Meduzele lunare și rețelele neuronale

Meduzele lunare (Aurelia aurita), care sunt prezente în aproape toate oceanele lumii, sunt acum studiate de cercetători pentru a învăța cum funcționează rețelele lor neuronale. Folosind clopotele lor transparente, care măsoară între trei și 30 de centimetri, cnidarienii sunt capabili să se deplaseze foarte eficient.

Autorul principal al studiului este Fabian Pallasdies, de la grupul de cercetare Neural Network Dynamics and computation de la Institutul de Genetică de la Universitatea din Bonn.

“Aceste meduze au mușchi inelari care se contractă, împingând astfel apa din clopot,” explică Pallasdies.

Eficiența mișcărilor lor provine din capacitatea meduzelor lunare de a crea vortici la marginea clopotului, ceea ce crește propulsia.

“Mai mult, doar contracția clopotului necesită putere musculară; expansiunea se produce automat, deoarece țesutul este elastic și revine la forma sa inițială,” continuă Pallasdies.

Grupul de oameni de știință a dezvoltat acum un model matematic al rețelelor neuronale ale meduzelor lunare. Acesta este utilizat pentru a investiga rețelele neuronale și modul în care reglementează mișcarea meduzelor lunare.

Profesorul dr. Raoul-Martin Memmesheimer este șeful grupului de cercetare.

“Meduzele sunt printre cele mai vechi și mai simple organisme care se deplasează în apă,” spune el.

Echipa va examina acum originea sistemului lor nervos și a altor organisme.

Meduzele au fost studiate timp de decenii, iar date experimentale neurofiziologice extinse au fost colectate între anii 1950 și 1980. Cercetătorii de la Universitatea din Bonn au utilizat aceste date pentru a dezvolta modelul lor matematic. Ei au studiat celulele nervoase individuale, rețelele de celule nervoase, întregul animal și apa din jur.

“Modelul poate fi utilizat pentru a răspunde la întrebarea cum excitarea celulelor nervoase individuale duce la mișcarea meduzelor lunare,” spune Pallasdies.

Meduzele lunare sunt capabile să-și perceapă locația prin stimuli luminoși și cu un organ de echilibru. Animalul are modalități de a-și corecta poziția atunci când este răsturnat de curentul oceanic. Acest lucru implică adesea compensarea mișcării și deplasarea spre suprafața apei. Cercetătorii au confirmat prin modelul lor matematic că meduzele utilizează o rețea neuronală pentru a înota în linie dreaptă și două pentru mișcări rotative.

Activitatea celulelor nervoase se deplasează prin clopotul meduzei într-un model valurit, iar locomotia funcționează chiar și atunci când porțiuni mari ale clopotului sunt rănite. Oamenii de știință de la Universitatea din Bonn pot acum să explice acest lucru prin simulările lor.

“Meduzele pot prelua și transmite semnale pe clopotul lor în orice punct,” spune Pallasdies. “Când o celulă nervoasă se activează, și celelalte se activează, chiar și atunci când secțiuni ale clopotului sunt afectate.”

Meduza lunară este cea mai recentă specie de animale în care rețelele neuronale sunt studiate. Mediul natural poate oferi multe răspunsuri la noi întrebări care implică rețele neuronale, inteligență artificială, robotică și multe altele. În prezent, roboți subacvatici sunt dezvoltați pe baza principiilor de înot ale meduzelor.

“Poate că studiul nostru poate ajuta la îmbunătățirea controlului autonom al acestor roboți,” spune Pallasdies.

Oamenii de știință speră că cercetarea și lucrările lor în curs vor ajuta la explicarea evoluției timpurii a rețelelor neuronale.