科學家使用了科幻概念的變體來探索一個核心的腦體問題

發布時間:2020-03-25    來源:生物邦    瀏覽量:0

像瑪麗·雪萊(Mary Shelly)的《科學怪人》(Frankenstein)這樣的虛構作品都探索了將大腦從一個人身上換出來并將其轉移到一個完全不同的身體中的想法。但是,現在,一個由生物學家和工程師組成的團隊通過計算機模擬使用了科幻概念的一種變體來探索一個核心的腦體問題。

兩個肢體和肌肉截然不同的人如何才能很好地完成相同的精細運動任務,例如打棒球或發短信?是大腦和神經系統與身體其余部分之間的獨特調節,控制著這些復雜的運動,還是我們的感官反饋負責?

在eLife期刊上進行的一項新研究中,研究人員通過計算機建模了弱電魚玻璃刀魚(Eigenmannia virescens)的各種大腦和身體,以成功模擬“魚腦移植”并進行研究。

該團隊的模擬涉及交換魚類信息處理和運動系統的模型,結果表明,在突然跳入坦克友的不同身體后,“法蘭克魚”通過嚴重依賴迅速彌補了腦與身體的不匹配。感官反饋,以恢復控制游泳運動所需的精細運動的能力。

研究人員說,這些發現提供了新的證據,表明動物可以依靠感官上的反饋來幫助大腦,身體和外界環境之間的相互作用來引導運動,而不是依賴于大腦回路對大腦力學的精確調整。身體的肌肉和骨骼。研究小組還說,這些發現進一步證明了采用強大的感官反饋控制系統的高級機器人的未來設計的必要性。這樣的系統可能會更好地適應其環境中的意外事件。

“這項研究表明,感覺反饋在我們所做的每一件事中都發揮著深遠的作用。”由美國國家科學基金會資助的新澤西理工學院生物科學系教授,該研究的作者埃里克·佛瑞特(Eric Fortune)說。“人們一直試圖弄清楚動物運動是如何永遠起作用的。事實證明,交換這些魚類的大腦是解決這個基本問題和更好地了解我們如何控制身體的好方法。”

約翰·霍普金斯大學(JHU)系教授Noah Cowan說:“科學怪人的實驗證明了控制理論中的一個共同點,那就是感覺如何在封閉的反饋回路中轉換為行動的許多細節都無關緊要。”機械工程學士,《財富》的合著者和長期合作者。“盡管沒有任何隨機的大腦會起作用,但大腦在控制身體方面擁有很大的自由度。”

在這項研究中,研究小組著手專門研究魚類的行為表現,如果它們通過實驗改變了魚類之間的聯系,即控制器或用于處理信息以產生運動指令的感覺系統和神經回路之間的聯系,以及如何種植魚類,行為表現可能會如何變化。與環境相互作用以產生運動的肌肉骨骼組件。


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