Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) вместе с коллегами из Университета Тохоку (Япония) и Оттавского университета (Канада) разработали и проверили модель нейронной сети, которая показала, как мультисенсорная обратная связь позволяет угрям плавать после травмы спинного мозга.
Результаты исследования, которые опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences, важны не только для понимания эволюции и механики управления движениями животных, но и помогут в разработке систем управления движением, которые не зависят от мозга.
Ранее проведенные исследования показали, что ощущения от давления на кожу и растяжения мышц моделируют активность нейронных сетей, которые называются центральными генераторами паттернов и расположены вдоль спинного мозга. Эти нейронные сети контролируют адаптивные движения угрей и миног, однако они плохо изучены из-за трудностей в получении сенсорной обратной связи у животных.
Ученые предложили решить проблему с помощью математической модели нейронной сети. Исследователи предположили, что каждый сегмент тела имеет нервную цепь, которая генерирует ритмичные движения, регулируемые автономно от мозга с помощью сенсорной обратной связи при растяжении и давлении.
Исследователи провели эксперименты с участием роботов-амфибий, которые подтвердили, что модель быстро формирует устойчивые паттерны плавания. Ключевую роль играла обратная связь по растяжению, она же отвечала и за способность обходить препятствия, когда робот ползал по суше.
Тот факт, что нейронная сеть, отвечающая за плавание, может тоже обеспечивать передвижение по суше, позволяет предположить, что эволюционный переход позвоночных от жизни в воде к жизни на суше, не требовал развития совершенно новых нейронных сетей. Вместо этого существующие водные сети могли быть перепрофилированы — этот принцип помогает нам понять эволюционное происхождение двигательного контроля.
Ученые надеются, что их открытие можно будет использовать для создания роботов, которые могут передвигаться в непредсказуемых условиях, под водой и на неровной местности.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, как спят рыбы.
