On growth and form

Thompson, D’Arcy Wentworth

doi:10.5962/bhl.title.11332

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“…Analysis of this data revealed a highly significant difference in mean shape between the actual hand and the body model [Goodall's F(16, 544) = 70.52, P < 0.0001]. The shape of the body model can be depicted as a transformation of the actual shape of the hand, following D'Arcy Thompson (19). Figure 2F therefore shows the shape of the body model, averaged across participants, as a transformation of mean actual hand shape using a thin-plate spline (18).…”

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An implicit body representation underlying human position sense

Longo

Haggard

2010

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

322

378

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Knowing the body's location in external space is a fundamental perceptual task. Perceiving the location of body parts through proprioception requires that information about the angles of each joint (i.e., body posture) be combined with information about the size and shape of the body segments between joints. Although information about body posture is specified by on-line afferent signals, no sensory signals are directly informative about body size and shape. Thus, human position sense must refer to a stored body model of the body's metric properties, such as body part size and shape. The need for such a model has long been recognized; however, the properties of this model have never been systematically investigated. We developed a technique to isolate and measure this body model. Participants judged the location in external space of 10 landmarks on the hand. By analyzing the internal configuration of the locations of these points, we produced implicit maps of the mental representation of hand size and shape. We show that this part of the body model is massively distorted, in a reliable and characteristic fashion, featuring shortened fingers and broadened hands. Intriguingly, these distortions appear to retain several characteristics of primary somatosensory representations, such as the Penfield homunculus.body image | proprioception | postural schema | body representation P erceiving the body's location in external space is essential for interacting with our environment and for constructing a coherent sense of self. Proprioceptive signals from afferents in muscles, joints, and skin provide information about joint flexion or extension (1, 2), contributing to a representation of body posture, the postural schema (3). To perceive the absolute position of body parts in external space, however, this postural information must be combined with information about the size and shape of the body segments connecting the joints (4-8) (Fig. 1A). No sensory signal, however, directly informs the brain about the metric properties of body parts. Thus, localization of the body in external space requires that on-line afferent signals specifying joint angles be informed by a stored body model. Although several researchers have identified the need for such a body model (4,6,8), no attempt has been made to measure this model, and its properties are unknown. Here, we systematically investigate the body model mediating position sense of the human hand, showing that it is massively distorted, and appears to retain distortions characteristic of the somatosensory homunculus.The essential contribution of the body model to position sense is specifying the relative locations of body parts. The overall "localization error" for a single landmark (i.e., the distance between actual and judged locations) depends on several factors. In contrast, the distance between the judged locations of two adjacent landmarks (e.g., the tip and knuckle of a single finger) depends only on the represented length of the body segment connecting them. Other sources o...

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“…The study of shape has a long history in organismic biology (19). Morphometric analyses of landmark data (18) have provided rich insight into the nature of biological forms.…”

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An implicit body representation underlying human position sense

Longo

Haggard

2010

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

322

378

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“…The idea that physical forces affect cellular function was put forth a century ago, by Scottish scientist D' Arcy Thompson in his seminal work On Growth and Form 1 . "Cell and tissue, shell and bone, leaf and flower, are so many portions of matter, " wrote Thompson, "and it is in obedi ence to the laws of physics that their principles have been moved, moulded and conformed. "…”

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A measure of molecular muscle

Eisenstein¹

2017

Nature

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“…Dans la première moitié de ce même siècle, les succès de la théorie de l'évolution occultaient l'importance de ces deux sciences, comme s'en plaignait D'Arcy Thompson [1]. Si son livre avait fasciné et inspiré de nombreuses générations de « penseurs », il n'avait pas de pouvoir prédictif et en conséquence, il n'avait été reconnu que par son élégance, mais pas comme un apport essentiel aux sciences de la vie.…”

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Mais où sont passés les gènes ?

Prost

2011

Med Sci (Paris)

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> Les grands succès de la génétique ont conduit les scientifiques de la deuxième moitié du XX e siècle à négliger les aspects physique et mécanique du vivant. Dans la première moitié de ce même siècle, les succès de la théorie de l'évolution occultaient l'importance de ces deux sciences, comme s'en plaignait D'Arcy Thompson [1]. Si son livre avait fasciné et inspiré de nombreuses générations de « penseurs », il n'avait pas de pouvoir prédictif et en conséquence, il n'avait été reconnu que par son élégance, mais pas comme un apport essentiel aux sciences de la vie. Par exemple, sa reconnaissance de l'existence de « suites de Fibonacci 1 » dans la disposition des feuilles dans les végétaux, pour harmonieuse qu'elle fut, ne s'accompagnait pas d'une explication quantitative de l'observation. Il aura fallu les belles analyses de S. Douady et Y. Couder, doublées d'expériences subtiles presque quatre-vingts ans plus tard, pour dégager les raisons essentielles de l'apparition de ces objets mathématiques originaux [2]. Pour beaucoup, la morphologie était entièrement programmée génétiquement, et le programme était exécuté sans référence explicite aux lois de la physique pourtant incontournables. Ceux qui cherchaient à comprendre comment le programme était exécuté étaient d'ailleurs plus enclins à invoquer des structurations spatiales d'origine chimique que des mécanismes physiques, comme le suggérait le grand mathématicien britannique Alan Turing [3]. La découverte expérimentale de ces structures spatiales dans des systè-mes chimiques simples encourageait les esprits dans ce sens [4]. Leur implication dans le vivant n'était pas toujours admise, et les analogies de formes étaient souvent considérées comme naïves. De nos jours, de nombreuses expé-riences montrent qu'il faut éviter tout dogmatisme et que chimie non linéaire, physique et mécanique sont également importantes et souvent simultanément présentes. C'est le cas en biologie du développement, ce qui rend les analyses particulièrement délicates.1 La suite de Fibonacci tient son nom du mathématicien italien Leonardo Fibonacci, qui a vécu à Pise au XIII e siècle (1175-1240). La suite de Fibonacci se construit ainsi : chaque terme de la suite s'obtient en additionnant les deux précédents, les deux premiers termes sont 0 et 1. Le troisième terme est donc1 (0 + 1 = 1), le quatrième terme 2 (1 + 1 = 2), le cinquième 3 (1 + 2 = 3), le sixième 5 (2 + 3 = 5), et ainsi de suite.Les premiers succès des approches « entièrement mécani-ques » ont certainement été acquis en biologie végétale où la forme des pétales peut être expliquée de manière élégante par des différences de croissance entre le bord des pétales et l'intérieur [5,6]. Conceptuellement simple, cette approche est mathématiquement difficile bien que rendue plus abordable par l'informatique. La croissance des racines s'explique aussi par des arguments mêlant physique des fluides, mécanique et lois de conservation [7]. L'application au monde animal semblait plus délicate. Peut-on légitimement considérer les tissus comme ...

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On growth and form

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An implicit body representation underlying human position sense

An implicit body representation underlying human position sense

A measure of molecular muscle

Mais où sont passés les gènes ?

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