なぜ触られた場所が分かるの？

質問

よろしくお願いします。触覚についての質問です。

人間の前身には一つ一つの細胞？単位に触覚のセンサーが付いていますよね？
そして、どこかに物体が触れると、その信号が脳に伝わって、
「どこどこに何かが触れた」と認識できますよね？

その点について疑問が湧いたのですが、
脳は「何かが触れた」という信号が来たときに、
どうやってそれが「どこのセンサーの信号か？」を認識しているのでしょうか？

人間の全身にはものすごく大量に触覚を感じれる神経があると思うのですが、
ソレ一つ一つが、専用の神経線で脳と結ばれているのでしょうか？
（これだと、指を切ってしまい、回復した後に触覚を取り戻すという説明ができない気がします。）

それとも、インターネットのようにセンサー一つ一つにＩＤが振られていて、
脳はそれを元にどこからの信号かを認識するのでしょうか？
（これだと、脳に一つ一つの細胞のＩＤのデータベースが出来上がっているという、不自然な話になりそうです...）

インターネット上でも調べてみましたが、答えが分かりません。。
詳しい方、教えていただけたら幸いです。

回答No.9

ENTROPY_VS

補足質問頂いていたんですね。お返事遅くなりまして申し訳ありません。

ポイント２の解説がわかりずらくて失礼！図を使うのと同時に説明できればはがゆさ半減なんでしょうけど、制限あります。お許しください。gray matter内で放たれるボールは、ボールが放たれる道線(afferent)と返る道線(efferent)が近くにあるのでキャッチされることができるということだったんですが、近いところ同士の、同じ圧の信号であればごっちゃになることはあると思います。年齢を重ねたり、何かしらの原因で神経に損傷があるとうまく反射しなくなるのは、信号がごっちゃになってしまうからでしょう。

確かにIDのようなものであれば、ロボットやバーチャルリアリティー機器の発展開発にはうってつけですよね。しかし、そのIDをどうやって区分するかが問題なんでしょうね。例えば、手のひらに碁盤の目を引いて部分部分でIDを持たせたときに、線の上にまたがっているやつはどうするかとか、どれくらいの密度で線を引くべきなのかとか。その辺が人体のすごいところなんだと思います。きめの細かさはロボットもバーチャルリアリティー機器も人体の完璧さに到達するにはいまひとつ課題を残している。どこまでできるのか楽しみではありますね。

回答No.8

silvis

すみません。少々気になったので蛇足かもしれませんが書き込みます。
No.１さんの補足に書かれていた実験、眼をつぶってやりましたか？つまようじで触れる時、二本同時に触れましたか？
生物の教科書にそのような実験が出ていますが、太ももでは二センチでもう違いがわからないはずです。手の甲は確か三ミリくらいでしたか。
あくまで「細い」もので「同時」に触れ、さらに、「遠くから徐々に」やっていかないと、この実験は成立しません。五センチ、四センチ、三センチ、と気長にやってください。顔などは敏感なので難しいですよ。(ひじの裏で失敗したのは、皮膚が薄いからじゃないですかね……ここは想像ですが)

お礼

回答ありがとうございます。

＞眼をつぶってやりましたか？
はい。

＞つまようじで触れる時、二本同時に触れましたか？
いいえ、一本既に触れた状態で、もう一本を触れました。

＞太ももでは二センチでもう違いがわからないはずです。
上記に書いた実験では１，２ミリでした・・・。

なるほど・・・１本目と２本目の違いが分かったわけではなくて、
圧力の違いで二本目が触れたと判断したのでしょうか・・・。

回答No.7

ENTROPY_VS

ポイント１：
"「手に対しては手全般を処理する部署がある」ということでしょうか？"
そういうことですね。下のリンクでは脳のCortexのどの部分がそれぞれ身体のどの部分を統括しているかイラストで表されているので見てみてください。
http://www.alinenewton.com/images/homunculus.jpg

ポイント２：
“「どの電話係からの信号だったか？」というのはどうやって分かるのでしょうか？”
Receptorを通して伝わってきた信号はafferent nerveという回線を通って脳内のgray matterと呼ばれるところに伝わると、信号を確定してます。同じところから今度はefferent nerveを通って筋肉に「動かせ」という命令信号が下されるため反応として身体が動きます。　
例）
(1)お風呂のお湯につま先を入れたら熱い！(receptor)
(2)「熱い」という信号が送られる(afferent nerve)
(3)脳みそで信号が処理される(gray matter)
(4)命令を指に向かって送り返す(efferent nerve)
(5)つま先をすばやくお湯からあげる(muscle)

afferentと efferent nerveは直結してはいませんが、afferent から来た信号のボール（のようなものと仮にします）はgray matter内でパスされるとefferent nerveの頭に持っているミットでしっかりキャッチされるので、信号は来たところへ返されることができるということですね。

http://www.apparelyzed.com/_images/content/spine/myotomes-dermatones.jpg

補足

細かい解説などを含めた回答ありがとうございます。
面白いですね。人間の体って・・・。

＞ポイント１：
イラストを見てみました。
確かに脳のそれぞれの部署でそれぞれの部位に対してのセンサーの管理をしているようですね。

＞ポイント２：
すいません、、いまいちこちらの説明はよく分かりませんでした。
というか、全体の仕組みは私も分かっているのですが、
そもそも、

＞afferent から来た信号のボール（のようなものと仮にします）はgray matter内でパスされるとefferent nerveの頭に持っているミットでしっかりキャッチされるので、信号は来たところへ返されることができる

のはなぜなんでしょうか？質問が分かりづらいかもしれません。
言い換えると、脳内では一瞬で色々なセンサーからの情報を受けていると思います。
（同じ「部署内」であっても、人差し指を２カ所触ったりすると、「２カ所、別のトコロを触られている」と認識できますよね）
しかし、その信号がなぜごっちゃにならないのでしょうか？

やはり、例えば「指の中のセンサー」単位で信号を識別するＩＤのようなモノが振られている気がしてきました・・・
そうすると、脳の中で「センサーのＩＤと、そのセンサーがどこにあるか？」の対応表がやはり用意されていると言う事ですよね。

なんにせよ、人間の体は凄いですね、ホント。

回答No.6

taunamlz

ＮＯ３です。
調べてみました。
http://gc.sfc.keio.ac.jp/class/2005_14453/slides/10/70.html
自分なりに解釈した内容ですが。
１．たくさんの触覚センサが一つの神経に並列に接続されている。
２．触覚センサの信号は神経に対してある程度シリアルの信号を送っている。
３．ある程度のため、２点の距離が近い場合には１つとして認識してしまう。

つまり、デジタル回路の信号に似ているということだと思います。
例えば１０個のセンサから信号を受け取るとき
００１０００００００
と言う信号がくれば３番目のセンサがＯＮになっていると判断しているということだと思います。

似たようなデジタル回路ですと、ＣＣＤセンサ，ＣＭＯＳセンサも同じような原理で光の信号を受け取っています。

お礼

わざわざ調べていただきありがとうございます。

正直、自分には内容を１００％理解することはできませんでしたが、
taunamlzさんの解説だと、やはり、どのセンサーが反応したのかという情報を
信号に含めているということですね。

インターネットなんかより全然先に生物がこんな仕組みを持っていたのですね・・・。
本当に凄いです。

回答No.5

noname#43437

ANo.1です
興味があったので調べてみました。

事故などで手を切断して、縫合手術で神経を繋ぎ直した場合、
神経一本一本を繋ぎ直すのではなく、神経の束を
おおざっぱに繋ぎ直すだけなので、
たとえば、人差し指を触られたと感じたのに実は小指、とか、
人差し指を動かそうとしたら親指が、というようなことがおき、
リハビリで慣らしていくのだそうです。

補足

回答ありがとうございます。
面白い話ですね～。

この話から考えると、「神経ごとにＩＤが振ってある説」でなく、
やはり「大まかな範囲ごとに神経線が別にある」と考えられるようですね...

あまり関係ないかも知れませんが、腕をスパッっと切った場合、
その直後はあたかもそこに腕があるような感覚があると聞いたことがあります。

回答No.4

noname#43437

ANo.1です

想像ですが・・・
ＰＨＳや携帯の居場所を突き止めるのと同じような方法？

神経１　　　　神経２

と、二つの神経があったとして、
神経１だけ信号があれば、神経１の場所、
１と２両方にあれば、１と２の間のどこか、
というように、センサーの場所は少なくても、細かい場所ってわかりますよね。

補足

ご回答ありがとうございます。

面白いですね、確かにこれなら、２つの神経で３点の場所を計測できます。
３つとかの神経で計測すれば、さらに正確な位置が分かりますね。

ただ、やはり気になるのは、神経１の信号と神経２の信号をどうやって脳内で切り分けているか、です。。
やっぱりＩＤのようなものを振り分けているのかな・・・。

回答No.3

taunamlz

触覚センサーはかなりアバウトなものだと思います。
以前実験したのですが、目をつぶって手の内側を上にして手を伸ばします。
他人に手首から肘の裏側に向かってつついてもらいます。
自分で肘の裏側だと思った場所で「ストップ」と目を開けます。
自分の予想とは大きくずれたところなのにショックを受けます。

逆に書くと、肘の裏側だと思っている範囲は一つの神経でカバーされていると考えられるのではないでしょうか？

唇などの感覚が鋭い部分を除けば、一つの神経が広い範囲をカバーしているんだと思います。

補足

回答ありがとうございます。
全く同じような実験をNo.1さんの回答の補足に記述しました。

一つの神経が広い範囲をカバーしているなら、
補足に書いたように「２カ所を同時につついても」１カ所をつつかれているように感じると思うのですが...

回答No.2

ENTROPY_VS

信号がどこから来たのかがわかるからこそ、その「どこから」に反応して神経が折り返し届き、信号に反応する仕組みになっています。

どのような反応をしなければ、究極、生命に危機を及ぼすか　ということは動物・植物全体に学習されている基本的生命メカニズムです。

脳には決まった場所に決まった体の部分を統括する、いわば専門部署が備えられています。”専門の神経線で脳と結ばれている”のではなく、同じ神経線（回路）をたどっても処理される部署が違うということです。

神経細胞はカスタマーサービスで雇われている電話係のようなものと考えるとよいでしょう。それぞれのカスタマーサービス係的細胞が上へ上へと情報を伝えていき、最終的に上がどういう処理をするか決め、それをまた下へ下へと伝え、最終的に顧客に納得のいく対処がなされるということです。

「どこのセンサーの信号か？」と好奇心を持つことは非常に素晴らしいことだと思います。更なる疑問を期待しています。

補足

回答ありがとうございます。

すいません、前半があまりよく分からなかったのですが、
＞同じ神経線（回路）をたどっても処理される部署が違う
というのは、例えば「手に対しては手全般を処理する部署がある」ということでしょうか？
その場合、「手全般の信号」と「足全般の信号」はどうやって切り分けるのでしょうか？

また、カスタマーサービスの例が出ていましたが、上がどういう処理を決めて、
いざ下へ戻す際に「どの電話係からの信号だったか？」というのはどうやって分かるのでしょうか？
（すいません、回答の内容が理解できていないのかも知れません...）

例えばメールで双方向通信をする場合、必ず送信元のメールアドレスが通信文に付加されて、「返信」が行えるようになっていますが、
そのように神経のIDを調べられる仕組みがないと、脳も体のどこを触られたのか分からないのではないのでしょうか？

回答No.1

noname#43437

感覚の神経は一本ずつ脳に繋がっていても、
指先などの敏感な部分を除いて、
一つの感覚神経がカバーするエリアは意外と広く、
本数自体はそんなにないようです。（それでも莫大だと思いますが）

外科手術で、皮膚を神経がついたまま移動したような場合、
そこを触られると、元の場所が触られた感触がおきます。
時間が経つと慣れて、移植された場所として認識できるようになるので、
脳の中に、書き換え可能な、センサーと場所の対応表がある、ようですね。。

補足

回答ありがとうございます。

＞一つの感覚神経がカバーするエリアは意外と広く、
これは自分も知っていたので、ちょっと実験をしてみました。
肘の裏（つねっても痛くないところ）は感覚が鈍いので、
友人のそこに爪楊枝を当て、そのすぐソバに２本目の爪楊枝を当てました。

が、友人は一本目と二本目の爪楊枝の場所の違いを言い当てることができました。

つまり、「意外と広く」というのは、細胞レベルで「広く」ということで、
やはりかなりの知覚神経を持っていることになりますよね。

それぞれに対してセンサーと場所との対応表があるということは、
脳に届く信号一つ一つが、どのセンサーが出したものか分かるような信号が含まれていないと分からないですよね？
もし、このような仕組みが人間の体に入っているなら、本当にものすごい仕組みですね～。