Effects of contactor size and stimulation distance on the response properties of rapidly-adapting tactile fibers innervating the rat glabrous skin

Abstract

Mevcut mekanoreseptör kitle modelleri mekandan bağımsız zayıflama fonksiyonları kullanmaktadır. Ancak bu varsayım gerçekçi kitle modelleri oluşturmak için yeterli değildir, çünkü derinin mekanik özellikleri, dolayısıyla da mekanoreseptörlerin cevap profilleri deri boyunca farklılık göstermektedir. Sunulan çalışmada, derinin mekanik özelliklerinin değişiklik göstermesinden dolayı mekanoreseptörlerin cevap profillerinin proksimo-distal eksende simetrik olmadığı hipotez edilmiştir.Sunulan çalışmada, sinüzoidal mekanik titreşimler yetişkin sıçanların derisine dik bir şekilde uygulanmış ve siyatik sinirden tekil aksiyon potansiyeli kayıtları gerçekleştirilmiştir. 5 farklı uyarım uzaklığı (2 distal, 1 duyar alan (RF) merkezi, 2 proksimal) ve üç farklı uyarım alanı büyüklüğü (alan: 0.39 mm^2, 1.63 mm^2, 2.96 mm^2) kullanılmıştır. Çabuk alışan mekanoreseptörlere ait mutlak aksiyon potansiyeli eşiği (a_0) ve senkron atım eşiği (a_1) değerlerinin ortalamaları uyarım alanı ve uyarım uzaklığına karşı grafik olarak çizilmiştir. Ayrıca bir sıçanın parmak ucunda derinin mekanik empedansı 5 farklı noktada ölçülmüştür.2-way ANOVA sonuçlarına göre uyarım uzaklığının a_0 ve a_1 değerlerini istatistiksel anlamda etkilediği görülmektedir (p<0.001), fakat uyarım alanı büyüklüğünün istatistiksel anlamda bir etkisi görülmemektedir (p=0.642). Post-hoc Tukey testi proksimal uyarımlardaki eşik değerlerinin distal uyarımlardaki eşik değerlerinden yüksek olduğunu göstermiştir. Derinin mekanik davranışını ve mekanoreseptör cevabı üzerindeki etkisini açıklayan bir mekanik model sunulmuştur.Uyarım-yanıt fonksiyonlarının proksimal-distal eksendeki asimetrisi mekanik uyarımın bir yöne doğru daha iyi iletildiği hipotezini desteklemektedir. Bu durumun sinir yoğunluğu etkilerini dengelerken parmakta sabit bir pisikofiziksel algılama eşiği yarattığı düşünülmektedir.

Recent population models used space-invariant attenuation functions. But this assumption is not enough to construct realistic population models, because mechanical properties of the skin vary along the skin. In this study, it is hypothesized that response profiles of mechanoreceptive fibers are not symmetric along proximo-distal axis due to the varying mechanical properties of the skin.In this study, sinusoidal mechanical vibrations were applied perpendicular to the skin of adult rats. Single-unit responses were recorded from sciatic nerve. Five different stimulus locations (2 distal, 1 RF center, 2 proximal) and three different contactor sizes (area: 0.39 mm^2, 1.63 mm^2, 2.96 mm^2) were used. Averages of absolute spike thresholds (a_0) and entrainment thresholds (a_1) of rapidly adapting fibers were plotted as a function of stimulation distance and contactor size. Also, mechanical impedance of the skin was measured at 5 different locations on distal phalanx of one rat.2-way ANOVA showed that the effect of stimulus location on a_0 and a_1}was significant (p<0.001), whereas contactor size had no significant effects (p=0.642). Post-hoc Tukey test showed that thresholds for proximal stimulations were higher than those for distal stimulations. A mechanical model which explains the mechanical behavior of the skin and its effects on mechanoreceptive fibers' response is presented.According to these results rate-intensity functions of RA fibers shift asymmetrically along the proximo-distal axis, which suggests that the mechanical stimulus is transmitted better towards the proximal direction. This may counterbalance the effects of innervation density and cause uniform psychophysical detection thresholds for the finger.