Artificial Intelligence
Mondquallen und neuronale Netze
Mondqualle (Aurelia aurita), die in fast allen Weltmeeren vorkommen, werden derzeit von Forschern untersucht, um herauszufinden, wie ihre neuronalen Netzwerke funktionieren. Durch die Verwendung ihrer durchsichtigen Glocken mit einer Größe von drei bis 30 Zentimetern sind die Nesseltiere in der Lage, sich sehr effizient fortzubewegen.
Der Hauptautor der Studie ist Fabian Pallasdies von der Forschungsgruppe Neural Network Dynamics and Computation am Institut für Genetik des Universität Bonn.
„Diese Quallen haben ringförmige Muskeln, die sich zusammenziehen und dadurch das Wasser aus der Glocke drücken“, erklärt Pallasdies.
Die Effizienz ihrer Bewegungen beruht auf der Fähigkeit der Mondqualle, am Rand ihrer Glocke Wirbel zu erzeugen, was wiederum den Vortrieb erhöht.
„Außerdem erfordert nur das Zusammenziehen der Glocke Muskelkraft; „Die Ausdehnung erfolgt automatisch, da das Gewebe elastisch ist und in seine ursprüngliche Form zurückkehrt“, fährt Pallasdies fort.
Die Wissenschaftlergruppe hat nun ein mathematisches Modell der neuronalen Netze von Mondquallen entwickelt. Damit wird untersucht, wie die neuronalen Netze die Bewegung der Mondquallen regulieren.
Professor Dr. Raoul-Martin Memmesheimer ist Leiter der Forschungsgruppe.
„Quallen gehören zu den ältesten und einfachsten Organismen, die sich im Wasser bewegen“, sagt er.
Das Team wird nun die Ursprünge seines Nervensystems und anderer Organismen untersuchen.
Quallen werden seit Jahrzehnten untersucht und zwischen den 1950er und 1980er Jahren wurden umfangreiche experimentelle neurophysiologische Daten gesammelt. Die Forscher der Universität Bonn nutzten die Daten, um ihr mathematisches Modell zu entwickeln. Sie untersuchten einzelne Nervenzellen, Nervenzellnetzwerke, das gesamte Tier und das umgebende Wasser.
„Mit dem Modell lässt sich die Frage beantworten, wie die Erregung einzelner Nervenzellen zur Bewegung der Mondqualle führt“, sagt Pallasdies.
Mondquallen können ihren Standort durch Lichtreize und mit einem Gleichgewichtsorgan wahrnehmen. Das Tier verfügt über Möglichkeiten, sich selbst zu korrigieren, wenn es von der Meeresströmung umgelenkt wird. Dabei geht es oft darum, die Bewegung auszugleichen und in Richtung Wasseroberfläche zu gehen. Die Forscher bestätigten durch ihr mathematisches Modell, dass die Quallen ein neuronales Netzwerk für das Geradeausschwimmen und zwei für Rotationsbewegungen nutzen.
Die Aktivität der Nervenzellen bewegt sich in einem wellenförmigen Muster durch die Glocke der Qualle, und die Fortbewegung funktioniert auch dann, wenn große Teile der Glocke verletzt sind. Wissenschaftler der Universität Bonn können dies nun mit ihren Simulationen erklären.
„Quallen können mit ihrer Glocke jederzeit Signale empfangen und übermitteln“, sagt Pallasdies. „Wenn eine Nervenzelle feuert, feuern auch die anderen, auch wenn Teile der Glocke beeinträchtigt sind.“
Die Mondqualle ist die neueste Tierart, an der neuronale Netze untersucht werden. Die natürliche Umwelt kann viele Antworten auf neue Fragen rund um neuronale Netze, künstliche Intelligenz, Robotik und mehr liefern. Derzeit werden Unterwasserroboter entwickelt, die auf den Schwimmprinzipien von Quallen basieren.
„Vielleicht kann unsere Studie dazu beitragen, die autonome Steuerung dieser Roboter zu verbessern“, sagt Pallasdies.
Die Wissenschaftler hoffen, dass ihre Forschung und ihre laufenden Arbeiten dazu beitragen werden, die frühe Entwicklung neuronaler Netze zu erklären.
