Сегодня


Вибриссы (усы).

У шиншилл вибриссы длинные – обычно 8-13 см и различаются по цвету в зависимости от окраса животного. Вот такое определение вибриссам дает энциклопедия:

«Вибриссы (лат. vibrissae, от vibro - колеблюсь, извиваюсь), крупные, выступающие над поверхностью шёрстного покрова, чувствительные (осязательные) волосы у млекопитающих. Обычно вибриссы расположены группами на голове. Очень похожи на типичные волосы, но толще и длиннее их в несколько раз.

В. - специализированные органы чувств, воспринимающие мельчайшие колебания окружающей среды. Основание каждой вибриссы погружено в волосяную сумку и окружено венозными полостями (отсюда английское название вибриссы - "синусные, или полостные, волосы").»

Чувствительные волоски (вибриссы) животных, на самом деле не волосы, а видоизменившиеся рецепторы. Вибриссы отличаются от прочих волос микроструктурой и выполняют, прежде всего, тактильную функцию, а не теплоизолирующую, как остальные. Вибриссы шевелятся благодаря сокращению поперечно-полосатой мускулатуры, в то время как остальную шерсть поднимают гладкие мышечные клетки. Вибриссы хорошо снабжаются кровью, к ним подходят ветви лицевого нерва, они даже участвуют в формировании сенсорных участков мозга, в которых каждая вибрисса имеет свое представительство как орган чувств.

Качественные и количественные различия между собственно волосами и вибриссами настолько велики, что ряд исследователей задаются вопросом: а волосы ли вибриссы? Движение вибрисс обеспечивается поперечнополосатой мускулатурой, волос – гладкой (единственное исключение или, возможно, одна из параллельных ветвей развития – волосы однопроходных, которые снабжены поперечнополосатой мускулатурой). Соединительнотканная капсула у вибриссной сумки развита значительно сильнее, чем у волосяной. Вибриссы не имеют потовых желез, а сопутствующие сальные железы развиты слабо. Различия между волосами и вибриссами касаются также характера их кровоснабжения и иннервации, строения (у вибрисс отсутствует сердцевинный слой), характера линьки (вибриссы сменяются по одной по мере стирания, независимо от общей линьки), принципа функционирования (вибрисса как подвижный рычаг) и самого их функционального значения (чувствительного у вибрисс и теплоизолирующего у волос).

Строение волоса (слева) и вибриссы (справа)

Строение волоса (слева) и вибриссы (справа)

Вибриссы могут либо двигаться волевым усилием («активные»), либо непроизвольно, либо вообще не двигаться («пассивные»). У человекообразных обезьян редкие (2–3 пучка) лицевые вибриссы не имеют собственных мышц и приводятся в движение мимической мускулатурой; у лошадиных, быков и представителей семейства свиных они неподвижны.

У грызунов вибриссы снабжены крупными мышцами и активно двигаются.

Способность человека и животных определять местоположение стимулов в пространстве, в том числе траектории их движения и ориентацию, а также оценивать размер, форму, текстуру поверхности и многие другие признаки называется пространственным восприятием. Этой способностью наделены органы чувств высших позвоночных и беспозвоночных животных. Общим проявлением механизма восприятия пространства в жизнедеятельности человека и животных являются бинарные эффекты пространственного различения: бинокулярное зрение, бинауральный слух, дириническое обоняние и бимануальное (в широком смысле) осязание.

Шиншиллы, наряду со многими другими млекопитающими, ведущими сумеречный образ жизни, ориентируются в пространстве с помощью вибрисс. С помощью вибрисс осуществляется дистантный анализ тактильной информации - они являются переходным этапом между рецепторными аппаратами контактного и дистантного типа. Длина вибрисс у некоторых видов животных сопоставима с длиной туловища: у песчанки вибриссы имеют длину 15 см при длине туловища 10 см. Особую роль вибриссы играют в ближней ориентации. С их помощью грызуны получают информацию о неохваченном зрением пространстве, "мертвой зоне", которая образуется вследствие латерального расположения глаз и включает область перед мордой и над ней.

Удаление вибрисс нарушает процессы направленной локомоции, поддержания равновесия, ориентации и манипуляции с предметами, зрительно обусловленной оценки глубины пространства. По-видимому, в процессе исследовательского поведения устанавливаются наиболее общие и значимые для животного признаки предметов и ближайшего окружающего пространства. Это - элементы формы и текстуры поверхности, наличие на пути преград или проходов, относительный размер которых требуется оценить, потоки воздуха с той или иной стороны, что имеет значение для успешного и адекватного поведения в условиях зрительного дефицита, обусловленного жизнью в затемненных местах.

Уменьшение длины вибрисс в направлении к носу обеспечивает одновременный контакт их кончиков с осязаемым предметом при ощупывающих движениях в конце траекторий. Считают, что это способствует более равномерной информационной загруженности отдельных волосков и связанных с ними вибриссковых нервов. Кроме того, упорядоченное расположение мелких и крупных вибрисс обеспечивает широкое разрешение тактильного анализа. Крупные вибриссы обеспечивают большую площадь рецептируемой поверхности, а густо расположенные мелкие вибриссы - высокую разрешающую способность.

Стершиеся вибриссы заменяются по одной по мере необходимости, независимо от общей линьки. Так что не стоит пугаться, если вы увидите на полу клетки ус вашей шиншиллы. Хотелось бы заметить, что иногда, когда несколько шиншилл сидят вместе, один зверек может «подстричь» другому усы – в этом нет ничего страшного, единственное – зверек, с подстриженными усами может быть несколько дезориентирован в пространстве. Кстати говоря, этот способ -обстригание усов – используют некоторые владельцы шиншилл при ссаживании, если один из партнеров излишне агрессивен.

Ниже я предлагаю две интересные на мой взгляд статьи о вибриссах.



Усы и пальцы

В. Гриневич,
доктор медицинских наук
Наука и жизнь» №5, 2006

Для восприятия внешнего мира человеку и животным даны органы чувств. Органы осязания, или тактильные анализаторы, — самые эволюционно древние из них. Анализаторы представляют собой нервные окончания, расположенные в кожных покровах, а также в основании волос и усов. У приматов и человека тактильный анализатор находится на подушечках пальцев, а у грызунов — в основании усов (вибрисс). Исследователи из Института Макса Планка (Гейдельберг, Германия), в числе которых был и автор этой статьи, обнаружили, что движения усов у грызунов, как и тонкие движения пальцев рук у приматов, напрямую управляются корой больших полушарий мозга. Так впервые получили доказательство анатомического и функционального «родства» усов и пальцев.

И человек, и животные познают окружающий мир через специальные анализаторы: зрительный, слуховой, обонятельный и тактильный (осязательный). У человека доминирует зрительный анализатор, у большинства хищных — обонятельный и слуховой, а у грызунов — тактильный и обонятельный. Все эти информационные каналы необходимы мозгу для создания картины внешнего мира. У позвоночных животных (от примитивных рыб до человека) самым эволюционно древним является чувство осязания. Тактильные анализаторы расположены в коже, зубной ткани и волосяных луковицах. Они представляют собой нервные окончания как свободные, так и заключенные в капсулу (так называемые тельца Фатер-Пачини и Меркеля). У приматов нервные окончания концентрируются на подушечках пальцев, а у грызунов они сосредоточены в волосяных сумках, из которых произрастают усы (вибриссы).

Основной источник тактильной информации у человека — кончики пальцев (А). Пальцы грызунов (Б) не чувствительны, усы, или вибриссы (В), полностью взяли на себя их функции, помогая животному ориентироваться в окружающем мире (фото из журнала «Наука и жизнь»)
Основной источник тактильной информации у человека — кончики пальцев (А). Пальцы грызунов (Б) не чувствительны, усы, или вибриссы (В), полностью взяли на себя их функции, помогая животному ориентироваться в окружающем мире (фото из журнала «Наука и жизнь»)

Информация от тактильных анализаторов передается по восходящим чувствительным путям в мозг, где она воспринимается таламусом, который еще называют зрительным бугром. Из таламуса сигнал поступает в кору (серое вещество) больших полушарий мозга, а именно — в ее заднюю центральную извилину, или чувствительную кору. Чувствительная кора построена из колонок или баррелей, состоящих из сотен нейронов, к которым подходят нервные волокна от таламуса и других отделов коры. Таким путем чувствительная кора «узнает» о том, что происходит во внешней среде, а ее отдельные участки обмениваются информацией с другими отделами чувствительной коры. Так она передает импульсы в двигательную кору, которая и посылает сигналы мышцам.

Передача нервных импульсов от центральной нервной системы к мышцам у большинства животных происходит в несколько этапов, и в ней задействовано множество промежуточных нейронов. И только у человека и других приматов есть прямые пути передачи сигнала: мотонейроны коры простирают свои аксоны прямо до моторных нейронов передних рогов спинного мозга, которые непосредственно управляют движениями рук и особенно пальцев. Этот путь называется кортикоспинальным (или пирамидным), и он характерен только для высших обезьян. Например, у беличьей обезьяны таких прямых каналов передачи сигнала практически нет, и пальцами она владеет плохо.

Описанный путь передачи нервного импульса из коры головного мозга к мышцам — не единственный. Кора у высших обезьян и человека также напрямую контролирует движения языка и мышц вокруг рта. Благодаря этим каналам передачи сигнала мимика приматов разнообразна, а артикуляция очень сложна. Без прямого управления мышцами языка невозможно было бы появление человеческой речи.

Обезьяна в возрасте одного месяца для того, чтобы взять крупный предмет из крупной ячейки, использует все пальцы на руке. Та же самая обезьяна через девять месяцев способна без труда взять даже маленький объект уже лишь двумя пальцами - большим и указательным. Такой прогресс в развитии тонких движений пальцев происходит благодаря прорастанию отростков (аксонов) нейронов коры больших полушарий к нейронам спинного мозга, напрямую контролирующим мышцы пальцев. Фотографии взяты из статьи: Kypers H.G.J.M. Progress in Brain Research, 1982, v. 52, pp. 381-401 (с любезного разрешения издательства Elsevier, 2006 год) (фото из журнала `Наука и жизнь`)
Обезьяна в возрасте одного месяца для того, чтобы взять крупный предмет из крупной ячейки, использует все пальцы на руке. Та же самая обезьяна через девять месяцев способна без труда взять даже маленький объект уже лишь двумя пальцами — большим и указательным. Такой прогресс в развитии тонких движений пальцев происходит благодаря прорастанию отростков (аксонов) нейронов коры больших полушарий к нейронам спинного мозга, напрямую контролирующим мышцы пальцев. Фотографии взяты из статьи: Kypers H.G.J.M. Progress in Brain Research, 1982, v. 52, pp. 381-401 (с любезного разрешения издательства Elsevier, 2006 год) (фото из журнала «Наука и жизнь»)

Кортикоспинальный путь (а следовательно, и мелкая моторика пальцев) не врожденный, он формируется в процессе индивидуального развития. У высших обезьян это происходит к концу первого года жизни. Поражение кортикоспинального пути при травме, опухолях или инсульте приводит в первую очередь к грубым нарушениям тонких движений пальцев.

В животном мире движения, которые по сложности сравнимы с мелкой моторикой пальцев приматов, встречаются, пожалуй, только у грызунов. Но познают они мир не пальцами, а усами, или вибриссами. С их помощью грызуны «ощупывают» предметы, определяют их размер и фактуру, создают пространственный образ. В обычном состоянии у бодрствующего животного вибриссы двигаются быстро и синхронно. Но как только зверек приступает к изучению окружающего мира, вибриссы начинают двигаться в разных направлениях. Сложные единичные движения вибрисс можно вызвать и экспериментально, электрически стимулируя отдельные нейроны моторной коры животных.

Наша исследовательская группа из Института Макса Планка задалась вопросом: а что если сложные движения вибрисс, как и мелкая моторика пальцев, напрямую контролируются корой больших полушарий? Как ни странно, ответить на него нам помогли вирусы, а точнее — лентивирусы.

Медуза Aequorea Victoria в ультрафиолетовом освещении. Из тканей этого животного был впервые выделен зеленый флуоресцирующий белок экворин (фото из журнала «Наука и жизнь»)
Медуза Aequorea Victoria в ультрафиолетовом освещении. Из тканей этого животного был впервые выделен зеленый флуоресцирующий белок экворин (фото из журнала «Наука и жизнь»)

Лентивирусы — это группа ретровирусов, наиболее известный среди которых ВИЧ. Геном любого ретровируса представляет собой одноцепочечную молекулу РНК. В живой клетке РНК ретровируса превращается в двухцепочечную ДНК, способную встраиваться в геном других клеток. Инфицированная вирусом клетка фактически начинает работать как конвейер для сборки новых вирусов: вирусная ДНК снова производит вирусную РНК и белки оболочки, которые «комплектуются» в вирусы. Исследователи научились менять геном лентивируса таким образом, что новые вирусы в зараженной клетке не образуются. В результате единожды инфицированная клетка несет в себе геном лентивируса, не передавая его другим клеткам.

Чтобы узнать, как далеко простираются отростки нервных клеток коры головного мозга крыс, нейроны решили «пометить» зеленым флуоресцирующим белком экворином. Этот белок впервые выделила группа американских и японских исследователей из медузы Aequorea в 1962 году. В солнечном свете раствор экворина выглядит слабо-зеленым, а в ультрафиолете становится ярко-зеленым. Но как «покрасить» нейроны экворином? Мы решили эту задачу следующим образом: инфицировали нейроны моторной коры измененным лентивирусом, не способным к производству новых вирусов, а в геном лентивируса встроили чужеродную последовательность РНК, которая кодировала синтез экворина.

С помощью лентивируса в живой клетке РНК экворина превращается в ДНК, то есть в ген этого белка, встроенный в геном клетки хозяина. Клетка начинает синтезировать чужеродный флуоресцирующий белок. Экворин накапливается внутри клетки, не нарушая ее жизнедеятельности. В результате содержимое инфицированных нейронов, включая отростки, постепенно окрашивается в зеленый цвет. Таким образом, чтобы увидеть нервную клетку, достаточно посмотреть на мозг (или его срезы) в ультрафиолетовом освещении.

Отростки нейронов моторной коры головного мозга крыс (светятся зеленым цветом в ультрафиолете) образуют сеть вокруг моторных нейронов ядра лицевого нерва (окрашены в красный цвет). Иллюстрация взята из статьи: Valery Grinevich, Michael Brecht and Pavel Osten. Journal of Neuroscience, 2005, v. 25, N 36, pp. 8250–8258

 

 

Отростки нейронов моторной коры головного мозга крыс (светятся зеленым цветом в ультрафиолете) образуют сеть вокруг моторных нейронов ядра лицевого нерва (окрашены в красный цвет). Это доказывает, что кора больших полушарий напрямую контролирует нейроны ядра лицевого нерва, управляющие движениями усов. Иллюстрация взята из статьи: Valery Grinevich, Michael Brecht and Pavel Osten. Journal of Neuroscience, 2005, v. 25, N 36, pp. 8250–8258 (с любезного разрешения Journal of Neuroscience и Society for Neuroscience, 2006 год) (фото из журнала «Наука и жизнь»)

Итак, спустя месяц после инъекции вируса мозг крыс сфотографировали в ультрафиолетовом свете. Самые длинные из окрашенных отростков — аксоны обнаружили на значительном удалении от клеточных тел моторных нейронов коры — на расстоянии до 2 см. Это огромное расстояние для головного мозга крысы, длина которого не превышает 4 см. А некоторые окрашенные окончания отростков моторных нейронов коры головного мозга были обнаружены в непосредственной близости от клеток ядра лицевого нерва! Эта удивительная находка позволила нам с уверенностью сказать, что кора головного мозга напрямую управляет движениями вибрисс. Ведь крупные нейроны, сосредоточенные в самой краевой части лицевого ядра, управляют исключительно мышцами усов.

Так что мышки не просто шевелят усами — они ощупывают ими предметы, испытывая ощущения, похожие на те, что осязает человек, трогающий предметы руками. Трудно сказать наверняка, почему у грызунов в ходе эволюции сформировался такой уникальный орган осязания, можно только строить предположения. В большинстве своем грызуны — туннельные животные, проводящие основное время в норах под землей. Возможно, вибриссы были отобраны в процессе эволюции как наиболее удобный орган осязания в условиях ограниченного пространства.



Усы- для красы?

Кто ни любовался усатой кошачьей мордой? Деревенские жители считают: чем длиннее у кошки усы, тем лучше она ловит мышей. И в этом есть доля правды, так как усы не только украшают кошачью (собачью, кроличью, крысиную...) физиономию, но и являются органом чувств. Специальные длинные волоски - вибриссы (от латинского vibrare - дрожать) располагаются на подушечках вокруг рта, над глазами, на "родинке" на щеке.
Основание вибриссы лежит в кожаном мешочке - фолликуле, где располагаются специализированные клетки, воспринимающие смещение и давление, - механорецепторы, опутанные тончайшими нервными волоконцами. Дрожание вибриссы обеспечивается мышечным волокном, которое формирует петлю вокруг мешочка. О любом изменении положения волоса сигнал передается по нервному волокну в центральную нервную систему. В центральной нервной системе сигнал доходит до коры больших полушарий головного мозга. В коре головного мозга и животных, и человека существует "карта тела", на которой представлена вся поверхность тела, причем представительство различных его частей неодинаково по размером. Наиболее чувствительные его части, например, кончики пальцев, лицо, область рта и язык занимают большую площадь в мозговой "карте тела", а кожа спины, ног меньшую. Каждая из 33-х длинных и множества коротких вибрисс, расположенных на морде животного, имеют свое представительство в "карте тела" в виде комплекса нервных клеток, который называется "бочонком". Если у новорожденного котенка полностью удалить вибриссы, нервные клетки соответствующих бочонков погибнут, а их место займут клетки соседних бочонков, вибриссы которых не пострадали. Карта тела изменится, но будет соответствовать реальной поверхности морды котенка.
Ученые исследовали биохимические процессы в мозге с помощью веществ, меченных радиоактивными ионами. Было обнаружено, что удаление вибрисс у взрослой кошки (тримминг) вызывает биохимические нарушения в бочонках и на некоторое время меняет поведение животного, угнетает его психику. Резкое подергивание за вибриссы вызывает неприятные ощущения у животного и нарушает потребление глюкозы клетками бочонка на несколько часов.
Изучать работу нервных клеток можно, регистрируя на специальной аппаратуре электрические сигналы этих клеток. Ученые установили, что нервные клетки бочонка изменяют частоту своих разрядов в соответствии с изменением скорости, амплитуды и направления движения вибрисс. Анализ информации, получаемой центральной нервной системой с помощью вибрисс, позволяет животным хорошо ориентироваться в темноте, в узких норах и ходах.
Чтобы исследовать работу вибрисс, ученые придумали сложный эксперимент. Они сначала приучили крыс носить непрозрачные очки. Затем научили этих животных различать с помощью вибрисс покрытие двух дорожек, ведущих к кормушкам. Одно покрытие было гладким, другое шершавым. Шершавость дорожки обеспечивалась выемками очень маленького размера. Крыса, лишенная зрения с помощью непрозрачных очков, подходила к дорожке и направляла вибриссы к покрытию. Часть крыс кормили в конце гладкой дорожки, а часть крыс - в конце шершавой. Обследовав обе дорожки вибриссами, крыса выбирала ту, которая всегда приводила ее к пище. Во время опыта крысу снимали видеокамерой. Анализ видеозаписи крысы, обследующей дорожку, показал, что ее вибриссы касаются покрытия своей изогнутой частью (не кончиком), совершая очень быстрые движения (дрожания) к покрытию и обратно до 20-ти раз в секунду. Этих движений и касаний дорожки достаточно для определения качества поверхности. Крысы с помощью вибрисс могут различать даже наждачную бумагу разных номеров.
Вибриссы заменяют кончики пальцев, которыми люди и обезьяны обследуют поверхность и форму предметов.
Учитывая научные знания о роли вибрисс в поведении, по-видимому, следует изменить некоторые модели стрижки собак и оставлять (например, пуделям) усы не только для красы, но и для сохранения психического здоровья. Нельзя же портить замечательный орган чувств ради моды!
(C) Журнал "Кот и Пес" 1997 - 2



Список используемой литературы:

  • В.Гриневич,"Наука и жизнь" №5, 2006
  • Журнал "Кот и Пес" 1997 - 2
  • O.Ф. Чернова "Человек и его здоровье"
  • агентство "Информнаука", Вибриссы
  • В.Н. Ласков НИИ нейрокибернетики им. А.Б.Когана, РГУ, Россия

    ГОСТЕВАЯ КНИГА