Meduzy i sieci neuronowe

Meduzy (Aurelia aurita), które występują niemal we wszystkich oceanach świata, są teraz badane przez naukowców, aby dowiedzieć się, jak funkcjonują ich sieci neuronowe. Korzystając z ich przeźroczystych dzwonów, które mierzą od trzech do 30 centymetrów, cnidaria są w stanie poruszać się bardzo wydajnie.

Głównym autorem badania jest Fabian Pallasdies z grupy badawczej Dynamika sieci neuronowych i obliczeń w Instytucie Genetyki na Uniwersytecie w Bonn.

“Te meduzy mają pierścieniowate mięśnie, które kurczą się, wypychając wodę z dzwonu”, wyjaśnia Pallasdies.

Wydatek ich ruchu wynika z możliwości tworzenia wirów na krawędzi ich dzwonu, co zwiększa napęd.

“Ponadto, tylko kurczenie się dzwonu wymaga mocy mięśniowej; rozszerzanie się następuje automatycznie, ponieważ tkanka jest elastyczna i wraca do swojego pierwotnego kształtu”, kontynuuje Pallasdies.

Grupa naukowców opracowała teraz model matematyczny sieci neuronowych meduz. Używany jest on do badania sieci neuronowych i tego, jak regulują one ruch meduz.

Profesor dr Raoul-Martin Memmesheimer jest szefem grupy badawczej.

“Meduzy są wśród najstarszych i najprostszych organizmów, które poruszają się w wodzie”, mówi.

Zespół będzie teraz badał pochodzenie ich układu nerwowego i innych organizmów.

Meduzy były badane przez dziesięciolecia, a obszerny eksperymentalny materiał neurofizjologiczny został zebrany między latami 50. a 80. Naukowcy z Uniwersytetu w Bonn wykorzystali ten materiał do opracowania swojego modelu matematycznego. Badali pojedyncze komórki nerwowe, sieci komórek nerwowych, całe zwierzę i otaczającą wodę.

“Model może być wykorzystany do odpowiedzi na pytanie, jak pobudzenie poszczególnych komórek nerwowych powoduje ruch meduz”, mówi Pallasdies.

Meduzy są w stanie postrzegać swoje położenie za pomocą bodźców świetlnych i z balansującym organem. Zwierzę ma sposoby korygowania swojego położenia, gdy jest obracane przez prąd oceanu. Często polega to na rekompensacie ruchu i poruszaniu się w kierunku powierzchni wody. Naukowcy potwierdzili za pomocą swojego modelu matematycznego, że meduzy używają jednej sieci neuronowej do pływania prosto i dwóch do ruchów obrotowych.

Aktywność komórek nerwowych porusza się po dzwonie meduz w falowym wzorze, a lokomocja działa nawet wtedy, gdy duże części dzwonu są uszkodzone. Naukowcy z Uniwersytetu w Bonn są teraz w stanie wyjaśnić to za pomocą swoich symulacji.

“Meduzy mogą odbierać i przekazywać sygnały na swoim dzwonie w dowolnym punkcie”, mówi Pallasdies. “Gdy jedna komórka nerwowa zostaje pobudzona, pozostałe również zostają pobudzone, nawet jeśli części dzwonu są uszkodzone”.

Meduza jest najnowszym gatunkiem zwierząt, w których badane są sieci neuronowe. Naturalne środowisko może dostarczyć wielu odpowiedzi na nowe pytania dotyczące sieci neuronowych, sztucznej inteligencji, robotyki i innych. Obecnie rozwijane są podwodne roboty oparte na zasadach pływania meduz.

“Może nasze badanie pomoże poprawić autonomiczną kontrolę tych robotów”, mówi Pallasdies.

Naukowcy mają nadzieję, że ich badania i prace będą pomagać wyjaśniać wczesną ewolucję sieci neuronowych.