Maanhaarjellyfish en Neurale Netwerken

Maanhaarjellyfish (Aurelia aurita), die in bijna alle oceanen van de wereld voorkomen, worden nu door onderzoekers bestudeerd om te leren hoe hun neurale netwerken functioneren. Door gebruik te maken van hun doorschijnende klokken die variëren van drie tot 30 centimeter, zijn de cnidariërs in staat om zich zeer efficiënt te bewegen.

De hoofdauteur van de studie is Fabian Pallasdies van de onderzoeksgroep Neural Network Dynamics and computation aan het Instituut voor Genetica van de Universiteit van Bonn.

“Deze jellyfish hebben ringvormige spieren die samentrekken, waardoor het water uit de klok wordt gedrukt,” legt Pallasdies uit.

De efficiëntie van hun bewegingen komt voort uit de mogelijkheid van de maanhaarjellyfish om wervelingen te creëren aan de rand van hun klok, waardoor de voortstuwingskracht toeneemt.

“Bovendien is alleen de samentrekking van de klok spierkracht nodig; de expansie gebeurt automatisch omdat het weefsel elastisch is en terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm,” vervolgt Pallasdies.

De groep wetenschappers heeft nu een wiskundig model van de neurale netwerken van maanhaarjellyfish ontwikkeld. Het wordt gebruikt om de neurale netwerken en hoe ze de beweging van de maanhaarjellyfish reguleren te onderzoeken.

Professor Dr. Raoul-Martin Memmesheimer is het hoofd van de onderzoeksgroep.

“Jellyfish zijn onder de oudste en eenvoudigste organismen die zich in water bewegen,” zegt hij.

Het team zal nu naar de oorsprong van hun zenuwstelsel en andere organismen kijken.

Jellyfish zijn al decennialang bestudeerd, en uitgebreide experimentele neurofysiologische gegevens zijn verzameld tussen de jaren 1950 en 1980. De onderzoekers aan de Universiteit van Bonn hebben deze gegevens gebruikt om hun wiskundig model te ontwikkelen. Ze hebben individuele zenuwcellen, zenuwcelnetwerken, het hele dier en het omringende water bestudeerd.

“Het model kan worden gebruikt om de vraag te beantwoorden hoe de excitatie van individuele zenuwcellen resulteert in de beweging van de maanhaarjellyfish,” zegt Pallasdies.

Maanhaarjellyfish kunnen hun locatie waarnemen door lichtstimuli en met een evenwichtsorgaan. Het dier heeft manieren om zichzelf te corrigeren wanneer het door de oceaanstroom wordt omgedraaid. Dit houdt vaak in dat het zichzelf compenseert voor de beweging en naar het wateroppervlak gaat. De onderzoekers hebben via hun wiskundig model bevestigd dat de jellyfish één neuronaal netwerk gebruiken voor het rechtuit zwemmen en twee voor rotatiebewegingen.

De activiteit van de zenuwcellen verplaatst zich in een golfpatroon door de klok van de jellyfish, en de voortbeweging werkt zelfs wanneer grote delen van de klok zijn beschadigd. Wetenschappers aan de Universiteit van Bonn kunnen dit nu verklaren met hun simulaties.

“Jellyfish kunnen signalen opnemen en doorgeven op hun klok op elk punt,” zegt Pallasdies. “Wanneer één zenuwcel vuurt, vuren de anderen ook, zelfs als delen van de klok zijn aangetast.”

De maanhaarjellyfish is de laatste soort dieren waarin neurale netwerken worden bestudeerd. De natuurlijke omgeving kan veel antwoorden geven op nieuwe vragen over neurale netwerken, kunstmatige intelligentie, robotica en meer. Op dit moment worden onderwaterrobots ontwikkeld op basis van de zwemprincipes van jellyfish.

“Misschien kan onze studie helpen om de autonome controle van deze robots te verbeteren,” zegt Pallasdies.

De wetenschappers hopen dat hun onderzoek en voortdurende werk zal helpen om de vroege evolutie van neurale netwerken te verklaren.