Måne jellyfish og neurale nettverk

Måne jellyfish (Aurelia aurita), som finnes i nesten alle verdens hav, studeres nå av forskere for å lære hvordan deres neurale nettverk fungerer. Ved å bruke deres gjennomsiktige klokker som måler fra tre til 30 centimeter, er cnidariane i stand til å bevege seg svært effektivt.

Hovedforfatteren av studien er Fabian Pallasdies fra Neural Network Dynamics and computation-forskningsgruppen ved Institutt for genetikk ved Universitetet i Bonn.

“Disse jellyfishene har ringformete muskler som trekker seg sammen, og presses vannet ut av klokken,” forklarer Pallasdies.

Effektiviteten i deres bevegelser kommer fra evnen til å skape virvler på kanten av klokken, og øke fremdrift.

“Videre, trenger bare sammentrekningen av klokken muskelkraft; utvidelsen skjer automatisk fordi vevet er elastisk og returnerer til sin opprinnelige form,” fortsetter Pallasdies.

Forskningsgruppen har nå utviklet en matematisk modell av de neurale nettverkene til måne jellyfish. Den brukes til å undersøke de neurale nettverkene og hvordan de regulerer bevegelsen til måne jellyfish.

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

“Jellyfish er blant de eldste og enkleste organismene som beveger seg i vann,” sier han.

Teamet vil nå se på opphavet til nervesystemet og andre organismer.

Jellyfish har blitt studert i tiår, og omfattende eksperimentell neurofysiologisk data ble samlet inn mellom 1950- og 1980-tallet. Forskerne ved Universitetet i Bonn brukte dataene til å utvikle deres matematiske modell. De studerte enkeltne nerveceller, nervecelle-nettverk, hele dyret og omgivelsesvannet.

“Modellen kan brukes til å svare på spørsmålet om hvordan eksitasjonen av enkelt nerveceller resulterer i bevegelsen til måne jellyfish,” sier Pallasdies.

Måne jellyfish kan oppfatte sin posisjon gjennom lysstimuli og med en balanseorgan. Dyret har måter å korrigere seg selv når det snus av havstrømmen. Dette innebærer ofte å kompensere for bevegelsen og gå mot vannoverflaten. Forskerne bekreftet gjennom deres matematiske modell at jellyfishene bruker ett neuralt nettverk for å svømme rett frem og to for rotasjonsbevegelser.

Aktiviteten til nervecellene beveger seg gjennom jellyfishens klokke i en bølgeformet mønster, og lokomosjonen fungerer selv når store deler av klokken er skadet. Forskere ved Universitetet i Bonn kan nå forklare dette med sine simuleringsmodeller.

“Jellyfish kan plukke opp og overføre signaler på klokken på ethvert punkt,” sier Pallasdies. “Når en nervecelle avfyres, avfyres de andre også, selv om deler av klokken er skadet.”

Måne jellyfish er den siste arten av dyr hvor neurale nettverk studeres. Den naturlige miljøet kan gi mange svar på nye spørsmål som handler om neurale nettverk, kunstig intelligens, robotikk og mer. For tiden utvikles undervannsroboter basert på svømmeprinsippene til jellyfish.

“Kanskje vår studie kan hjelpe til å forbedre den autonome kontrollen av disse robotene,” sier Pallasdies.

Forskerne håper at deres forskning og pågående arbeid vil hjelpe til å forklare den tidlige evolusjonen av neurale nettverk.