пандемия дала ему время для переориентации, а также периоды продуктивного прогресса исследований.

«Я был в эллиптической позе», — говорит он, когда его просят выбрать его «момент ха». «Либо читаю новости, либо думаю о своей работе. Я думаю, что это был момент».