飞行的感觉:研究蝙蝠的触觉如何帮助制造更好的飞机

蝙蝠是夜空中的飞行大师，它们的俯冲和急转弯能力让我们最好的飞机都相形见绌。尽管回声定位在蝙蝠令人印象深刻的空中机动中的作用已被广泛研究，但触觉的作用在很大程度上被忽视了。4月30日发表的一项研究细胞的报道这首次表明，翅膀上的一组独特的感觉受体在飞行过程中为蝙蝠提供反馈。研究结果还表明，蝙蝠大脑中的神经元会对进入的气流和触摸信号做出反应，从而触发翅膀位置的快速调整，以优化飞行控制。

哥伦比亚大学皮肤学、生理学和细胞生物物理学副教授Ellen Lumpkin说:“这项研究提供了证据，证明触觉在哺乳动物动力飞行的进化中发挥着关键作用。”“这项研究也为理解蝙蝠在空中飞行和捕捉昆虫时使用何种感知信息来完成如此非凡的壮举奠定了基础。”人类目前还无法制造出与蝙蝠敏捷度相当的飞机，所以更好地了解这些过程可能会启发新的飞机设计和监测气流的新传感器。”

蝙蝠必须迅速整合不同类型的感官信息，以捕捉昆虫并在飞行时避开障碍物。听觉和视觉对蝙蝠飞行的贡献已被证实，但自回声定位的发现以来，触觉的作用却很少受到重视。最近，约翰霍普金斯大学的高级研究合著者辛西娅·莫斯和苏珊娜·斯特宾-德安吉洛发现，气流刺激下的微小翼毛对转弯和速度控制等飞行行为至关重要。但直到现在，人们还不知道蝙蝠是如何利用翅膀的触觉反馈来控制飞行行为的。

在这项新研究中，Lumpkin和Moss实验室首次分析了翅膀中不同感觉受体的分布，以及翅膀皮肤与神经系统连接的组织。与其他哺乳动物的四肢相比，蝙蝠的翅膀有独特的毛囊和触觉感受器分布，这些感受器的空间分布模式表明，翅膀的不同部位具有向大脑发送不同类型感觉信息的功能。

“虽然位于“手指”之间的感觉细胞可以对皮肤的拉伸和风向的变化做出反应，另一组与毛发相关的感受器可以专门用于检测飞行过程中的紊流，”斯特宾-德安吉洛说，他也在马里兰大学接受了预约。

此外，与其他哺乳动物的前肢相比，蝙蝠的翅膀有一个独特的感觉回路。翅膀上的感觉神经元向更宽、更低的脊髓部分发送投射物，包括大部分胸椎区域。在其他哺乳动物中，脊髓的这一区域通常接收来自躯干而不是前肢的信号。这个不寻常的电路反映了蝙蝠翅膀的杂色根部，这是在胚胎发育期间前肢、躯干和后肢融合而成的。

第一作者哥伦比亚大学的卡拉·马歇尔说:“这很重要，因为它让我们深入了解进化过程是如何将新的身体部分纳入神经系统的。”“还需要进一步的研究，以确定这些翅膀感觉回路的组织原则是否在飞行哺乳动物中保持不变。”

研究人员还发现，当翅膀受到气流或细丝的刺激时，大脑中的神经元会做出反应，这表明气流和触觉刺激会激活常见的神经通路。

“我们下一步将跟踪从皮肤到大脑的所有翅膀的感觉回路。在这项研究中，我们已经确定了这些回路的单个组件，但下一步我们想看看它们在中枢神经系统中是如何连接的。”莫斯说。“一个更大的目标将是了解蝙蝠如何整合来自翅膀上许多受体的感觉信息，以实现平稳、灵活的飞行。”