Måne-jellyfish og neurale netværk

Måne-jellyfish (Aurelia aurita), der findes i næsten alle verdens have, studeres nu af forskere for at lære, hvordan deres neurale netværk fungerer. Ved hjælp af deres gennemsigtige klokker, der måler fra tre til 30 centimeter, er cnidarianerne i stand til at bevæge sig meget effektivt.

Studielederen er Fabian Pallasdies fra Neural Network Dynamics and computation-forskningsgruppen på Institut for Genetik ved Universitetet i Bonn.

“Disse jellyfish har ringformede muskler, der kontraherer, og derefter skyder vandet ud af klokken,” forklarer Pallasdies.

Effektiviteten af deres bevægelser skyldes måne-jellyfishens evne til at skabe virvler ved kantens af klokken, hvilket øger fremdrift.

“Desuden kræver kun kontraktionen af klokken muskelkraft; udvidelsen sker automatisk, fordi vævet er elastisk og returnerer til sin oprindelige form,” fortsætter Pallasdies.

Forskergruppen har nu udviklet en matematisk model af måne-jellyfishens neurale netværk. Den bruges til at undersøge de neurale netværk og hvordan de regulerer måne-jellyfishens bevægelser.

Professor Dr. Raoul-Martin Memmesheimer er leder af forskningsgruppen.

“Jellyfish er blandt de ældste og enkleste organismer, der bevæger sig i vand,” siger han.

Holdet vil nu se på oprindelsen af dets nervesystem og andre organismer.

Jellyfish er blevet studeret i årtier, og omfattende eksperimentelle neurofysiologiske data blev indsamlet mellem 1950’erne og 1980’erne. Forskerne ved Universitetet i Bonn brugte data til at udvikle deres matematiske model. De studerede enkelte nerveceller, nervecelle-netværk, hele dyret og det omgivende vand.

“Modellen kan bruges til at besvare spørgsmålet om, hvordan exciteringen af enkelte nerveceller resulterer i måne-jellyfishens bevægelser,” siger Pallasdies.

Måne-jellyfish kan opfange deres placering gennem lys-stimuli og med en balance-organ. Dyret har måder at korrigere sig selv, når det vendes af havstrømmen. Dette indebærer ofte at kompensere for bevægelsen og gå mod vandoverfladen. Forskerne bekræftede gennem deres matematiske model, at jellyfishen bruger ét neuralt netværk til at svømme lige ud og to til rotationsbevægelser.

Aktiviteten af nervecellerne bevæger sig gennem jellyfishens klokke i en bølgeformet mønster, og lokomotionen fungerer, selv når store dele af klokken er skadet. Forskere ved Universitetet i Bonn kan nu forklare dette med deres simulationer.

“Jellyfish kan optage og transmittere signaler på deres klokke på ethvert punkt,” siger Pallasdies. “Når en nervecelle affyres, affyres de andre også, selv hvis dele af klokken er beskadiget.”

Måne-jellyfishen er den seneste art af dyr, hvor neurale netværk studeres. Den naturlige omgivelse kan give mange svar på nye spørgsmål om neurale netværk, kunstig intelligens, robotteknologi og mere. For tiden udvikles undervands-robotter baseret på jellyfishens svømmeprincipper.

“Måske kan vores studie hjælpe med at forbedre den autonome kontrol af disse robotter,” siger Pallasdies.

Forskerne håber, at deres forskning og fortsatte arbejde vil hjælpe med at forklare den tidlige udvikling af neurale netværk.