Осьминог, червь и язык: поиск общих принципов движения

Лингвист и морской биолог из USC Dornsife получили трёхлетний грант NSF по программе INSPIRE на междисциплинарное исследование. Они изучают общие принципы работы трёх мышечных систем, не имеющих костных рычагов: языка человека, щупалец осьминога и тела круглого червя C. elegans. Все они являются гидростатическими — их функция основана на несжимаемости жидкостей.

Общий принцип: гидростатика

  • Червь C. elegans использует этот принцип для локомоции.
  • Осьминог — для манипуляции щупальцами.
  • Язык человека — для коммуникации и речи.

Изучаемые организмы

1. Круглый червь C. elegans

  • Это «экспериментальная рабочая лошадка» с 1970-х годов; исследования на нём принесли Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2002 году.
  • Его длина — 1 мм. Известно количество и связи всех его нейронов, а также связь нейронов с мышечными клетками.
  • Цель проекта: Создать алгоритмы и геометрический анализ для получения «числовых дескрипторов», описывающих движение C. elegans в различных условиях, включая генетические мутации.
  • Связь с медициной: Исследователи изучат роль дофамина в сигналах нервных клеток червя, чтобы найти связь с речевыми расстройствами при болезни Паркинсона у людей, которая вызвана дефицитом дофамина в базальных ганглиях мозга.

2. Осьминог

  • В проекте участвует эксперт по поведению головоногих Дженнифер Мейтер. Исследования будут проводиться на двух видах у острова Каталина: Octopus bimaculoides и Octopus bimaculatus.
  • Щупальце осьминога обладает «бесконечными степенями свободы»: может вытягиваться, сжиматься, изгибаться в любой точке и скручиваться.
  • Задача: Найти правила, управляющие движением такой сложной мышечной системы без фиксированного скелета, и провести аналогии с движением языка.

3. Язык человека

  • Язык — это «мышца, движущая мышцу», он относится к иному мышечному семейству, чем остальное тело человека (позвоночное).
  • Речь — результат сложной координации языка, нёба, зубов и губ. Дегенерация дофаминовых нейронов нарушает эту координацию, вызывая дизартрию.
  • Цель: Исследовать потенциал C. elegans как модели для изучения дизартрии при болезни Паркинсона, манипулируя синтезом и захватом дофамина у червя.

Междисциплинарный вызов

Одна из главных сложностей проекта — создать общий язык для описания столь разных систем. Лингвисты имеют стандартную номенклатуру для описания речи, но подобного структурированного словаря для движений осьминога не существует. Команда пытается найти математический способ описания движения червя, который можно было бы применить к движению щупальца осьминога и языка человека.