Координация движений без участия мозга: роль структуры тела

Исследование на морских звездах показало, что скоординированные ритмические движения могут возникать благодаря физической структуре тела и потоку внутренней жидкости, без команд от центральной нервной системы. Это открытие полезно для физиологии и робототехники.

Ученые из Университета Хоккайдо и Хиросимского университета обнаружили, что зеленые офиуры (Ophiarachna incrassata) с пятью лучами демонстрируют иной паттерн "нагнетающих" движений, чем особи с шестью лучами. Математическая модель подтвердила, что такие движения могут координироваться исключительно потоком внутренней жидкости тела, а не нейронной активностью. Исследование опубликовано в Scientific Reports.

Ключевые наблюдения и модель

• Изучая пятилучевых офиур, ученые выявили повторяющееся скоординированное движение пяти веерообразных частей между лучами, которые сжимаются и расширяются. Его назвали "pumping" (нагнетание).
• Движение было асинхронным: сокращение одной части следовало за сокращением части через один луч (второго соседа), а не ближайшего соседа, образуя пентагональную структуру.
• Математическая модель показала, что скоординированное движение может возникать за счет потока внутренней жидкости, создаваемого изменением объема и давления в каждой части.
• Когда в симуляции изменили количество частей с пяти на шесть, паттерн движений изменился: три части, являющиеся вторыми соседями, синхронно сжимались и расширялись, а затем то же самое делали другие три части.
• Наблюдения за реальной шестилучевой офиурой подтвердили точность симуляции.

Значение и перспективы

"Это говорит о том, что ритмические движения могут координироваться без нейронного взаимодействия между частями тела. Это понимание может вдохновить на создание роботов, способных генерировать скоординированные движения без сложной системы управления", — говорит руководитель исследования Хитоси Аоноума.

Поскольку "нагнетание" происходит после кормления, ученые считают его частью пищеварительного процесса. Разные паттерны движений, вероятно, создают разные потоки в кишечнике животного, влияя на пищеварение. Дальнейшие исследования будут изучать, как различные структуры тела влияют на паттерны движений и какую роль в этом играют нейронные и не-нейронные механизмы.