Чому в людини є відбитки пальців? Дотепер на це дитяче питання відповідали приблизно, виходячи із загального здорового глузду. Вважалося, що папілярні лінії покращують чутливість пальців або що вони, збільшуючи тертя, допомагають пальцям утримувати предмети. Французькі вчені змогли відповісти на це питання, опираючись на факти, а не на логіку. Їхнє дослідження показало, що відбитки пальців збільшують чутливість шкіри у сто разів. Регулярні лінії відбитків працюють як частотний фільтр, в результаті тактильним рецепторам передається сигнал в оптимальному діапазоні сприйняття.

У людини тактильне сприйняття йде по двом каналам. По першому каналу передається інформація про грубозернисту текстуру, з розміром нерівностей від 200 мікрометрів (0,2 мм). Цю інформацію сприймають механорецептори, що повільно адаптуються. Вони оцінюють тиск і розмір області контакту пальців і досліджуваної поверхні. Інші рецептори — швидко адаптуються — відчувають тонку текстуру. Вони реагують на швидкість зсуву нерівності щодо певної точки шкіри. Найбільш сприйнятливими рецепторами цього типу є так звані тільця Пачіні (Pacinian corpuscles), названі в честь італійського анатома, що відкрив їх, Філіпо Пачіні (Filippo Pacini); іноді їх ще називають тільцями Фатера-Пачіні. Їхня чутливість настільки висока, що вони можуть відчути зсув пальця на 0,0025 мм. Тільця Пачіні реагують на виникаючу в шкірі вібрацію; оптимальна для сприйняття частота становить близько 250 Гц, а область частот, що сприймаються є досить неширокою. Фахівці з біомеханіки із Вищої нормальної школи (École Normale Supérieure) в Парижі задалися питанням: як же широкий діапазон частот шкірної вібрації сприймається тільцями Пачіні, налаштованими на вузький частотний діапазон?

Щоб відповісти на це питання, вчені побудували модель кінчика пальця (пучки) — сенсор шириною 0,5 мм зі спеціальним гумоподібним покриттям, що сприймає, як і тільця Пачіні, зміну тиску. Механічні характеристики сенсорного покриття були ідентичні властивостям людської шкіри на кінчиках пальців. Один варіант «шкіри» був гладким, а інший — покритий папілярними лініями, що повторюють структуру та частоту ліній на пальцях. Тепер залишилося тільки провести експерименти із двома варіантами шкіри та порівняти, наскільки лінії впливають на сприйняття сенсора. В експерименті сенсор був жорстко закріплений на станині. По поверхні штучної шкіри рухався шматочок скла з витравленими невпорядкованими тонкими штрихами. Швидкість руху та тиск на «шкіру» були приблизно такими ж, як при дослідженні текстури пальцями.

Виявилося, що шкіра з відбитками сприймає штрихи на склі набагато краще, ніж шкіра без відбитків. Регулярно розташовані папілярні лінії працюють як частотний фільтр. Якщо гладкий сенсор сприймав зміну тиску на відстані близько міліметра, то сенсор з відбитками відчував зміну тиску в діапазоні відстані між папілярними лініями. А це означає збільшення чутливості приблизно на два порядки. В результаті роботи такого папілярного фільтра тактильним рецепторам (тільцям Пачіні) передається сигнал в оптимальному діапазоні сприйняття. Принцип частотних фільтрів використовується не тільки при тактильній рецепції, але й у розпізнаванні зорових образів, так що, можливо, це загальний принцип влаштування сенсорних систем.

Вся сенсорна система з відбитками пальців повинна працювати ефективніше, коли об'єкт сприйняття (у даному випадку — нерівності на гладкому склі) сковзає перпендикулярно папілярним лініям. Цілком ймовірно, що лінії на пальцях у людини недарма оформлені у вигляді петель. У якому би напрямку не рухалися пальці, якась частина ліній обов'язково буде розташована перпендикулярно руху. У макак відбитки пальців теж є, але вони витягнуті вздовж осі пальця. Цей факт можна трактувати подвійно. З одного боку, петлі можуть розглядатися як людське ноу-хау для вдосконалювання тактильної рецепції, а з іншого боку, це може говорити про те, що в макак інший спосіб обмацування предметів.

За матеріалами: elementy.ru