Sõrmejälgede saladus sai lahenduse

Inimsõrmede otstel paiknevad keerulised keerised ja viirud pole seal mitte üksnes selleks, et aidata politseinikel pätte kinni nabida. Sõrmede marrasnahavallid toimivad tõenäoliselt sõelana, mis aitab tõhusalt tuvastada peeneid tekstuure, selgus uuringust.

“Sõrmejälgede funktsionaalne roll on seni jäänud teatud määral mõistatuslikuks,” teab Johns Hopkinsi ülikooli neuroloog ning puutetaju uurija Sliman Bensmaïa. “Sõrmejäljed võimendavad meie suutlikkust tajuda pinnatekstuure.”

Kui sõrm üle peenekoelise pinna, näiteks puuvillriidest käise või puidust kohvilaia libiseb, saadab sõrme ja materjali vastastikune toime nahale laia skaala võnkeid. Spetsiaalsed andurid, närvikiudude tipud, mida Pacini kiududeks või kehakesteks nimetatakse, hoomavad ainult üksikuid selliseid võnkeid — sagedusega umbes 250 hertsi —, enne kui saadavad signaali ajju, kus puuteaisting töödeldakse. Teised retseptorid sõrmes registreerivad teisi sagedusi, vahendab Science News.

Pariisis uurimiskeskuses CNRS École Normale Supérieure otsustas rühm füüsikuid Georges Debrégeasi juhtimisel robootilise lähenemise kasuks. Uurijad arendasid välja biomeetrilised andurid sarnaste võngete registreerimiseks, mis tekivad sõrme liikumisel üle peene koe. Andureid katsid inimese sõrmenahka matkivad plastkorgid. Ühele tehis-sõrmeotsale kanti inimese sõrmejäljele suuruselt ja kujult sarnased vallid, teine jäeti siledaks.

Eri andurite registreeritud võnked näitasid väga erinevaid omadusi. Sõrmejälgedega kaetud andur adus võngetes palju vähem vaheldusrikkust, sile andur aga püüdis kinni märksa laiema signaalidepaleti.

Nagu ultraviolettkiirgust filtreerivad päikeseprillid, mis kasuliku nähtava valguse läbi lasevad, sõelusid tehis-sõrmejäljed välja 250 hertsist kõrgemad ja madalamad sagedused, jättes alles vaid need võnked, mida Pacini kehakesed märgata suudavad. Uurijad oletavad, et sõrmejäljed muudavad puutetaju-süsteemi tõhusamaks, modifitseerides sisendsignaali nii, et see käivitab konkreetselt vastava sageduse aistimiseks mõeldud retseptori.

“Kui võtta valge müra, täiesti juhuslik tekstuur, ning seda skannida, summutatakse madalad ja kõrged võnked,” selgitab Houstonis asuva Baylori meditsiiniteaduste kolledži neuroloog Ellen Lumpkin.

Uurijad leidsid ka, et sõrmejäljed täidavad oma võngete sõelumise ülesannet ainult siis, kui sõrme liikumine toimub sõrmejälje-vallidega risti. Kuid pole põhjust muretseda: inimese sõrmejäljemuster on keeriseline — pühkimine suvalises suunas käivitab vähemalt osa sõelumisfunktsioonist.

“Meeldiv on, et muster pole oluline,” ütleb Debrégeas. Sõrmejäljemustrite kordumatus ei paista sõelumissuutlikkust mingil moel mõjutavat.

Värske uuring osutab huvitavale paralleelile sõrmeotste ja ühe teise tajuelundi — sisekõrvas paikneva teo — vahel. Tigu funktsioneerib sel moel, et lammutab keeruka helimustri üksikkomponentideks, toimides sagedusanalüsaatorina, nagu Lumpkin seda nimetab. “Nii nagu tigu on helisageduste analüsaator, on sõrmeotsad sõrmede jaoks sagedusanalüsaatoriks,” ütleb Lumpkin. Ka inimese võime värve näha sõltub sageduste valikust. Konkreetsed valgud reageerivad eri värvi valguslainetele valikuliselt, võimaldades inimestel seega värve tõhusalt tajuda.

Puutemeele keeruka süsteemi lahtimuukimine on oluline töö, ütleb Bensmaïa. Sõrmejälgedega varustatud proteeskäsi võiks “suuresti parendada amputeeritute võimet tekstuuri aduda”.

Lumpkin osutab ka, et uurimus viidi läbi tehisliku, mitte päris-koega. Viimane on märkimisväärselt keerulisem. “Praegu pole leitud muud kui mõeldav mudel,” nendib Lumpkin. “Võimalik, et see bioloogias just nii toimibki. Nüüd aga peavad bioloogid oletusi kinnitama.”

Uuringu tulemused ilmusid ajakirjas Science.