A multiphysics model of the Pacinian corpuscle

作者
Julia C. Quindlen,Henryk K. Stolarski,Matthew D. Johnson,Victor H. Barocas
出处
期刊:Integrative Biology [Oxford University Press]
卷期号:8 (11): 1111-1125 被引量:32
标识
DOI:10.1039/c6ib00157b
摘要

The Pacinian corpuscle (PC) is a dermal mechanoreceptor that responds to high-frequency (20-1000 Hz) vibrations. The PC's structure allows transmission of vibrations through its layers (lamellae) to the centrally-located nerve fiber (neurite). This work combines mechanical models of the PC with an electrochemical model of peripheral nerves to simulate the tactile response of the entire system. A three-stage model of response to a vibratory input was developed, consisting of (1) outer core mechanics, (2) inner core mechanics, and (3) neurite electrochemistry. The model correctly predicts the band-pass nature of the PC's frequency response, showing that the PC structure can amplify oscillatory strains within its target frequency band. Specifically, strain induced by a vibratory stimulus is amplified by a factor of 8-12 from the PC surface to the neurite. Our results also support the hypothesis that PC rapid adaptation is affected by the lamellar structures without requiring neuronal adaptivity. Simulated different-sized PCs showed a shift in frequency response, suggesting that clusters of different-sized PCs could enable more nuanced tactile encoding than uniform clusters. By modeling the PC's mechano-to-neural transduction, we can begin to characterize the mechanosensation of other receptors to understand how multiple receptors interact to create our sensation of touch.

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