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计算机模型显示 类似海星的动物可以根据身体结构协调节奏运动而大脑不会告诉他们这样做

北海道大学和广岛大学的科学家发现,五臂绿色脆弱的恒星显示出与六臂不同的“抽水”运动模式。使用数学模型,他们已经表明,这种运动可以通过内部体液的流动来协调,而不是神经元活动。该研究发表在科学报告上。

计算机模型显示 类似海星的动物可以根据身体结构协调节奏运动而大脑不会告诉他们这样做

动物不断进行有节奏的动作,如呼吸,喂食和行走。生理学研究和机器人技术已经表明,神经元活动和物理结构分别参与协调这些运动。然而,物理结构如何影响动物的这种运动是未知的。

由Hitoshi Aonuma,Daiki Wakita和Yumino Hayase组成的团队研究了绿色脆弱的恒星Ophiarachna incrassata,这是一种在印度洋 - 太平洋地区的热带和亚热带海洋中发现的类似海星的水生动物,通常有5只,偶尔有6只手臂。首先,研究人员观察了五臂脆弱的恒星,并发现在臂之间的五个扇形部分中反复运动,这些部分缩小并扩展,称为“泵送”。

他们发现抽水是以一种协调的,异步的方式发生的:一个部分的运动跟随着五角星中第二个相邻部分的运动,而不是直接相邻的部分。

然后,该团队建立了一个数学模型,发现通过改变每个部件的体积和压力产生的内部流体流可以实现协调运动。当研究人员在模拟中将零件数量从五个改为六个时,它显示了泵送模式的变化:三个第二相邻零件一致缩小和扩展,然后在其他三个零件中进行相同的同步运动。

他们观察到一只六臂脆星,并确认模拟与真实动物相比是准确的。“这表明节奏运动可以在没有身体部位之间的神经元相互作用的情况下进行协调。洞察力可以激发未来的机器人设计,在没有复杂控制系统的情况下产生协调运动,”领导这项研究的北海道大学的Hitoshi Aonuma说。“进一步的研究应该研究不同的身体结构如何影响运动模式,以及神经元和非神经元活动如何在运动过程中发挥作用。”

由于在喂食后发生泵送,该团队认为它是一个消化过程,并怀疑泵送的不同模式在动物的肠道中产生不同的流动,可能影响其消化功能。

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